抽放瓦斯新技術(shù)

1、抽放瓦斯新技術(shù)長期以來，對(duì)瓦斯抽放做了很多試驗(yàn)研究，但對(duì)透氣性松軟高瓦斯煤層沒有找到有效技術(shù)途徑. A、順層鉆孔抽放瓦斯技術(shù)背景瓦斯抽放鉆孔鉆場(chǎng)巷道瓦斯抽放泵背景B、穿層鉆孔抽放瓦斯技術(shù)瓦斯抽放泵巖石巷道瓦斯抽放鉆孔背景C、交叉鉆孔抽放瓦斯技術(shù)瓦斯抽放泵煤層走向煤層傾向瓦斯抽放鉆孔煤層巷道 D、地面鉆井抽放瓦斯技術(shù)背景瓦斯抽放鉆井煤層和瓦斯賦存特點(diǎn)高瓦斯含量高: 1222m3/t深煤層埋藏深: -600-800 m軟煤層極松軟: f =0.2 0.8差煤層透氣性差:=0.01135m2/(MPa2.d) 大瓦斯壓力大：P=46MPa 地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜多組高瓦斯煤層群開采C13B11 B8 B7B6

2、B4A3A170m 70m 70m 60m 煤層群柱狀圖C14C組煤B組煤A組煤背景2 關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)路線技術(shù)關(guān)鍵采空區(qū)頂板巖層移動(dòng)規(guī)律采空區(qū)瓦斯賦存及運(yùn)移規(guī)律抽放技術(shù)及工藝技術(shù)路線 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)性試驗(yàn)3 研究過程 通過現(xiàn)場(chǎng)考查、理論研究和實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)得出了淮南C13回采工作面巖層移動(dòng)規(guī)律： 冒落帶高57m； 裂隙帶高825m。 同時(shí)找出了采空區(qū)大量瓦斯聚積在工作面上部煤層頂板向上825m，傾斜向下030m范圍的巖層裂隙中。3.1 采空區(qū)瓦斯賦存、分布狀態(tài)研究 淮南礦區(qū)工作面采空區(qū)瓦斯賦存、分布狀態(tài)如下圖所示。高濃度瓦斯大都聚積在上隅角煤層頂板8m左右的巖層裂隙中。3.2

3、理論研究“O”形圈巖移理論及“O”型圈形成過程 根據(jù)巖層移動(dòng)理論，開切眼與工作面和上下順槽構(gòu)成的幾何圖形為矩形，矩形周圍及上覆巖層受采動(dòng)的影響發(fā)生移動(dòng)破壞，破壞的機(jī)理是在矩形的四邊巖層破壞裂縫呈下面咬合，矩形四角破壞裂縫呈上面咬合，采空區(qū)形成了如圖所示巖層移動(dòng)形狀?！癘”型圈的形成及頂板“O-X”破斷過程工作面裂隙區(qū)回風(fēng)巷壓實(shí)區(qū)進(jìn)風(fēng)巷裂隙區(qū)裂隙區(qū)壓實(shí)區(qū)開切眼AAAA工作面切眼“O”型圈采空區(qū)上覆巖層裂隙中的瓦斯運(yùn)移規(guī)律及其流場(chǎng) 通過理論分析可見：瓦斯在采空區(qū)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)主要取決于兩點(diǎn)：一是瓦斯具有升浮力；二是裂隙通道或漏風(fēng)通道兩端有壓能差。 上行通風(fēng)的工作面，來自于采空區(qū)遺煤析出的瓦斯運(yùn)動(dòng)軌跡、及

4、來自于上、下鄰近層的瓦斯涌向采空區(qū)的流動(dòng)軌跡如下圖。本煤層采空區(qū)瓦斯流動(dòng)狀態(tài)上、下鄰近層的瓦斯流動(dòng)狀態(tài)上鄰近層下鄰近層開采層瓦斯積聚區(qū)頂板抽放瓦斯前后上隅角瓦斯氣體流場(chǎng)示意圖 a沒進(jìn)行頂板抽放瓦斯；b進(jìn)行頂板抽放瓦斯頂板抽放瓦斯前后采空區(qū)瓦斯流場(chǎng)的計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬抽放前瓦斯隨著主風(fēng)流或漏風(fēng)流的流動(dòng)而流動(dòng)。所以等勢(shì)線(Hi)和流線(I)均勻?qū)ΨQ分布，瓦斯流場(chǎng)呈多源一匯流場(chǎng)。抽放時(shí)抽放負(fù)壓改變了采空區(qū)瓦斯流場(chǎng)，采空區(qū)大量瓦斯進(jìn)入巷道或鉆孔，瓦斯流場(chǎng)呈半球體流場(chǎng)。瓦斯流線抽放前抽放時(shí)進(jìn)風(fēng)巷進(jìn)風(fēng)巷回風(fēng)巷回風(fēng)巷抽放巷道瓦斯流線采空區(qū)瓦斯?jié)舛确植家?guī)律1234567204060801000距工作面3m距工作面

5、4m距工作面5m距工作面6m瓦斯?jié)舛龋?距一分層頂板距離，m8高濃度瓦斯富集區(qū)采場(chǎng)空間冒落帶及裂隙發(fā)育特征的計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬 根據(jù)有限元理論，應(yīng)用Flac算法模擬采場(chǎng)空間冒落帶及裂隙發(fā)育特征 理論依據(jù) 將流體力學(xué)中研究質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的拉格朗日元法移植到固體力學(xué)中，將研究固體力學(xué)中的區(qū)域劃分為網(wǎng)格，其網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)就相當(dāng)于流體質(zhì)點(diǎn)，然后按時(shí)間步長用拉格朗日法來研究網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。 模擬的條件 工作面走向長度180m，采高3m，煤層頂板模擬高度45m,底板厚10m,傾角30。 計(jì)算結(jié)果 以上風(fēng)巷為界，垂直煤層頂板向上825m，傾斜方向030m，為裂隙充分發(fā)育區(qū)。在“O”型圈范圍內(nèi)。為裂隙充分發(fā)育區(qū)：頂板向上：8

6、25m傾斜方向：030m實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究采場(chǎng)空間冒落帶及頂板裂隙發(fā)育特征相似材料試驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)系統(tǒng)模擬試驗(yàn)條件：煤層：C13-1采深：-560m采高：3m直接頂厚：5m模擬試驗(yàn)結(jié)果：冒落帶高57m裂隙帶高825m巖石冒落角700煤壁上方頂板裂隙分布高效抽放區(qū)工業(yè)性試驗(yàn)研究礦區(qū)試驗(yàn)頂板抽放布置方法抽放鉆孔壓實(shí)區(qū)抽放鉆孔運(yùn)輸巷運(yùn)輸巷抽放巷道抽放巷道壓實(shí)區(qū)頂板抽放瓦斯鉆孔布置頂板抽放瓦斯巷道布置打鉆頂板抽放鉆孔抽放管道管道合茬 抽放動(dòng)力、鉆孔數(shù)量與抽放量的關(guān)系抽放負(fù)壓(kPa)抽放量(m3/min)12.5 15 17.5 20 0 10 2010孔8孔6孔最佳參數(shù)：8孔左右，負(fù)壓1620kPa開

7、采遠(yuǎn)距離煤層上向卸壓瓦斯抽放方法復(fù)雜條件下高瓦斯煤層群瓦斯抽放技術(shù)和方法彎曲下沉帶裂隙帶冒落帶底板瓦斯抽放巷抽放鉆孔開采煤層卸壓煤層70mC13-2煤層C13煤C12煤層瓦斯抽放鉆孔(鉆孔間距40m)C13煤層底板瓦斯抽放巷(距C13煤底板10-20m)C13煤層工作面運(yùn)輸巷C13煤底板瓦斯抽放巷C13煤層工作面回風(fēng)巷1#瓦斯抽放鉆孔2#瓦斯抽放鉆孔3#瓦斯抽放鉆孔4#瓦斯抽放鉆孔 開采B11煤層，C13煤層卸壓，C13煤層工作面走向長840m，傾斜長160m，煤厚6.0m，抽放遠(yuǎn)程卸壓瓦斯后采用綜放開采。 復(fù)雜條件下高瓦斯煤層群瓦斯抽放技術(shù)和方法70mC13B11效果透氣性系數(shù)增加2880倍

8、！ 復(fù)雜條件下高瓦斯煤層群瓦斯抽放技術(shù)和方法發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)程采動(dòng)卸壓瓦斯流動(dòng)存在一個(gè)活躍期采動(dòng)卸壓瓦斯流動(dòng)活躍期 復(fù)雜條件下高瓦斯煤層群瓦斯抽放技術(shù)和方法開采近距離煤層下向多重卸壓瓦斯抽放方法開采層B8回風(fēng)巷進(jìn)風(fēng)巷下卸壓層B7下卸壓層B6底板巖石巷抽放鉆孔底板卸壓區(qū)域18m15m 復(fù)雜條件下高瓦斯煤層群瓦斯抽放技術(shù)和方法 復(fù)雜條件下高瓦斯煤層群瓦斯抽放技術(shù)和方法開采B8煤層，底板以下B組煤層卸壓，分別在B6、B4層底板開掘瓦斯抽放巷，并一次布孔多重抽放采動(dòng)卸壓瓦斯。B8B6B7aB462.3m-460m瓦斯抽放巷開采層B4B5aB5bB6B7aB7aB7bB8底板臌起 卸壓顯著卸壓層殘余瓦斯壓力與開采層間距關(guān)系 復(fù)雜條件下高瓦斯煤層群瓦斯抽放技術(shù)和方法s pPa)透氣性增加數(shù)百倍 復(fù)雜條件下高瓦斯煤層群瓦斯抽放技術(shù)和方法單孔抽放量增加倍數(shù)與卸壓層間距關(guān)系 復(fù)雜條件下高瓦斯煤層群瓦斯抽放技術(shù)和方法瓦斯抽放效果sn單孔流量增加數(shù)十倍數(shù)煤層瓦斯壓力分與透氣性煤層巷道掘進(jìn)邊抽邊掘技術(shù)