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鹤煤十矿不稳定底板穿层抽采瓦斯技术研究

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1绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3研究中存在的问题

1.4论文的研究内容与创新点

1.5论文的研究方法与技术路线

2矿井概况

2.1矿井交通位置及隶属关系

2.2井型、开拓方式及生产能力

2.3矿井瓦斯突出情况

2.4煤层及煤质特征

2.5本章小结

3瓦斯抽采基本参数测定

3.1煤层瓦斯含量测定

3.2煤层瓦斯流动基本理论

3.3煤的瓦斯吸附常数测定

3.4基于防突目的的抽采半径测定

3.5煤层瓦斯抽放衰减系数测定

3.6煤层瓦斯百米钻孔抽放量测定

3.7本章小结

4底抽巷穿层孔抽采瓦斯效果观测及分析

4.1钻孔漏气情况检测与分析

4.2钻孔堵孔情况分析

4.3地面泵抽采负压分析

4.4封孔效果影响因素分析

4.5本章小结

5钻孔抽采钻场设计及抽采负压的确定

5.1底抽巷穿层钻孔钻场优化设计

5.2地面抽采泵合理的抽采负压研究

5.3井下瓦斯抽采负压的影响因素

5.4不同抽采负压条件下抽采半径的数值模拟

5.5本章小结

6水胀性泥质煤层底板穿层封孔技术研究

6.1“径向强力膨胀”封孔技术

6.2“径向强力膨胀”封孔技术现场试验

6.3应用效果

6.4本章小结

结论

参考文献

附录A穿层钻孔瓦斯涌出量观测记录表

附录B 1311底板巷钻场钻孔数据

在学研究成果

致谢

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摘要

煤层中赋存的瓦斯是威胁煤矿安全生产的主要灾害来源之一,行之有效的措施就是对煤层瓦斯进行预抽,目前业内广泛使用底板巷穿层钻孔抽采瓦斯。在抽采实践工作技术中普遍采用顺层钻孔、穿层钻孔、地面钻孔等多种措施共同治理瓦斯实践工作,同时我国高瓦斯矿井在巷道掘进、瓦斯泵送、顶底板抽巷掘进、瓦斯抽采钻井、高抽巷及随之而来的水平钻井等方面取得重大突破,瓦斯事故治理与预防方面取得了良好的治理效果。
  面对高瓦斯煤层复杂的地质采矿条件,煤层埋藏深,渗透系数低,煤层含气量和压力大的特点,煤层透气性系数很低的地区瓦斯抽采难度很大,因此在此方面通过大量的实验室和现场实践研究,利用地面钻进预抽、水力化预裂措施、控制预裂爆破,大直径扩孔、钻孔、超前卸压、网形布孔、密集布孔、横向钻孔等治理措施可以有效降低煤层消突和突出危险性煤层瓦斯压力。在对瓦斯事故进行防治的实践过程中,我国建立了一系列安全可靠的管理体系,提出了有效的治理措施。
  本文以鹤煤十矿突出煤层瓦斯抽采的工程实践为背景,首先现场对瓦斯抽采过程中的基本参数进行测定,主要包括瓦斯抽采半径和煤层瓦斯抽放衰减系数等内容,得到瓦斯抽放设计的基础参数。然后对目前正在进行的1309底板抽采巷抽采瓦斯效果进行观测和分析,以此对底抽巷抽采瓦斯的钻场、负压和封孔工艺进行优化设计。最后针对底板穿层钻孔施工中出现严重影响打钻,垮孔严重的现象提出相应的钻孔封堵改进工艺。研究结果表明:根据对瓦斯抽采的基本参数的现场测定结果,计算确定底板抽采巷瓦斯抽采半径为2.7m,针对抽采效果的观测结果分析认为:鹤煤十矿煤层预抽应采用中负压,并对钻场进行了重新设计。研究发现在底板巷与煤层之间有两层泥岩,受到集中应力作用及遇水膨胀作用,抽采孔出现变形、破坏、塌孔现象。并且封孔管的外径小于钻孔直径,造成两者之间存在阶梯状堵孔现象。最后基于对封孔效果的核心影响因素进行的全面分析,提出了“径向强力膨胀”封孔技术方案。通过现场试验表明:该封孔工艺可以实现钻孔与封孔管间具有良好的气密性,可以促使瓦斯抽放浓度进一步提高,而且有效地降低了抽采成本。

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