煤层顶板

摘要： 煤层顶板分段压裂水平井是实现碎软低渗煤层煤层气高效抽采的有效技术。依托“十三五”国家科技重大专项课题,围绕煤层顶板分段压裂水平井煤层气高效抽采技术,采用理论分析、数值模拟等手段,对比不同地应力状态下裂缝的穿层扩展形态,研究水平井布井方位与最小水平主应力方向夹角对裂缝转向扩展的影响,分析多簇射孔条件下裂缝的竞争扩展现象。结果表明:(1)煤层顶板分段压裂水平井技术应用于碎软低渗煤层煤层气开发具有避免钻井液污染储层、提高水平井钻井施工安全性、提高固井质量、提高压裂改造效果、控制煤粉产出等优势。(2)地应力是裂缝穿层扩展的关键控制因素。为保证裂缝穿层扩展,垂向应力需大于最小水平主应力,顶板最小水平主应力需大于煤层,并且层间应力差为1~3 MPa时,既能够保证裂缝的穿层扩展效果,也能避免裂缝的起裂和延伸压力过高;“上覆岩层–顶板–煤层”应力剖面为“低–高–中”型时,水平井与煤层顶面的距离对于裂缝的穿层扩展效果影响较大;推荐水平井水平段与煤层顶面距离小于2.0 m。(3)水平井布井方位与最小水平主应力方向夹角越大,裂缝转向半径和转向距离越大,在压裂段间距相同的条件下,夹角为45°时缝间干扰程度比夹角为0°时强,不利于后续压裂段裂缝扩展,建议水平井布井方位与最小水平主应力方向夹角±15°以内。(4)对于分段多簇压裂,缝间应力干扰、压裂液流动摩阻、射孔孔眼摩阻共同导致各射孔簇裂缝非均匀扩展,可通过限流压裂、裂缝暂堵等手段促进裂缝均匀扩展。(5)工程试验取得了良好的产气效果,裂缝延伸特征与理论研究吻合度高。研究成果可为煤层顶板水平井的施工参数优化设计和推广应用提供借鉴。

摘要： 为探究近距离采空区下的巷道在重复性开挖过程中对邻近顶板的扰动影响,基于葫芦素煤矿2-1煤开采后22103运输巷的采掘环境,模拟巷道多次开挖推进过程,得到了卸载扰动应力与邻近锚固区顶板之间的扰动关系。结果表明,邻近顶板受到循环开挖的扰动应力呈现波形递减趋势,由应力波传播特点将扰动区域分为近场扰动区、中场扰动区及远场扰动区。顶板所受的扰动应力与距离两者之间的联系可视为“指数函数”关系式。同一位置顶板所受到的当次开挖卸载的扰动应力比前一次开挖卸载的扰动应力小,且每次的应力变化量近乎相同。现场钻孔窥视效果表明,厚锚固圈层的建立可大大提高顶板岩层整体性。

摘要： 在充分分析高庄煤矿地质资料的基础上,采用并行电法对煤层顶板岩层破裂过程进行现场监测,分析垮落带和导水断裂带的动态发育规律。分别采用孔内视电阻率法、直流电法进行超前探测、电极电流比值法进行反演解译,并将反演结果与“三下”开采规范经验公式计算结果进行对比。结果表明:高庄煤矿3;303工作面顶板垮落带发育高度为20 m,垮采比为3.7;导水断裂带高度为54 m,裂采比为10.2;采动应力超前影响距离最大为48.6 m;现场实测结果与计算结果基本一致,动态监测反演结果真实可靠。将孔内视电阻率法和直流电法超前探测相结合,有效解决了松散层不易成孔的难题,为煤层顶板垮落带、导水断裂带发育高度监测提供了一种新方法。

摘要： 为了消除采煤工作面顶板含水层水灾威胁,以洛阳郑兴宿煤煤业有限公司2103工作面顶板含水层注浆改造工程为例,利用大面积注浆改造技术对煤层顶板含水层进行注浆改造,使其成为隔水层或弱含水层。依据《煤矿防治水细则》,通过数值计算并结合现场试验设计钻孔结构、钻孔注浆段高、钻孔平面布置形式、钻孔注浆压力、终孔注浆量、注浆覆盖范围和注浆材料配方,采用地面造浆、钻孔分段注浆和全段高压注浆填充工艺,对采煤工作面顶板薄基岩上部砾石层富水区进行注浆。该方法能有效改造采煤工作面顶板含水性,将其改造成弱含水层并阻断顶板含水层水源侧向和垂向补给,实现了安全开采,并将煤层顶板薄基岩开采厚度缩减到5 m,为类似薄基岩顶板条件下的煤炭开采提供参考。

摘要： 为了合理、准确的评价和预测板集矿5煤层顶板突水危险性程度,选取了导水裂隙带高度、关键层厚度、含水层厚度、隔水层厚度、脆塑性岩厚度比、断层分维、断层交叉点与尖灭点密度7个因素作为主要评价指标,并基于ArcGIS平台,建立了5煤层顶板突水危险性区间变权模型。在模型构建中,为排除指标权重的主观性和计算复杂性,采用信息熵权求取了变权模型中的常权向量。为了防止“极大”和“极小”值权重值超调过大,改用保守型变权函数对各指标变权重进行了均衡调整。将本次构建的区间变权突水模型与常权模型进行比较,验证了区间变权模型对矿井煤层顶板突水预测效果更好。

摘要： 为研究煤层开采前后"两带"发育情况,新疆某井工煤矿进行了煤层顶板覆岩破坏高度及特征实测工程.该工程利用钻孔冲洗液消耗量为主要测试手段,辅以钻孔水位、岩芯观测等多种测试方法,研究该矿B4、B3煤层回采工作面的顶板导水裂隙带及垮落带发育规律.对照钻孔表明:当B4煤层回采后、下组煤B3煤层回采前,导水裂隙带发育高度为117.31m,垮落带发育高度为44.31m;当B4、B3煤层均回采后,导水裂隙带发育高度为113.04m,垮落带发育高度为47.04m.该"两带"探查结果不仅有利于矿井今后工作面涌水量的预计,更为顶板涌水探放、水源的分析提供依据.

摘要： 新集二矿西翼11-2煤顶板砂岩裂隙发育不均一,含水层富水性相对较强;且西翼11-2煤各工作面回采期间,均有不同程度出水,对矿井安全生产造成了一定的影响.为减小11-2煤顶板砂岩裂隙水对工作面回采的影响,通常需全工作面施工钻孔,对顶板砂岩裂隙水进行探放.根据121109工作面11-2煤顶板砂岩裂隙水探测经验,总结出新集二矿西翼11-2煤顶板砂岩裂隙水赋存规律.采用瞬变电磁法,对11-2煤工作面顶板砂岩裂隙水进行探测;结合瞬变电磁探测的低阻区分布位置及工作面构造发育情况,布置11-2煤顶板砂岩裂隙水钻探探测工程,既可达到水害防治目的,又可节约钻探工程量,提高生产效率.

摘要： 在评价煤层顶板隔水性能时多采用单一主、客观赋权的传统多源信息融合方法,为避免这些不足,以布尔台煤矿42202工作面为例,在充分考虑影响4煤顶板隔水性能各因素的基础上,确定了粗中砂岩厚度、细砂岩厚度、粉砂岩厚度、脆塑性岩厚度比、岩芯采取率、隔水层厚度和隔水层组岩性组合指数为影响其隔水性能的7大主控因素;采用模糊德尔菲层次分析法(FDAHP)和独立性权系数法分别计算各主控因素的主、客观权重,归一化得到综合权重;利用Arcgis软件建立了工作面顶板隔水性能分区图。结果表明,区内西北向的隔水性能较强,与采掘工作面倾斜方向拟合效果明显,42202工作面煤层顶板岩层阻隔水性能在中等强度到弱之间,优于临近的42201工作面。

摘要： 本文主要就煤层顶板工程地质特征以及稳定性展开分析,从煤层顶板沉积的特征、岩体结构的特征和岩石力学的特征三个层面进行阐述,然后就稳定性影响因素以及综合评价进行探究,希望能通过对煤层顶板工程地质特征和稳定性分析,进一步了解煤层顶板工程地质具体特征和稳定性状况,为工程施工活动的开展提供相应参考依据.

摘要： 为探究东滩煤矿七采区内北公村2号大型断层的阻渗性,在分析研究区地质及水文地质条件的基础上,结合现场水文地质补勘钻孔揭露的3煤层顶板砂岩和奥灰2个含水层稳定流抽水试验结果,初步分析了抽水试验相关数据,获得了奥灰含水层水文地质参数,发现不同位置奥灰富水性存在较大差异性,认为3煤层顶板砂岩含水层与奥灰含水层无水力联系.基于兖州矿区内现场压渗试验所获取的断层阻渗性量化参数,建立了该断层阻渗地质模型,并进行了阻渗性类比计算,与抽水试验结果对比,进一步得出该断层具有良好的阻渗性.研究结果对研究区3煤层开采工作具有科学的指导意义.

摘要： 本文从矿井地质学的角度分析了影响煤层顶板、巷道围岩稳定性的地质因素,并提出应采取的对应措施.影响煤层顶板、巷道围岩稳定性的地质因素有:煤层顶板、巷道围岩的岩体结构、岩石性质、厚度及组合形式、地质构造、水文地质条件等。

摘要： 口孜东矿121303工作面断层影响区域内岩层较为破碎,为防止工作面后期回采过断层期间顶板出现片冒影响安全生产,提前在风巷11#钻场进行煤层顶板注浆加固工作,改善了该区域内煤层的顶板条件,取得了良好的效果,为工作面安全顺利通过断层创造了有利条件.

摘要： 针对平朔矿区所面临的煤层顶板水害问题,在收集大量地质资料和水文地质资料的基础上,建立了水文地质概念模型.以平朔矿区4#煤层为例,运用"三图一双预测"法中的"三图"理论对矿区煤层顶板充水安全性进行预测评价,利用于GIS和AHP的煤层顶板充水含水层的富水性指数模型,得到煤层顶板充水含水层富水性分区.根据煤层顶板与充水含水层底界间的覆岩厚度、导水裂隙带高度对应关系,得到充水含水层的冒落安全分区.运用多源地学信息复合叠加原理,对煤层顶板充水含水层富水性分区与顶板冒落安全分区叠加,完成了煤层顶板充水危险性的综合分区.针对煤层顶板充水较危险区域,提出了煤炭安全开采和保护地下水资源的相关建议.

摘要： 在分析柠条塔矿充水因素的基础上,认为柠条塔矿2-2煤层顶板富水性较强的主要含水层为直罗组风化基岩含水层.采用神南矿区的经验公式对2-2煤层开采所产生的导水裂隙带高度进行了计算.采用"三图-双预测"法对柠条塔矿南翼2-2煤层顶板的涌突水危险性进行预测,将柠条塔矿南翼分为危险性大区、危险性小区和安全区.

摘要： 定向钻进技术具有钻孔轨迹可精确控制、有效距离长、一孔多用等优点.针对唐家会矿顶板水害,采用定向长钻孔进行预疏放.通过首采工作面的疏放水实践,以及穿层钻孔检验,定向长钻孔疏放顶板水效果明显,为工作面的掘进和回采提供了相关技术保障.

摘要： 安全水位是工作面煤层顶板含水层采前预疏降的关键参数,其合理性关系到工作面的安全高效开采.本文应用数值模拟方法,根据钻孔资料建立开采区域岩层的三维地质模型,通过抽水、放水和注水试验数据对疏放水目标含水层初始流场进行富水性分区和参数拟合.通过建立工作面采前预疏降的地下水流场概化模型,计算分析了不同疏水强度条件下含水层终态水位变化趋势,并根据不同疏水强度的终态水位,模拟计算了工作面生产期间的最大涌水量,总结形成了依据工作面排水能力确定硕板含水层采前预疏放安全水位的方法.现场应用结果表明,该方法计算值与工作面实际涌水量接近,可作为项板含水层采前预疏放安全水位的判定依据.

摘要： 该文运用岩性结构指数定量描述了首采区II-3煤层顶板的岩性及结构特征.并将岩性结构指数标准化,以0.15和0.4作为分区界限对1煤顶板砂岩含水层的富水性进行了分区,分区结果表明:首采区西部及北部局部区域富水性强,首采区东部及东南角为富水性弱区,其余大部分区域为富水性中等区.

摘要： 济宁三号煤矿十二采区3煤开采受顶板水威胁,顶板富水性的准确预测尤为重要.其主要决定因素为:顶板砂岩厚度、砂泥岩组合及砂岩含量、构造复杂程度(断裂分维数),本文以此三个因素为研究对象,运用模糊聚类分析法对采区的富水性进行分级分区,为砂岩水的防治提供参考依据,保证3煤的安全开采.

摘要： 以某煤矿F10逆断层地质条件为背景,采用相似材料模拟试验,对上、下盘煤层开采过程中断层附近煤层顶、底板及断层带的应力变化规律进行研究,研究结果表明,由于断层的"屏障"作用,集中应力不能穿过断层而被限制在工作面一侧,造成断层附近越靠近断层应力集中程度越高;下盘开采对于煤层顶、底板以及断层带的影响较上盘要明显;在其他因素相同的情况下,煤层赋存深度越大、上覆载荷越大,其开采过程中应力集中就越明显.

摘要： 以某煤矿F10逆断层地质条件为背景,采用相似材料模拟试验,对上、下盘煤层开采过程中断层附近煤层顶、底板及断层带的应力变化规律进行研究,研究结果表明,由于断层的"屏障"作用,集中应力不能穿过断层而被限制在工作面一侧,造成断层附近越靠近断层应力集中程度越高;下盘开采对于煤层顶、底板以及断层带的影响较上盘要明显;在其他因素相同的情况下,煤层赋存深度越大、上覆载荷越大,其开采过程中应力集中就越明显.

摘要： 本发明公开了巨厚坚硬顶板高瓦斯厚煤层顶板控制和提高瓦斯抽采效率的方法及钻孔机具。该方法首先在开采煤层沿顶板施工两个顺槽(1)，在开采煤层顶部一定距离处施工瓦斯高抽巷(2)；在瓦斯高抽巷(2)的两帮和底板施工角形槽炮孔(3)和圆形孔(4)；所述的角形槽炮孔(3)包括一个圆形炮孔，在圆形炮孔的直径两端有两个角形槽(5)；在角形槽炮孔(3)中装填炸药，在圆形炮孔(4)底部装填2～3m长的炸药，完成深孔分块爆破作业。本发明采用深孔分块爆破的方法将坚硬顶板控制和煤层增透、提高瓦斯抽采效率合二为一，有效控制了顶板的垮落步距同时提高了煤层的透气性、增加了煤层和瓦斯高抽巷之间的裂隙通道，提高了高抽巷的瓦斯抽采效率。

摘要： 本发明涉及一种在煤层顶板、底板钻孔中增透煤层的方法，以解决目前在岩巷中实施上、下穿层钻孔预抽煤层中瓦斯存在成本巨大的问题。该在煤层顶板、底板钻孔中增透煤层的方法，包括以下步骤：设定顶板、底板上的钻孔位置及数量，打出钻孔；钻孔平行于煤层延伸方向；安装孔口装置；将可控冲击波产生装备推送到钻孔中，并将可控冲击波产生装备的冲击波输出窗口对准煤层方向；向钻孔内注水，使整个可控冲击波产生装备浸没在水中；将可控冲击波产生装备与脉冲功率驱动源连接；并启动脉冲功率驱动源向可控冲击波产生装备放电，可控冲击波产生装备产生的冲击波将顶板、底板致裂；冲击波的强度为180‑199MPa；钻孔产生的裂缝延伸至煤层，从而完成煤层的增透。

摘要： 本发明公开一种碎软低渗煤层顶板或底板分段压裂水平井煤层气抽采方法，包括：根据勘探数据和矿井数据确定水平井井型；根据勘探数据和矿井数据确定水平井井位；根据勘探数据和矿井数据确定水平井水平段在煤层顶板或底板的目标层位，以及水平井水平段与煤层顶/底面的垂直距离；根据目标矿区最小水平主应力方向确定水平井水平段的布设方位角；完成直井段钻井；利用方位伽玛地质导向方法进行水平井水平段地质导向钻进，实时调整水平井水平段的钻进轨迹；对水平井水平段进行分段封隔、向煤层方向实施定向射孔或多簇定向射孔，进行多簇暂堵转向分段压裂施工；完成多簇暂堵转向分段压裂施工后进行返排、通洗井、煤层气排水采气。

摘要： 本发明公开了一种非均布荷载作用下煤层气抽采影响煤层顶板变形试验方法，步骤为：制作试验装置，包括“凹”字形的密封腔体和透明盒，密封腔体的凹口部构成试件放置腔，前压板配备有前压杆，试件放置腔左、右、后侧配备有侧压板，侧压板的首端开有透气孔，侧压板配备有侧压杆，上垫板上方前后紧挨地设置有上压板，上压板均配备有上压杆，上压杆的端头采用两块夹板之间安装球形滚珠的结构；准备煤粉；型煤试件制备；型煤试件及抽采管安装；施加三轴应力；施加瓦斯压力；进行试验；同组其他试验，改变抽采管的数量；整理试验数据。从而进行非均布荷载作用下煤层气抽采与煤层顶板变形的三轴真实模拟试验。

摘要： 本发明公开了一种用于煤矿深井开采时煤层顶板、软岩顶板或复合顶板的煤层巷道顶板支护方法，第一，对巷道两帮煤壁用加长锚杆进行加长锚固；第二，对靠近巷道两帮煤壁的肩部顶板采用阻剪锚杆和阻剪锚索进行复合支护；同时，利用阻剪锚杆和阻剪锚索中的锚固力对肩部软岩顶板或裂隙发育顶板进行锁紧；第三，在巷道中部使用高强锚索将煤层顶板、软岩顶板或复合顶板锚固在坚硬顶板上，减少其弯曲度，防止弯曲破坏。本发明根据巷道不同部位的变形特征使用不同性能的锚杆，施工简单、方便，施工速度快，工效高，对深井开采时的软岩顶板、复合顶板和破碎顶板的控制效果好，支护结构的承载能力强，巷道返修率较低。

摘要： 本发明公开了巨厚坚硬顶板高瓦斯厚煤层顶板控制和提高瓦斯抽采效率的方法及钻孔机具。该方法首先在开采煤层沿顶板施工两个顺槽(1)，在开采煤层顶部一定距离处施工瓦斯高抽巷(2)；在瓦斯高抽巷(2)的两帮和底板施工角形槽炮孔(3)和圆形孔(4)；所述的角形槽炮孔(3)包括一个圆形炮孔，在圆形炮孔的直径两端有两个角形槽(5)；在角形槽炮孔(3)中装填炸药，在圆形炮孔(4)底部装填2～3m长的炸药，完成深孔分块爆破作业。本发明采用深孔分块爆破的方法将坚硬顶板控制和煤层增透、提高瓦斯抽采效率合二为一，有效控制了顶板的垮落步距同时提高了煤层的透气性、增加了煤层和瓦斯高抽巷之间的裂隙通道，提高了高抽巷的瓦斯抽采效率。

摘要： 本发明涉及一种压裂射孔位置选择方法，属于一种煤层气水平井开发技术领域，具体是涉及一种煤层顶板水平井压裂射孔位置选择方法。本发明为煤层顶板水平井优选射孔位置提供新的方法和思路，可减少储层改造过程中出现泵压过高、加砂困难的问题，提高煤层的改造效率。

摘要： 本发明公开一种碎软低渗煤层顶板或底板分段压裂水平井煤层气抽采方法，包括：根据勘探数据和矿井数据确定水平井井型；根据勘探数据和矿井数据确定水平井井位；根据勘探数据和矿井数据确定水平井水平段在煤层顶板或底板的目标层位，以及水平井水平段与煤层顶/底面的垂直距离；根据目标矿区最小水平主应力方向确定水平井水平段的布设方位角；完成直井段钻井；利用方位伽玛地质导向方法进行水平井水平段地质导向钻进，实时调整水平井水平段的钻进轨迹；对水平井水平段进行分段封隔、向煤层方向实施定向射孔或多簇定向射孔，进行多簇暂堵转向分段压裂施工；完成多簇暂堵转向分段压裂施工后进行返排、通洗井、煤层气排水采气。

摘要： 本发明涉及一种在煤层顶板、底板钻孔中增透煤层的方法，以解决目前在岩巷中实施上、下穿层钻孔预抽煤层中瓦斯存在成本巨大的问题。该在煤层顶板、底板钻孔中增透煤层的方法，包括以下步骤：设定顶板、底板上的钻孔位置及数量，打出钻孔；钻孔平行于煤层延伸方向；安装孔口装置；将可控冲击波产生装备推送到钻孔中，并将可控冲击波产生装备的冲击波输出窗口对准煤层方向；向钻孔内注水，使整个可控冲击波产生装备浸没在水中；将可控冲击波产生装备与脉冲功率驱动源连接；并启动脉冲功率驱动源向可控冲击波产生装备放电，可控冲击波产生装备产生的冲击波将顶板、底板致裂；冲击波的强度为180‑199MPa；钻孔产生的裂缝延伸至煤层，从而完成煤层的增透。

摘要： 本发明公开了一种非均布荷载作用下煤层气抽采影响煤层顶板变形试验方法，步骤为：制作试验装置，包括“凹”字形的密封腔体和透明盒，密封腔体的凹口部构成试件放置腔，前压板配备有前压杆，试件放置腔左、右、后侧配备有侧压板，侧压板的首端开有透气孔，侧压板配备有侧压杆，上垫板上方前后紧挨地设置有上压板，上压板均配备有上压杆，上压杆的端头采用两块夹板之间安装球形滚珠的结构；准备煤粉；型煤试件制备；型煤试件及抽采管安装；施加三轴应力；施加瓦斯压力；进行试验；同组其他试验，改变抽采管的数量；整理试验数据。从而进行非均布荷载作用下煤层气抽采与煤层顶板变形的三轴真实模拟试验。