高瓦斯孤岛工作面预抽钻孔封孔工艺优化研究
发布时间：2021-07-08 21:31
针对王坡煤矿高瓦斯孤岛工作面预抽钻孔封孔质量差、抽采效果不理想的问题,基于围岩裂隙演化钻孔封堵原理,采用数值模拟和现场指标测试相结合的方法对巷道围岩应力场分布进行分析,进而确定了3210孤岛工作面抽采钻孔的合理封孔段深度为距煤壁15 m,并考虑距煤壁3 m范围内煤体破碎严重的问题,将原"两堵一注"封孔工艺优化为"三堵一注"封孔工艺。针对两种封孔工艺开展了现场抽采钻孔封孔试验,在60 d的抽采监测期内,优化工艺试验钻孔的平均甲烷体积分数为47.19%,较原有封孔工艺的平均甲烷体积分数高15.90%。现场试验结果表明,数值模拟与钻屑指标测定法综合确定合理封孔深度是科学有效的,抽采钻孔的封孔质量得到明显改善,抽采效果显著提高。
【文章来源】：工业安全与环保. 2020,46(03)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
钻孔裂隙带分布及顺层钻孔封孔示意
在巷道煤帮施工钻孔,开孔倾角为1°～2°,在孔口处采集钻出的煤渣,并用弹簧秤对钻孔每钻进1 m排出的钻屑量进行称重,共计测定20 m,钻屑量S随钻孔钻进深度的空间变化特征如图5所示。从图中可以看出,4个试验钻孔每米钻屑量变化趋势基本相同,自距煤壁1 m开始先升后降,然后趋于稳定,这也与数值模拟得到的煤体应力分布特征相符合。其中1#,4#钻孔钻屑量S峰值位于距煤壁12 m,随后在12～14 m时逐渐下降,在14～20 m时逐渐稳定;2#,3#钻孔钻屑量S峰值位于11 m,在11～14 m时逐渐下降,14～20 m时逐渐稳定。通过钻屑量S的变化趋势确定距煤壁14 m处的煤体处于应力集中程度较高区域。
运用计算机FLAC3D软件模拟孤岛工作面的应力分布特征。考虑到工作面两侧的煤柱与采空区,整个模型尺寸为619.5 m×100 m×120 m,3210孤岛工作面尺寸为160 m×100 m×6 m,3208工作面采空区尺寸为180 m×100 m×6 m,3212工作面采空区的尺寸为180 m×100 m×6 m,3210工作面回风顺槽的右侧上方直接顶砂质泥岩中设置3210瓦斯专用巷。模型定义为Mohr-Coulomb本构模型,网格采用矩形网格,模型网格×节点数量为158 720×170 625。其中,模型X,Y方向上单元格尺寸均为5 m×5 m,Z方向上煤层的单元格尺寸为1 m,其余岩层的单元格尺寸为2 m,建立的模型如图2所示。模型的煤岩层物理力学参数见表1。表1 模型采用的煤岩层物理力学参数(从上至下顺序) 煤层或岩层 层厚/m 体积模量/GPa 剪切模量/GPa 摩擦角/(°) 内聚力/MPa 容重/(kg·m-3) 上粉砂岩 48 7.21 2.56 28 2.1 2 600 中砂岩 8.89 7.91 2.60 33 2.6 2 730 砂质泥岩 4.00 5.94 2.68 33 2.5 2 390 炭质泥岩 0.30 7.19 2.57 30 2.0 2 340 3#煤层 5.80 1.04 0.60 25 1.0 1 400 泥岩或细粉砂岩 2.10 7.34 2.46 30 2.1 2 350 中砂岩 3.20 7.91 2.60 33 2.6 2 730 下粉砂岩 22 7.62 2.49 31 3.8 2 800
【参考文献】：
期刊论文
[1]土城矿顺层抽采钻孔合理封孔深度研究[J]. 蒋泽照. 矿业安全与环保. 2018(01)
[2]顺层钻孔“三堵一注”封孔工艺的研究及应用[J]. 马强. 煤矿安全. 2017(07)
[3]顺层瓦斯抽采钻孔封孔提浓技术及应用[J]. 刘延保,熊伟. 煤矿安全. 2017(01)
[4]本煤层瓦斯抽采钻孔合理封孔深度研究与应用[J]. 何要泉,王一民. 中州煤炭. 2016(05)
[5]全煤巷道顺层瓦斯抽采钻孔合理封孔深度研究[J]. 黄致鹏,魏国营. 煤矿开采. 2016(01)
[6]基于钻屑法顺层钻孔合理封孔深度的研究[J]. 王志明,封海鹏,陈兵. 煤炭技术. 2015(05)
[7]李雅庄矿本煤层瓦斯预抽钻孔布置参数研究[J]. 范彦阳,陈文岗,季卫斌. 煤炭技术. 2014(12)
[8]顺层钻孔封孔深度确定及封孔工艺改进[J]. 杨继东. 中州煤炭. 2014(08)
[9]深部软岩巷道支护围岩结构的变化规律研究[J]. 杨利平,张凤杰. 煤炭技术. 2014(06)
[10]“两堵一注”式顺层钻孔封孔技术研究与应用[J]. 桑朋,杨磊,韩巍,卢惠召,刘春. 中国煤炭. 2014(03)
硕士论文
[1]孤岛工作面采场结构特征及其对巷道的影响[D]. 孙超.安徽理工大学 2013
本文编号：3272371
【文章来源】：工业安全与环保. 2020,46(03)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
钻孔裂隙带分布及顺层钻孔封孔示意
在巷道煤帮施工钻孔,开孔倾角为1°～2°,在孔口处采集钻出的煤渣,并用弹簧秤对钻孔每钻进1 m排出的钻屑量进行称重,共计测定20 m,钻屑量S随钻孔钻进深度的空间变化特征如图5所示。从图中可以看出,4个试验钻孔每米钻屑量变化趋势基本相同,自距煤壁1 m开始先升后降,然后趋于稳定,这也与数值模拟得到的煤体应力分布特征相符合。其中1#,4#钻孔钻屑量S峰值位于距煤壁12 m,随后在12～14 m时逐渐下降,在14～20 m时逐渐稳定;2#,3#钻孔钻屑量S峰值位于11 m,在11～14 m时逐渐下降,14～20 m时逐渐稳定。通过钻屑量S的变化趋势确定距煤壁14 m处的煤体处于应力集中程度较高区域。
运用计算机FLAC3D软件模拟孤岛工作面的应力分布特征。考虑到工作面两侧的煤柱与采空区,整个模型尺寸为619.5 m×100 m×120 m,3210孤岛工作面尺寸为160 m×100 m×6 m,3208工作面采空区尺寸为180 m×100 m×6 m,3212工作面采空区的尺寸为180 m×100 m×6 m,3210工作面回风顺槽的右侧上方直接顶砂质泥岩中设置3210瓦斯专用巷。模型定义为Mohr-Coulomb本构模型,网格采用矩形网格,模型网格×节点数量为158 720×170 625。其中,模型X,Y方向上单元格尺寸均为5 m×5 m,Z方向上煤层的单元格尺寸为1 m,其余岩层的单元格尺寸为2 m,建立的模型如图2所示。模型的煤岩层物理力学参数见表1。表1 模型采用的煤岩层物理力学参数(从上至下顺序) 煤层或岩层 层厚/m 体积模量/GPa 剪切模量/GPa 摩擦角/(°) 内聚力/MPa 容重/(kg·m-3) 上粉砂岩 48 7.21 2.56 28 2.1 2 600 中砂岩 8.89 7.91 2.60 33 2.6 2 730 砂质泥岩 4.00 5.94 2.68 33 2.5 2 390 炭质泥岩 0.30 7.19 2.57 30 2.0 2 340 3#煤层 5.80 1.04 0.60 25 1.0 1 400 泥岩或细粉砂岩 2.10 7.34 2.46 30 2.1 2 350 中砂岩 3.20 7.91 2.60 33 2.6 2 730 下粉砂岩 22 7.62 2.49 31 3.8 2 800
【参考文献】：
期刊论文
[1]土城矿顺层抽采钻孔合理封孔深度研究[J]. 蒋泽照. 矿业安全与环保. 2018(01)
[2]顺层钻孔“三堵一注”封孔工艺的研究及应用[J]. 马强. 煤矿安全. 2017(07)
[3]顺层瓦斯抽采钻孔封孔提浓技术及应用[J]. 刘延保,熊伟. 煤矿安全. 2017(01)
[4]本煤层瓦斯抽采钻孔合理封孔深度研究与应用[J]. 何要泉,王一民. 中州煤炭. 2016(05)
[5]全煤巷道顺层瓦斯抽采钻孔合理封孔深度研究[J]. 黄致鹏,魏国营. 煤矿开采. 2016(01)
[6]基于钻屑法顺层钻孔合理封孔深度的研究[J]. 王志明,封海鹏,陈兵. 煤炭技术. 2015(05)
[7]李雅庄矿本煤层瓦斯预抽钻孔布置参数研究[J]. 范彦阳,陈文岗,季卫斌. 煤炭技术. 2014(12)
[8]顺层钻孔封孔深度确定及封孔工艺改进[J]. 杨继东. 中州煤炭. 2014(08)
[9]深部软岩巷道支护围岩结构的变化规律研究[J]. 杨利平,张凤杰. 煤炭技术. 2014(06)
[10]“两堵一注”式顺层钻孔封孔技术研究与应用[J]. 桑朋,杨磊,韩巍,卢惠召,刘春. 中国煤炭. 2014(03)
硕士论文
[1]孤岛工作面采场结构特征及其对巷道的影响[D]. 孙超.安徽理工大学 2013
本文编号：3272371
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/anquangongcheng/3272371.html
