顺层长钻孔区域预抽瓦斯工艺参数优化及应用

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本文针对淮南矿业(集团)公司所属煤矿开采深度基本进入-600m以深后引起的地应力和瓦斯压力增大、瓦斯含量增高、煤层透气性系数减小,从而导致煤与瓦斯突出问题日益严重和复杂的问题,以潘一矿和潘三矿为试验矿井,采用理论分析、现场考察和数值模拟等方法,开展顺层长钻孔防突关键技术研究,最终达到减少施工量、提高抽采率、缩短消突周期、实现安全快速掘进的目的。顺层长钻孔防突措施就是通过采取该措施,减缓地应力,达到卸压增透效果;通过抽放瓦斯降低瓦斯动力和释放瓦斯潜能;扩大卸压区的范围来消除煤层的突出危险性。实施顺层长钻孔措施后,含瓦斯煤岩体工作面前方应力平衡状态被破坏,集中应力向煤体深部转移,卸压带的宽度变大,同时分析了卸压带与突出危险性的关系,计算得出丁集矿11-2煤层最小防突卸压带宽度为4.4~7.7m。应用多物理场耦合模拟软件COMSOL-Multiphysics对不同孔径,不同孔深情况下,瓦斯压力分布的差异性及双孔时,不同孔间距布置对瓦斯分布的影响,得出如下结论:顺层长钻孔的控制范围随着孔径和孔深的增大而增大,但增大的梯度逐渐减小,单孔情况下,钻孔控制半径最大达钻孔左右两侧各2.13m;在双孔情况下,孔间距为2m时,瓦斯压力的下降速度较孔间距为3m时快,并且消突更充分。介绍了顺层长钻孔措施在潘一矿和潘三矿的应用和效果考察,执行措施后,试验点的残余瓦斯含量均降到始突含量以下、瓦斯预抽率均超过30%,进尺速度较措施前提高近2倍,潘一矿和潘三矿的效检指标无一超标。针对矿方当前防突评价指标存在的问题,利用实验室模拟,历史资料分析,现场数据考察确定11-2煤层的始突瓦斯参数:瓦斯压力临界值确定为0.74MPa,残余瓦斯含量抽采指标临界值为4.50m3/t。通过以上研究,从理论上分析了顺层长钻孔措施的消突机理;通过数值模拟确定了顺层长钻孔施工工艺对瓦斯分布的影响,为合理布置钻孔打下基础;通过顺层长钻孔防突措施在潘一矿和潘三矿的应用,用实际应用表明,顺层长钻孔能够达到有效消除突出危险性、实现安全快速掘进的目的。
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