煤层分析

基于水射流割缝煤层增透技术，分析割缝后煤体的应力分布状态，并计算钻孔径向应力和切向应力。在理论分析水射流割缝对钻孔影响半径的基础上，确定了水射流割缝钻孔布置的技术工艺。根据现场实测数据，统计分析了动态指标，验证了水射流割缝后煤层瓦斯抽采增透效果。中兴矿现场试验表明，与传统钻孔相比，采用水射流割缝钻孔能够使瓦斯抽采浓度提高3.6倍，流量提高2.7倍，纯流量提高9.7倍；上覆三采西翼回风巷平均风排瓦斯涌出量最大减少0.68米。

过去15年内，全国各主要煤层气区块在水平井技术的开发实践中显示出显著差异，需要针对不同地质条件进行技术优化以提升复制性。基于典型案例数据统计分析，研究了井型、井身结构、完井方式、储层强化技术、排采装备及工艺的优化方法。结果表明，井型和井身结构对煤层气开发至关重要，尤其推荐U型和L型水平井。优化井身结构时，应确保水平段井眼光滑，U型井水平段井眼下倾，L型井则需设置沉煤粉“口袋”。根据地应力、煤层埋深和渗透性选择适当的完井方式。排采阶段推荐采用智能化、精细化的排采装备，严格控制排液速率以保证水平井的高效稳产。

针对焦坪矿区高瓦斯易自燃厚煤层的开采条件，详细统计分析了近年来煤自燃发火的地点、规律和原因。结合4-2煤自燃发火规律及矿井实际情况，提出了以胶体防灭火和惰气防灭火技术为主要手段的防控方案，包括注惰气泡沫、堵漏、灌浆、注胶及矿井应急防灭火技术的合理应用，有效预防了矿区煤自燃灾害的发生。

深孔断顶爆破是有效处理坚硬顶板冲击地压的方法，但会产生大量高体积分数的CO等有害气体。这些气体严重影响井下风流环境，对易自燃或自燃煤层矿井的火灾预测产生干扰。根据理论计算和现场实测统计分析，爆破后75%的CO气体将在1小时内排入工作面风流，并随风流排出；剩余的15%将积存或吸附于破裂的煤岩体内，在瓦斯预抽后7至9天逐渐释放。

针对近距离煤层群缺乏系统有效井上下联合防突模式及动态评价方法的问题，以华晋焦煤沙曲一矿为工程背景。通过矿区突出信息统计分析，确认其地应力高、瓦斯潜能大、突出源分散、煤体强度低、渗透性不高的特点。理论分析揭示了煤层群叠加开采中的力能转移机制及启动条件，启发多煤层协同疏解突出潜能的防突策略，逐级强化抽采。

基于煤层气井井斜因素，运用Matlab数值模拟、对比分析和线性回归等方法，探讨了钻孔井眼轨迹、井口侧磨深度与最大井斜方位的差值、最大井斜角度及其深度对井口侧磨的影响。研究结果表明，井口侧磨在与最大井斜方位相反的方向上最为严重，且侧磨深度与最大井斜角度及深度呈现线性相关。针对煤层气井井口磨损问题，必须从钻井防斜措施入手，以根本解决井口侧磨难题。

三软煤层受复杂成煤地质因素影响，煤层顶板不稳定，易冒落，难以控制，经常发生冒顶事故。为实现三软煤层工作面的安全高效，以典型三软煤层工作面为例，利用液压支架的矿压观测实测数据，运用统计分析法对液压支架适应性进行了分析研究。

针对高瓦斯突出煤层综采工作面粉尘污染问题，利用回风巷瓦斯抽采孔进行煤层注水降尘试验。研究分析了注水量、注水流量和注水压力随时间的变化，以及注水前后煤体水分增量和降尘效果。 结果表明，利用瓦斯抽采孔进行动静压结合注水减尘，操作简便，减少了注水钻孔施工量。注水后，煤体水分增量超过1%，司机位置总粉尘浓度从1 335.5 mg/m3降至681.1 mg/m3，呼吸性粉尘浓度从358.6 mg/m3降至167.1 mg/m3，降尘效率分别为49.0%和53.4%。采煤机下风侧15 m处总粉尘浓度从1 108.9 mg/m3降至526.8 mg/m3，呼吸性粉尘浓度从303.9 mg/m3降至145.8 mg/m3，降尘效率分别为52.5%和52.0%。

为解决华北型煤田煤层底板突水监测不全、智能化水平不高等问题，基于底板“下三带”理论，提出了多频连续电法充水水源监测系统和“井-地-孔”联合微震监测系统。采用伪随机多频序列作为人工场源，通过伪随机相关辨识技术提取弱信号。同时，研发了带推靠的孔中传感器及回收装置，实现了三维立体布署和时空精细定位与实时监测。智能预警系统结合时序大数据挖掘和深度学习技术，通过预警级别的三视热力图输出，实时显示煤层底板各网格的预警情况。

为了有效预防和减少我国煤矿发生的煤与瓦斯突出事故，推进煤层“零突出”目标管理，基于国内外研究成果，分析当前煤层管理措施，提出了突出煤层分级管理方案，并通过数理统计方法分析了煤矿事故数据和煤层特性，明确了突出煤层不同级别的管理需求。