西山矿区煤层顺层孔CO_2爆破增透试验研究

为提高西山矿区煤层透气性,缩短瓦斯抽采达标时间,分析了煤层顺层孔CO_2预裂增透技术可行性,模拟了CO_2预裂增透半径。研究结果表明:CO_2爆生气体计算压力大于围岩作用下煤体强度,CO_2爆破煤层增透具备技术可行性;数值模拟显示,经过CO_2预裂爆破后,预裂效果最好的是屯兰矿2#煤,煤层裂隙半径4.20m,其次是屯兰矿8#煤,煤层裂隙半径3.90m,再次是马兰矿8#煤,煤层裂隙半径3.45m,最后是东曲矿8#煤,煤层裂隙半径3.30m;现场试验表明,东曲矿8#煤爆破孔间距按6.5m布置,压裂区平均单孔抽采纯流量是未压裂区的3.2倍。     

低渗透煤层合增透技术应用

为增加低渗透高瓦斯煤层的透气性,提高瓦斯利用率和抽采效率,提出低渗透煤层复合增透的方法.利用RFPA2D-Flow和FLAC3D软件分别对水力压裂裂缝的起裂、延伸与扩展规律和CO_2增透钻孔内提前制造不同长度的预裂缝对爆破致裂增透效果的影响情况进行模拟.进行井下复合增透效果工业试验,运用瓦斯压力降低法分析预裂后煤层瓦斯抽采半径.结果表明:模拟注水压裂27 PMa时,割缝半径约2 m,随着煤壁预裂缝长度增加,CO_2爆破致裂影响半径呈线性递增的趋势.现场复合增透后煤层抽采率显著提高,有效半径由原来单一水力压裂的2 m增加到7 m左右.     

高瓦斯煤层深孔预裂爆破增透数值模拟试验

为了解决高瓦斯低透气性煤层的瓦斯抽放难题,利用数值模拟和现场测试相结合的方法,研究了深孔预裂爆破技术对高瓦斯低透气性煤层的卸压增透效果.研究结果再现了爆破过程中,动压冲击震裂、应力波传播与叠加及爆生气体驱动裂纹扩展的整个过程,分析了爆破孔间距对爆生裂纹和增透效果的影响,提出了高瓦斯低透气性煤层深孔预裂爆破的合理间距,表明深孔预裂爆破技术有效地提高了煤层透气性和瓦斯抽采率.该成果为高瓦斯低透气性煤层的瓦斯抽放提出了解决方案.     

煤层深孔预裂爆破卸压增透效果数值模拟分析

针对高瓦斯低透气性煤层,对深孔预裂爆破进行了数值模拟分析研究。再现了爆破过程中,动压冲击震裂、应力波传播与叠加以及爆生气体驱动裂纹扩展的整个过程,系统地分析了控制孔与爆破孔对于爆破卸压增透效果的影响,提出了高瓦斯低透气性煤层深孔预裂爆破的合理间距,为高瓦斯低透气性煤层的瓦斯抽采效率提出了解决方案。深孔预裂爆破为高瓦斯低透气性煤层增透、进而解决高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采难题提供了一条有效的途径。     

深孔聚能爆破煤层增透爆破参数研究

针对低透气煤层聚能爆破增透技术参数问题,在装药直径一定的条件下,设计了不同装药系数和爆破间距的爆破孔并进行现场试验,对比分析爆破前后爆破影响区瓦斯纯量变化,考察了爆破参数对煤层增透效果的影响.结果表明,通过控制爆破孔径向装药不耦合系数、轴向装药长度、封孔可靠性和爆破作用次数等因素可提高煤层增透效果.     

低透气性煤层长钻孔爆破增透技术

为改善高瓦斯低透气性煤层的瓦斯抽放效果,提高煤层瓦斯渗透性,以新安煤矿八号煤层为例,应用长钻孔爆破技术对煤层进行松动控制爆破,运用ANSYS/LS-DYNA软件模拟控制孔对煤岩裂隙区的影响过程。结果表明：合理布置控制孔可以增加裂隙区的范围,提高松动爆破的卸压和瓦斯排放效果。当不耦合系数为1.5、控制孔距爆破孔2 m时,裂隙区的范围约为爆破孔径的25倍。     

液态CO2爆破钻孔布置参数优化

为增加低渗透煤层透气性,优化液态CO_2相变爆破钻孔布置参数,利用岩石损伤力学,对液态CO_2相变爆破后应力波在煤体中的衰减、煤体损伤程度和致裂半径形成进行研究,分析CO_2气爆增透的机理;采用ANSYS/LS-DYNA软件建立煤体气爆损伤模型,模拟爆破后钻孔周围煤岩损伤演化规律,基于损伤分布特征,确定爆破孔最优化布置参数.在马堡矿152采区开展井下CO_2爆破工业试验.研究结果表明:爆破后钻孔瓦斯涌出量衰减强度降低77.3%,煤层透气性提高23.72～28.94倍.研究结论可使煤层增透效果更佳,从而提高瓦斯的抽采效率.     

低透气性煤层深孔预裂爆破增透数值模拟研究

针对高瓦斯低透气性煤层瓦斯超限影响煤巷掘进速度问题,建立深孔预裂爆破三维有限元模型进行数值模拟研究。模拟结果表明,深孔预裂爆破经历了冲击波冲击煤岩产生裂纹、稀疏波使煤体裂纹扩展以及爆轰气体驱动裂纹扩展3个过程(0～5 ms),增透深孔预裂爆破爆破孔合理间距为3～5 m.     

定向水力压裂技术研究与应用

针对煤矿井下实施水力压裂措施后增透方向不确定导致应力集中的问题,提出了定向孔定向水力压裂技术.介绍了定向水力压裂的必要性及当前研究现状,分析了定向孔定向作用机理,确定了定向孔的布置位置、间距等参数.利用数值模拟软件验证了定向孔的导向控制效果.分析结果表明:在压裂孔连心线上布置定向孔.定向孔与压裂孔间距为3～4m时,定向孔起到了辅助自由面的作用,对压裂产生的裂隙具有导向和加速扩展的作用.定向孔诱导裂隙从压裂孔周围向定向孔方向发展,进而促使压裂孔之间实现贯通,消除了应力集中,达到了整体卸压增透的效果.现场实施穿层定向水力压裂后,工作面瓦斯突出危险性指标q值、S值减小,变化幅度降低,掘进速度提高了69％,实现了安全生产.     

水力割缝煤体多场耦合响应规律研究

针对水力割缝钻孔周围的扰动裂隙范围以及合理的布孔间距问题,文中建立了水力割缝煤体多场耦合模型。以杨柳矿特定的地质条件为基础,考虑应力场、裂隙场以及渗流场耦合效应,开展了水力割缝钻孔周围瓦斯流场演化数值模拟研究。结果表明:水力割缝钻孔周围存在半径约为2 m的扰动裂隙圈,割缝孔周围瓦斯压力变化曲线存在"陡坡"现象。水力割缝钻孔瓦斯抽采的有效影响半径约为4.6 m,最适布孔间距约为7 m,与现场测试结果相吻合。多孔协同抽采30 d后,钻场控制区域均已消突,抽采效果理想。     

断层对深孔聚能爆破煤层增透的影响

针对断层构造对煤层深孔聚能爆破增透效果和安全性的影响,本文在理论分析、数值模拟和现场试验研究基础上,分析了断层对爆破增透煤体裂隙生成和发育的影响,从瓦斯赋存和爆破能量传播探讨了断层对爆破安全性的影响.数值模拟结果验证了断层对爆破裂隙扩展和应力波传播的影响.现场试验表明,断层影响区爆破孔增透效果是未受断层影响区域的2.60倍,断层构造带容易造成冲孔现象,对爆破安全性有重要影响.     

高应力低渗透煤层预裂爆破过程中控制孔作用

在深孔控制预裂爆破增加煤体透气性过程中,控制孔所起的导向致裂作用受地应力的影响程度通过理论分析相对复杂。针对这一情况,采用数值计算方法模拟爆炸波与爆生气体在煤体内的传播致裂过程和控制孔临空面的反射叠加导向致裂过程,研究高、低地应力情况下控制孔的导向致裂增透作用。结果表明:高地应力煤层深孔预裂控制爆破时,控制孔主要起到卸压孔和抽放孔的作用,其导向致裂效应不如低地应力情况下的显著;控制孔尺寸越大,煤体爆破后控制孔周围煤体裂隙区范围越大;深孔爆破增透技术在高应力低透煤层的增透防突中仍可获得较好的增透效果。     

低透煤层CO_2相变致裂增透解吸技术的应用

针对贵州省喀斯特地质条件下松软低透高瓦斯煤层掘进过程中瓦斯抽采难度大、抽采效率低、抽采时间长等难点问题,提出应用CO_2相变致裂增透解吸技术提高煤层透气性系数、增大煤层透气性、提高瓦斯抽采量和抽采效率。研究了CO_2相变致裂增透解吸技术对绿塘煤矿工作面卸压增透效果,并与深孔预裂卸压增透技术效果进行了对比研究,发现该区域CO_2相变致裂增透技术增透效果较明显,CO_2致裂与深孔预裂相比较,前者煤层透气性系数约为后者透气性系数的1.9倍,CO_2致裂后的衰减系数比深孔预裂后衰减系数低约20%,CO_2致裂后平均抽采浓度约为70%,结果表明:采用CO_2相变致裂增透解吸技术后,该煤矿总体抽采效率提高了约6倍,抽采达标周期大幅缩短,为同类矿井的瓦斯治理提供了可借鉴技术与经验。     

瓦斯抽放煤层增透深孔聚能爆破钻孔参数

以焦作煤业集团九里山矿煤层深孔聚能爆破试验为基础,利用数值模拟分析了爆破煤体应力变化规律,发现聚能爆破效应导致应力峰值增大,扩大了煤体裂隙区范围.同时对聚能爆破钻孔参数进行优化,确定了合理的炮孔直径、爆破孔间距、爆破孔与邻近抽放孔及煤层顶底板间距.现场试验结果表明:优化的钻孔参数不仅使聚能爆破增透效果显著而且保证了爆破过程的安全.     

低透气性煤层定向水力压裂增透技术

针对常规压裂易造成煤体卸压盲区、煤层整体卸压增透效果不理想等存在的问题,采用理论分析、数值模拟与现场实验相结合的方法,分析定向水力压裂作用机理,探讨了定向孔布置、压裂孔密封、煤体最小起裂压力等工艺技术与参数,对比分析定向与非定向压裂的裂隙扩展与贯通规律,验证了定向孔的导向、控制和卸压作用.现场对比试验发现,定向压裂后煤层瓦斯平均抽采浓度和平均抽采纯量分别是普通压裂孔的2.2倍和2.12倍.研究结果表明:定向水力压裂增透效果明显,具有良好的推广应用价值.     

水力冲孔卸压增透物理模拟试验及效果评价

水力冲孔技术是应用最广泛的卸压增透措施之一,在松软低透气性煤层取得较好效果。利用自主研发的水力冲孔试验装置开展了水力冲孔试验研究,同时在水力冲孔前后分别进行一次瓦斯抽采试验,基于瓦斯抽采情况评价水力冲孔增透效果。研究结果表明:同一位置的气体压力在水力冲孔后下降更快,靠近冲孔位置的区域受影响较大,而远处区域受影响较小,且增透效果在抽采一段时间后才会显现;为了定量评价水力冲孔的增透效果,基于瓦斯压力定义并推导了等效抽采半径和有效抽采时间两个参数,通过计算得出:通过水力冲孔技术,等效抽采半径增加至原来的1.7倍,而有效抽采时间降低为原来的56%,说明水力冲孔能有效增大煤层透气性,并提高抽采效率。同时发现水力冲孔后气体压力梯度较小,说明水力冲孔是通过促进冲孔附近煤层孔裂隙发育进而降低瓦斯运移阻力从而实现增透效果,因此如何持续、高效地提高煤层孔裂隙发育是水力冲孔技术的关键所在。     

酸化工艺的煤层增透新技术

为提高低透高瓦斯煤层的瓦斯抽采效果,解决工作面瓦斯超限问题,以平岗煤矿低透高瓦斯煤层为研究对象,提出利用酸化工艺解决低透气性问题的新思路。采用实验并结合FracproPT2007模拟的方法对酸化工艺在煤层增透技术中的应用进行了研究,并分析了酸化致增透机理。实验和模拟结果表明:采用基质酸化煤层时,酸液对煤层透气性的影响范围是以钻孔为圆心、半径为1.87 m的圆;酸化压裂时可产生半径达101.56 m的高导流能力的裂缝。该研究为煤层增透技术创新奠定了基础。     

深孔爆破增透瓦斯抽采技术在石门揭煤中的应用

为防止突出煤层在石门揭煤过程中发生煤与瓦斯突出,合理选择深孔爆破增透瓦斯抽采技术抽采待揭露煤层瓦斯,有效地消除了其突出危险性,加快了石门揭煤过程,保证了矿井的安全生产和正常接替。     

煤巷掘进中预裂爆破对抽放提高的分析

针对低透气性煤层掘进工作面瓦斯预抽率较低以致突出危险较高的问题,以某矿(K1、K4)煤层煤巷掘进工作面为研究对象,进行了现场深孔预裂爆破试验,对预裂爆破前后钻孔瓦斯抽放量进行了对比分析,并对预裂爆破后有效的钻孔瓦斯抽放半径进行了考察。试验结果表明:K1煤层预裂爆破后瓦斯预抽率仅需10d就能达到37.13%,缩短抽放时间60%;而且效果检验5个循环才出现瓦斯解吸指标超标。K4煤层预裂爆破后瓦斯预抽率仅需12d就能达到34.28%,缩短抽放时间60%;而且效果检验3个循环才出现瓦斯解吸指标超标,预裂爆破对瓦斯抽放效果有明显的提高;爆破后K1和K4煤层瓦斯有效抽放半径分别为4.5和5.2m。这对于现场预裂爆破工作具有一定的指导意义。     

定向断裂爆破在综放工作面初采切巷的应用

为解决综放工作面初采期上隅角瓦斯超限问题,采用初采切巷深孔爆破强制放顶的方法充填采空区以缩小工作面有效通风断面,以达到改善初采期间工作面通风状态与提高瓦斯排放效率的目的.但是炮孔间距由于受到初采切巷支护结构的限制往往大大超过预裂爆破经验公式确定的上限,造成预裂效果差的后果.为了选择适合现场使用的增加炮孔间距的最佳爆破方法,应用ANSYS/LS-DYNA软件对不耦合装药、V型刻槽和切缝药包3种爆破方式进行数值模拟,结果显示切缝药包爆破在增加炮孔间距和保护岩壁方面有明显优势,并通过模拟确定了切缝药包的最佳开口宽度.最后,通过在阳泉国阳公司K8205工作面进行超前深孔预裂爆破强制放顶的现场应用,比较爆破前、后和割一刀煤后支柱压力的变化情况,验证了良好的预裂爆破效果.