开采煤层顶板环形裂隙圈内走向长钻孔法抽放瓦斯研究

开采煤层工作面的瓦斯主要来源于该煤层、采空区和邻近层的卸压解吸瓦斯。由于煤层松软，顺层钻孔施工难，不便钻孔抽放瓦斯。若对采空区实施大面积抽放，工程难度大，而且抽不出高浓度瓦斯。因此，寻找瓦斯运移的裂隙通道和瓦斯富集区，实施有效的瓦斯抽放工程是实现高效瓦斯抽放的技术关键。采用实验室相似材料试验、数值模拟计算和工业性试验研究方法，研究寻找采场上覆岩层中环形裂隙圈形成机理和位置，把抽放钻孔布置在环形裂隙圈内，进行“环形裂隙圈内走向长钻孔法”瓦斯抽放。这种瓦斯抽放技术使低透气性高瓦斯煤层的开采和瓦斯抽放分层区进行     

铁法矿区地面钻孔抽放采空区瓦斯技术及应用

为了解决铁法矿区现有的6 对高突矿井,煤层瓦斯含量大,煤层透气性系数低,瓦斯抽放难度大的问题,传统的瓦斯抽放方法难以满足长壁开采生产的要求.解决低透气性煤层瓦斯抽放问题的根本途径是增加煤层的透气性.采用地面钻孔法抽取采空区瓦斯, 有效利用开采引起的缷压增加透气性.针对铁法矿区的地质条件和生产工艺特点,阐述了地面垂直钻孔法抽取采空区瓦斯的适用条件,钻孔参数的合理优化,地面钻孔抽放效果等.通过地面钻孔抽放瓦斯,不仅解决了低透气性煤层瓦斯抽放困难,高瓦斯涌出量对矿井安全生产造成威胁等难题,而且有效地利用了煤层气资源.     

保护层开采瓦斯治理与保护范围考察

保护层开采是突出煤层开采最为经济合理的卸压措施.本文在对淮北矿业集团某矿82采区的保护层与被保护层工作面空间关系特征分析基础上,提出了对无突出危险性的保护层6_1煤瓦斯的"风排+采空区埋管抽采+高位钻孔抽采"和被保护层7_2煤瓦斯的"底板岩巷密集型穿层钻孔抽采+顺层钻孔抽采"相结合的瓦斯治理方案,并在保护层6_1煤开采过程中对被保护层7_2煤的有效卸压范围与残余瓦斯压力进行实地考察.通过保护范围与保护效果考察发现:被保护层7_2煤有效卸压范围与残余瓦斯压力均满足《防治煤与瓦斯突出细则》对保护层效果考察要求,为安全高效开采82采区煤炭资源提供了可靠保障.     

松软低透气性突出煤层顺页层钻孔施工成孔技术

综采放顶煤开采技术是采煤方法的一次革命，是未来厚煤层采煤技术的发展方向。根据《煤矿安全规程》第六十八条规定：采用综采放顶煤技术开采时，必须符合无煤与瓦斯突出危险性。按此规定，淮南矿区中厚煤层可以采用放顶煤采煤法．但在回采前需采取区域性防突措施并经评价确保消除突出危险性。另外．由于矿区的煤层松软、透气性低，顺层钻孔成孔长度较短，因此，提高顺层钻孔的成孔长度是提高低透气性煤层抽放效果的关键：     

瓦斯抽放在低瓦斯矿井瓦斯防治中的应用

为了解决高产高效工作面多瓦斯涌出源、瓦斯涌出量大的问题,结合矿井的地质开采条件,提出了实施综合瓦斯抽放方法,即开采煤层瓦斯采前预抽、卸压邻近层瓦斯边采边抽、本煤层抽放瓦斯、采空区瓦斯抽放等多种方法在一个工作面的综合应用。此方法在空间和时间上为瓦斯抽放创造更多的有利条件,将钻孔抽放与巷道抽放结合起来,大幅度提高了瓦斯抽放率,从而降低瓦斯抽放成本,保证了矿井安全生产。     

大功率钻机在单一低透突出厚煤层钻孔施工中的应用

通过使用大功率钻进工艺,在透气性低的单一厚突出松软煤层中施工大直径顺层长钻孔,解决了小孔径钻孔施工中易垮孔、卡钻、抱钻及钻孔长度短等问题,使杉木树煤矿顺层钻孔抽放半径、瓦斯浓度、流量大幅提高.     

短孔瓦斯抽放技术的研究应用

为提高埋藏深、低透气性、动力现象显著煤层工作面的瓦斯预抽效果，对工作面瓦斯抽放新技术进行了研究。根据矿山压办分布规律和工作面前方煤体受采动影响卸压后透气性显著提高、煤层压力显著降低的特点，研究了卸压区短孔瓦斯抽放技术，研究结果表明该抽放技术可行、系统可靠，能有效提高超前排放钻孔瓦斯排放效果、显著降低煤与瓦斯突出危险性，这对解决低透气性、高地应力煤层的快速、安全掘进和生产具有实际意义。     

短孔瓦斯抽放技术的研究应用

为提高埋藏深、低透气性、动力现象显著煤层工作面的瓦斯预抽效果,对工作面瓦斯抽放新技术进行了研究.根据矿山压力分布规律和工作面前方煤体受采动影响卸压后透气性显著提高、煤层压力显著降低的特点,研究了卸压区短孔瓦斯抽放技术,研究结果表明该抽放技术可行、系统可靠,能有效提高超前排放钻孔瓦斯排放效果、显著降低煤与瓦斯突出危险性,这对解决低透气性、高地应力煤层的快速、安全掘进和生产具有实际意义.     

基于沿空留巷与多方位抽采的瓦斯综合治理技术应用

为有效解决工作面瓦斯超限问题,在深入分析青龙煤矿生产地质条件的基础上,采用基于沿空留巷与多方位抽采的瓦斯综合治理技术。通过混凝土砌块墙沿空留巷方式,成功保留了回采巷道,实现了"Y"型通风。采用本煤层瓦斯顺层钻孔、穿层钻孔立体抽采,临近层瓦斯穿层钻孔抽采,采空区及上隅角瓦斯顶板高位钻孔和采空区埋管抽采的多方位抽采技术,同时解决了本煤层、采空区及邻近煤层瓦斯涌入工作面、上隅角的问题。应用效果表明:工作面瓦斯抽采率达80%以上,基本杜绝了瓦斯超限问题;工作面推进速度提高1倍,月回采煤量达15万t,实现了高瓦斯煤层安全高效开采。     

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.     

采场覆岩裂隙特征研究及在瓦斯抽放中应用

为了在采空区顶板实施瓦斯抽放枝术获得较高的瓦斯抽放效果,采用模拟试验和工业性试验的方法,研究采场上覆岩层中裂隙特征,寻找采场上覆岩层中裂隙位置和顶板瓦斯富集区。现场试验表明,把抽放钻孔布置在采空区顶板裂隙区内进行瓦斯抽放,对流向回采工作面上隅角的瓦斯起到了截流作用,基本上解决了高瓦斯煤层回采工作面上隅区瓦斯斯浓度超限问题。     

具有环向切口圆柱形杆的二次曲面坐标解

切口类缺陷是造成构件断裂破坏的主要原因之一，也是断裂设计的核心内容。文中提出了同环向切口相适应的二次曲面坐标，利用Ｇａｌｅｒｋｉｎ位移函数的演变形式导出了具有环向切口圆柱形杆的应力和位移分量。通过选取适当的位移函数，可以解决具有环向切口圆柱形杆的各种问题，从而为该类构件的安全设计和断裂设计提供依据，作为算例，还求解了具有环向切口圆柱形杆的扭转问题。     

页岩气井环空带压临界控制值计算方法

页岩气井由于大规模压裂导致井筒完整性破坏而引起大量环空带压问题，严重影响页岩气井的安全生产。针对页岩气井环空带压问题，基于API RP 90-2环空带压临界控制值计算方法，考虑页岩气井储层压力、产量变化、腐蚀以及磨损等因素，分析实际生产中环空各组件承压能力随服役时间的变化情况，建立了页岩气井环空带压临界控制值计算方法及环空带压控制图版，并进行了实例计算。研究结果表明，页岩气井环空带压临界控制值在服役早期主要受井口装置、技术套管承压能力影响，到服役后期时，随着腐蚀及地层压力降低，主要受油管薄弱点抗外挤强度影响，且随服役时间、腐蚀速率增加而不断降低，当环空带压控制值小于地层压力时，需要对环空压力值进行监测并采取相应措施，以保证现场安全生产。     

低渗气藏带节流器水平井积液预测模型

近年来,水平井技术已在低渗气藏的开发过程中得到广泛运用,但水平井在生产状态下准确预测井筒积液的问题,目前仍没有得到较好地解决。通过对低渗气藏水平井单相渗管耦合的理论研究,考虑了气液两相流动及井筒摩擦损失,建立了新的低渗气藏水平井气液两相渗管耦合模型,并以此推导出了水平井井筒积液量的计算公式。然后,以井口套压为约束,结合几何转换建立了环空积液量计算方法。最后,以环空算出的井底压力约束,联立各模型,建立了水平井积液预测模型。同时,通过程序编译和流体软件模拟分别对苏里格气田某井区单井的直井段和水平段的积液量进行了计算,与实际积液情况符合较好。结果显示,该预测模型不仅可在气井正常生产时较为准确地预测井筒积液量,且该方法也能为其他类似气藏的水平井积液研究工作提供新的思路。     

平岗煤矿1202工作面上覆岩层“三带”的判定

 为准确判定“三带”对于提高平岗煤矿高位孔和高抽巷的瓦斯抽放量,采用理论计算、数值模拟、现场试验方法,研究了平岗煤矿1202工作面采空区上覆岩层“三带”的判定问题。理论计算与数值模拟得到冒落带高度范围为6.2～8.3m,裂隙带高度范围为23.0～28.2m;现场测试结果与理论计算值基本一致。在裂隙带中实施瓦斯抽放,瓦斯流量可达1m³/min以上。本文所提出的方法为高位孔终孔位置和高抽巷层位的确定提供了重要的参考依据,能够有效降低工作面瓦斯超限事故的发生。     

具有大裂缝的气井水锥问题的数值模拟

当具有大裂缝的底水气田的气井生产时,经常发生底水突然通过大裂缝串入井孔而影响天然气生产。显然,借助数值模拟方法以了解地下气、水流的动态变化对于提高采收率甚为重要。但是对有大裂缝的气田,普通数值方法结果无效,必须另辟途径。通过讨论大裂缝三维水锥问题的数值模拟,认定大裂缝的主渗透率方向在大裂缝曲线切向上,借助张量变换理论和有限体积法,导出了描述有大裂缝的三维气井水锥的离散方程。实算表明了这种方法比通常方法更能反映气井水窜真实过程。     

水下气体射流技术的柱形与环形结构仿真分析

为了探究不同形态射流的关联异同,以N-S方程为控制方程,选用Standard K-epsilon湍流模型,采用有限体积法与多相流界面捕捉方法 VOF模型,在二维矩形计算域内,对速度为100 m/s的柱形与环形水下气体射流进行数值模拟研究,探究两种不同形态的射流的发展和关联。研究结果表明:选用模型正确,成功模拟出射流初期气泡的演化过程;柱形与环形水下气体射流虽然在形态发展历程与物理规律上基本一致,但在射流初始形态、轴向发展速度等方面存在差异;同时发现在射流过程中存在卷吸作用。数值模拟结果给出了实验中无法测量的压力场变化、流体流动方向等流场结构,为该技术的实验开展以及在工程领域的广泛应用起到了很好的帮助作用。     

页岩气藏压裂数值模拟敏感参数分析

针对页岩气藏压裂形成复杂裂缝网络后,单一的裂缝描述方法不再适用的问题,采用Eclipse 软件中的页岩 气模型,建立了一种“等效方法”,将页岩气有效改造体积表征为“主裂缝+ 网络裂缝渗透率”,代替“主裂缝+ 次裂 缝”的模拟方法,两种方法产量和长期压力驱替是等效的,解决了手工划分网格工作量大、计算速度慢的问题。运用 Plackett-Burman 型线性试验设计方法,对水力裂缝参数和储层参数进行敏感性排序,结果表明：水力裂缝参数中,压裂 纵向改造程度、网络裂缝渗透率和有效改造体积对产量影响最敏感,储层参数对产量影响敏感程度由强到弱为：地层 压力系数、总含气量、储层有效厚度、吸附气比例、井底流压、基质渗透率。为页岩气压裂选井选层和压裂设计方案优 化提供了依据。     

油气润滑输送管内流动特性实验研究

通过实验观察法及数值模拟手段研究了油气两相流体在输送管内的流型,并利用差压传感器测量了管内流动压力损失,进一步对试验结果进行了理论分析,总结出油气润滑输送管内压力损失的经验公式。通过对油气流型的研究,发现油气润滑输送管内为波浪—环状流流型,油、气速度变化、对环状流的流动特性有影响。     

气流旋转对液体射流分裂与雾化的影响

为研究旋转气流对液体射流分裂与雾化的影响,建立了旋转气流中的空心柱形黏性液体射流三维模型,对气流旋转强度在射流分裂与雾化的作用进行分析计算.结果表明,低速射流的分裂破碎机理与高速射流的雾化机理不同.在低速射流中,内部气流旋转强度对射流的稳定性影响不大,但外部气流旋转强度却起着稳定性的作用;在高速射流过程中,内部气流旋转强度始终起着不稳定性的作用,而外部气流旋转强度对轴对称扰动的影响不大,但对非轴对称扰动均起着不稳定性的作用.