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。     

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.     

穿层钻孔水力压裂增透技术试验研究

张集煤矿13-1煤为深埋高地应力松软低透煤层,瓦斯预抽时间长且残余瓦斯含量超标,为提高煤层透气性,提高瓦斯抽采效率,采用理论分析、现场试验的方法对低透气性煤层水力压裂增透理论及技术进行了研究。研究结果表明:试验区域经水力压裂后,煤体瓦斯压力由原始煤体瓦斯压力1.05MPa降低至0.5MPa,煤层透气性系数提高了6.17倍,水力压裂影响半径沿倾向35m、沿走向50m,且目标区域煤层瓦斯预抽达标时间相比未压裂时缩短了35.8%,穿层钻孔水力压裂起到很好的增透增流效应。     

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。     

单一低透煤层水力压裂增透技术试验

针对单一低透煤层瓦斯抽采浓度低、衰减快、瓦斯抽采困难等问题,提出了水力压裂增透技术.研究了水力压裂钻孔壁煤体起裂所需最小注水压力,分析了水力压裂过程中注水压力、流量等参数随注水时间动态变化特点,并对压裂前后煤层透气性系数变化和瓦斯抽采效果进行了考察.结果显示:实施水力压裂后,影响区内煤层透气性系数提高了20.32倍,平均瓦斯抽采浓度和纯量分别提高了4.1倍和5.1倍,水力压裂增透效果显著.     

补白$单一低透煤层水力压裂增透技术试验研究

针对单一低透煤层瓦斯抽采浓度低、衰减快、瓦斯抽采困难等问题,提出了水力压裂增透技术.研究了水力压裂钻孔壁煤体起裂所需最小注水压力,分析了水力压裂过程中注水压力、流量等参数随注水时间动态变化特点,并对压裂前后煤层透气性系数变化和瓦斯抽采效果进行了考察.结果显示:实施水力压裂后,影响区内煤层透气性系数提高了20.32倍,平均瓦斯抽采浓度和纯量分别提高了4.1倍和5.1倍,水力压裂增透效果显著.     

煤矿井下水力压冲增透强化抽采技术试验研究

新河煤矿为煤与瓦斯严重突出的基建矿井,煤层透气性低、瓦斯含量高。采用顶板抽放巷下向穿层钻孔进行预抽煤层瓦斯,抽采效率低,条带消突周期长。为提高新河煤矿抽采效果,先后尝试了水力压裂、水力冲孔增透措施,抽采效率有所改善,但持续时间短。在现场实践的基础上,提出了水力压冲一体化技术,以"水力压裂单元增透,水力冲孔出煤卸压"为技术思路,探讨了其技术流程、卸压增透及多级裂缝的形成机理,通过现场水力压冲增透抽采试验,结果表明,水力压裂后进行水力冲孔,瓦斯涌出严重,平均单孔涌出瓦斯1 485 m3,是未进行水力压裂的4.9倍,试验后最大日抽采纯量1 731 m3/d,平均623 m3/d,是试验前的2.9倍。     

山西襄矿集团上良煤业32206工作面CO_2预裂爆破增透消突试验研究

上良煤业是煤与瓦斯突出矿井,煤层属于低透气性煤层。针对上良煤业低透气性煤层瓦斯抽采难题,以该矿32206首采工作面为试验工作面,应用CO2预裂爆破增透技术,提高了煤层的透气性及瓦斯抽采率,降低了煤层瓦斯含量和瓦斯压力,消除了工作面煤层的突出危险性,技术效果显著,可为类似煤矿煤层瓦斯抽采提供借鉴。     

低透气煤层预裂瓦斯运移数值模拟及抽采试验

针对高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采难问题,利用数值模拟软件RFPA2D-Flow再现了采取煤层深孔爆破预裂后,瓦斯在煤层及爆生裂隙中的流动规律.研究结果表明,预裂圈内煤和岩石的孔隙率大大提高,煤层透气性显著增加,但当裂隙圈之间不相交时,瓦斯同样很难在完整的低透气性煤体中运移,因此只有当抽采瓦斯钻孔处在裂隙圈中才能高效抽采瓦斯.现场试验证实,低透气性煤层预裂后,有效导通裂隙增加,布置在裂隙圈内抽采瓦斯钻孔可以获得高效抽采瓦斯效果,从而降低煤与瓦斯突出危险性.     

深部煤层上向穿层水力压裂强化增透技术研究

水力压裂技术是提高煤层透气性的有效方法之一。综合利用数值模拟、现场工程试验的方法,系统研究了深部低透气煤层底抽巷上向穿层水力压裂强化增透技术及增透效果。研究发现,通过水力压裂,在距离水力压裂孔20～25m范围内的煤体内形成了大量的压裂隙,透气性大幅提高,有效的提高了煤层的透气性;施水力压裂增透技术后,在一个多月的时间里,考察单元内瓦斯抽采纯量均提高2倍以上,与未压裂区相比,预抽达标时间缩短34%,实现了大范围、长时效增透。研究成果为相似煤层赋存条件矿井提供了借鉴。     

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。     

井下煤层水力压裂裂缝导向机理及方法

针对井下煤层水力压裂裂缝扩展无序导致抽采效率低的问题,提出水力压裂裂缝导向方法,即采用高压水射流割定向缝导向裂缝起裂及扩展。在压裂孔周边合理布置导向钻孔,压裂孔及导向钻孔均采用水射流割缝技术在煤孔中形成定向缝隙。在地应力作用下缝隙尖端形成剪切破坏区,在内水压的作用下裂缝在缝隙尖端起裂;通过计算射流割缝缝隙水平延长方向最大主应力方向得出,裂缝在尖端起裂后沿水平方向延伸;在此基础上研发了裂缝导向技术工艺,即钻孔布置工艺、封孔工艺及压裂工艺,并成功应用于典型低透气性煤层;试验结果表明:该方法能够导向裂缝的延伸,压裂半径为25 m以上;抽采数据表明瓦斯抽放平均浓度为68%,单孔平均抽放纯量为0.037m3/min;采用裂缝导向技术后相比普通孔瓦斯抽放纯量提高了11.26倍,抽放浓度提高了2.12倍。     

穿层钻孔水力压裂试验研究

煤储层透气性低是制约煤矿瓦斯抽采的关键因素,为提高煤储层透气性,增加瓦斯抽采效果,依靠水力压裂技术,采用穿层钻孔对煤层进行激励,形成裂缝,达到增透的目的。同时,采用理论分析和现场试验的方法,对穿层钻孔水力压裂技术进行研究。压裂后压裂孔透气性系数增加了6~12倍,抽放纯量提高了24~30倍。水力压裂技术大幅地提高了煤层的透气性和钻孔瓦斯抽放量,是一种有效的煤储层增透工艺。     

穿层钻孔煤巷条带水力压裂防突技术及应用

针对低渗高突煤层煤巷条带预抽区域瓦斯治理难题,运用弹性力学理论,结合高压水动力特性,提出穿层钻孔煤巷条带水力压裂防突技术,建立计算目标煤层起裂压力计算模型,集成配套井下压裂成套设备,并进行工业性试验。试验结果表明:技术实施后,压裂钻孔的瓦斯抽采浓度和抽采纯量曲线呈现"高—低—高"特点,体现了压裂改造的双重作用;相比于水力割缝孔和普通穿层孔,压裂孔的瓦斯抽采纯量分别提高了20倍和133倍;预掘煤巷处的残余瓦斯含量降到8m3/t以下,穿层钻孔煤巷条带水力压裂增透技术消突效果显著。     

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。     

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。     

水力压裂增透技术在煤巷掘进中的应用

针对高瓦斯低透气性突出煤层,若直接采用钻孔抽放瓦斯,则存在抽采效果差、抽放时间长、抽放率不高的问题。为提高低透气性煤层的抽放效率,达到预防瓦斯突出的效果,运用水力压裂增透技术在同华煤矿K1半煤岩巷掘进工作面进行了试验。试验结果表明,采用水力压裂能够增加煤层透气性,提高单孔瓦斯抽采浓度和流量,减少防突施工对掘进工作的影响,提高预抽瓦斯效果,减少掘进面生产期间的安全隐患。使掘进面瓦斯日抽采量增加120%以上、日掘进进度增加80%以上。     

CO_2气爆含控制孔煤层裂隙演化颗粒流模拟

CO_2深孔预裂爆破是实现低透煤层瓦斯抽采的重要煤层增透技术手段。为更加准确地分析CO_2气爆作用下煤层裂隙演化规律,解决CO_2爆破过程存在非连续、大变形的问题,基于颗粒流方法(PFC)建立细观数值模型。通过将CO_2气爆应力波等效为半球面谐振波,分析CO_2气爆作用下煤层颗粒速度场;以颗粒膨胀加载法和动边界条件处理法,应用PFC2D构建二维数值模拟模型,分析CO_2气爆含控制孔煤层裂隙演化规律。结果表明:CO_2爆破应力波入射过程中,钻孔边界发生明显的动力效应,自孔周呈现推进式破坏区;煤层埋深增加,起裂压力增大,主裂纹形成后裂隙扩展范围增大;设置控制孔能有效加速裂隙发育,裂隙扩展深度和影响范围均有显著增加。该模拟可以解释爆破应力波的传播规律和描述煤岩体的动力破坏过程。