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。     

低渗透性煤层注液态CO2置换驱替CH4试验

针对低渗透性煤层瓦斯难以抽采的问题,结合液态CO_2低温、低黏、渗流阻力小、相变增压等特性,提出低渗透性煤层注液态CO_2置换驱替CH_4技术。在韩城矿区桑树坪二号井开展煤层注液态CO_2置换驱替CH_4工业性试验,开发了压注工艺系统,确定了压注关键性参数,判定了CO_2置换驱替CH_4技术效果。试验结果表明:液态CO_2压注时压力呈现波动特性,起始升压速率较快,达到2.5MPa左右时趋于稳定;压注管路瞬时流量为0.6~1.4m~3/h,累计压注液态CO_2为6.0m~3;以压注过程中检验孔内CO_2体积分数为指标,判定试验有效影响半径达到18m。试验区域瓦斯抽采体积分数是原始体积分数的2.5倍,抽采纯量是原始纯量的3.5倍,相比瓦斯抽采效率提高。     

基于抽采瓦斯量测定地面钻孔有效半径研究

为了准确考察保护层开采条件下被保护层地面钻孔有效抽采半径,从而为合理布置地面钻孔提供依据,对现有测定地面钻孔有效半径存在的问题进行了分析。基于瓦斯流动理论和煤层瓦斯抽采量、抽采率等在防治煤与瓦斯突出等瓦斯灾害以及煤层气开发和利用的要求,在保证煤层瓦斯预抽率大于等于30%和煤层瓦斯含量小于等于8 m3/t条件下,提出了基于考察地面钻孔抽采瓦斯量测定地面钻孔有效半径的新方法,接下来应用该方法对地面钻孔有效抽采半径进行了计算。研究结果表明:基于钻孔瓦斯抽采量测试新集一矿北中央采区131105工作面地面1#、2#、3#和4#钻孔有效抽采半径分别为85 m、55 m、75 m和115 m,并验证了示踪技术法测定的地面钻孔有效抽采范围内抽采指标不达标。     

利用SF6示踪技术测试煤层瓦斯抽采半径

为了合理布置煤层抽放钻孔数量,采用SF6示踪技术测定煤层瓦斯抽采半径。沿煤层布置一排试验钻孔,选定其中某几个孔作为SF6释放孔,其余作为抽采试验孔,在一定的抽采负压条件下,通过观测抽采试验孔的瓦斯浓度随时间的变化情况,可以确定煤层瓦斯抽采半径。在朱集矿的试验中,通过一个月的连续观测,测得该矿11-2煤层瓦斯抽采半径可以达到5 m。利用SF6示踪气体可以较好的测定煤层瓦斯抽采半径。     

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.     

液态CO_2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.     

新安煤矿顺层钻孔预抽煤层瓦斯技术参数研究

本文选用新安煤矿17#煤层111706采煤工作面作为本煤层顺层钻孔预抽瓦斯技术试验区,研究17#煤层合理的预抽瓦斯技术参数值。通过对该矿17#煤层111706工作面预抽瓦斯数据分析得出:预抽试验区采用交叉布孔法预抽量可提高40%,Φ94 mm大直径钻孔预抽量比Φ65 mm直径钻孔增加34%,以预抽率作为17#煤层预抽防突有效性指标是可行的。预抽率大于25%时,就可以达到消除煤与瓦斯突出危险。但只有预抽率达到30%以上,钻屑检验指标K1才不会超标。钻场内钻孔抽采瓦斯浓度大于巷道钻孔抽采瓦斯浓度可达1倍,其最小封孔深度应不小于5 m.建议施工双向抽采钻孔来覆盖全工作面,掘进工作面钻孔深度控制在100 m范围内。     

煤体钻孔瓦斯有效抽采半径判定技术

为研究瓦斯矿井本煤层准确测定瓦斯有效抽采半径问题,提出了利用吨煤瓦斯抽采量计算钻孔瓦斯有效抽采半径的测定方法.基于瓦斯钻孔衰减负指数规律建立钻孔瓦斯抽采模型,解算出吨煤瓦斯抽采量,并与其煤层原始瓦斯含量对比,得出煤层残存瓦斯含量Wc和抽采率η,以此判断钻孔瓦斯有效抽采半径,只有同时满足{Wc≤8m3/t∩η≥30%},才为钻孔瓦斯有效抽采半径.研究结果表明:随着预抽时间延长,钻孔瓦斯有效抽采半径逐渐增大,直至极限抽采半径.通过工程实践,分析了不同时间的有效抽采半径,为瓦斯矿井抽采工作提供了可靠的抽采参数,具有实际应用价值.     

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。     

瓦斯抽采钻孔布置方案参数优化： 以保德煤矿为例

针对高瓦斯中低渗透率厚煤层工作面常规预抽钻孔预抽浓度低、钻孔衰减系数大、瓦斯预抽时间长等难题,以保德煤矿8号煤层为研究对象。通过8号煤层渗透率各项异性实验分析和现场测试,对8号煤层钻孔布孔方位以及封孔工艺最优参数进行研究。结果表明：预抽钻孔与煤壁裂隙呈90°,钻孔倾角为-6°时钻孔抽采效果最好;采用新材料+囊袋作为封孔材料,封孔距离8～16 m时,增大压力和“两堵两注”的注浆方式,能有效地提供封孔的气密性。通过3种不同的测试方法,确定4个月时的钻孔抽采有效半径约为4 m, 6个月有效抽采半径为4.5 m。以此为依据,得出工作面瓦斯抽采钻孔最佳布置参数。研究成果为高瓦斯低渗透率厚煤层工作面预抽钻孔设计提供了参考依据。     

Research on the Technical Parameters of Pre-draining Gas with the Bedding Boreholes in Xin'an Mine

本文选用新安煤矿17#煤层111706采煤工作面作为本煤层顺层钻孔预抽瓦斯技术试验区,研究17#煤层合理的预抽瓦斯技术参数值.通过对该矿17#煤层111706工作面预抽瓦斯数据分析得出:预抽试验区采用交叉布孔法预抽量可提高40％,Φ94 mm大直径钻孔预抽量比Φ65 mm直径钻孔增加34％,以预抽率作为17#煤层预抽防突有效性指标是可行的.预抽率大于25％时,就可以达到消除煤与瓦斯突出危险.但只有预抽率达到30％以上,钻屑检验指标K1才不会超标.钻场内钻孔抽采瓦斯浓度大于巷道钻孔抽采瓦斯浓度可达1倍,其最小封孔深度应不小于5m.建议施工双向抽采钻孔来覆盖全工作面,掘进工作面钻孔深度控制在100 m范围内.     

煤矿瓦斯抽采钻孔带压封孔技术研究

煤层瓦斯主要采用钻孔对开采区域煤层瓦斯进行预抽。由于该矿地面压风机供风距离远,用风地点多,用风终端风压小,钻孔封孔不严密,围岩松动圈范围容易出现漏气现象,造成钻孔抽采浓度低,抽采效率低等缺陷。进行机械动力作为原动力进行钻孔带压封孔的应用技术研发,可进一步提高钻孔的封孔质量,提高钻孔的抽采浓度和抽采效率,确保煤层瓦斯的抽放效果。采用本封孔技术,可解决抽采钻孔孔封不严、浓度偏低、钻孔效率低等的技术难题。     

本煤层单一顺层瓦斯抽采钻孔的渗流场数值模拟

针对本煤层瓦斯抽采钻孔的合理布置问题,通过建立钻孔抽采瓦斯的渗流场控制方程和煤层变形场控制方程,结合钻孔抽采瓦斯的初始及边界条件,推导出钻孔抽采瓦斯渗流的固气耦合数学模型.以石壕煤矿本煤层单一顺层钻孔瓦斯抽采为工程实例,基于研究区域的煤层瓦斯赋存特征,采用数值模拟计算方法,获得了本煤层单一顺层钻孔周围煤层瓦斯压力、煤层瓦斯渗透率、煤层瓦斯渗流速度和煤层变形的分布规律.确定了本煤层单一顺层钻孔抽采瓦斯的有效影响半径,从而为本煤层单一顺层瓦斯抽采钻孔的优化布置提供了依据.研究结果表明,石壕煤矿本煤层单一顺层钻孔抽采瓦斯的有效半径分别为4 m左右;在延长钻孔抽放时间不到20%的情况下,减少了钻孔工程量50%左右,抽采效果良好.     

煤层瓦斯抽采封孔技术现状分析

介绍了煤层瓦斯抽采技术现状,将目前瓦斯抽采封孔技术分为非带压封孔、"两堵一注"带压封孔和二次封孔3大类,讨论了各类封孔工艺的优缺点和适用条件。分析结果表明:没有一种封孔技术能够适用所有煤层瓦斯抽采条件,应结合不同的煤层瓦斯抽采需求,研发操作简单高效、装置成本低廉、密封效果可靠的技术与装置,以提高煤层瓦斯的抽采浓度与效率。     

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。     

水射流卸压增渗及抽采瓦斯效果的渗流力学数值解

为提高低渗煤体的瓦斯抽采性能,以重庆天府三矿为研究目标区,采用低温液氮吸附法和压汞法测定了煤层孔隙结构,分析了重庆天府矿区煤体低渗的原因,结果表明,煤体孔隙多为两端开口的平板状、管状孔,孔隙的连通性好,压汞渗透率是原位煤体渗透率的2×105倍,煤体孔隙本身的渗透性较好,煤层低渗为高地应力所致。进行了底板穿层钻孔高压水射流卸压增渗试验,试验表明,卸压后煤层渗透率增加了90倍,抽采率从17%提高到了58%,抽采量增加了4.8倍。建立了瓦斯抽采的渗流力学方程,解算了卸压增渗透前后的不同抽采时间条件下的抽采半径,优化了合理布孔间距、抽采时间,为水射流卸压抽采瓦斯效果评价提供了理论指导。     

义城煤业3号煤层瓦斯抽采半径参数研究

抽采半径作为预抽煤层瓦斯的一个重要参数,直接关系到预抽钻孔的密度和预抽时间的长短,对瓦斯抽采效果具有至关重要的影响作用。因此,通过对山西阳城阳泰集团义城煤业有限公司(简称义城煤业)3号煤层不同孔径抽放钻孔(Φ75 mm、Φ94 mm)瓦斯抽采有效半径进行测定,避免在设计抽采钻孔布置过程中出现空白区域以及钻孔的无效重叠区域,从而有效提高煤层瓦斯抽采效率,及时制定出有效的安全抽采技术措施,确保煤矿安全生产。通过测定分析表明:Φ75 mm抽采钻孔抽采半径应不大于5 m,Φ94 mm抽采钻孔抽采半径应不大于5.6 m,其中增加抽采时间和抽采负压对抽采效果影响并不明显。     

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。     

穿层钻孔煤层掏穴扩孔强化增透技术研究

为提高低透煤层瓦斯抽采效果,提出了一种掏穴扩孔增透技术。以李嘴孜矿A1煤为研究对象,通过现场测试与分析,考察了A1煤掏穴扩孔前后瓦斯抽采影响半径,抽采浓度和抽采纯量;同时采用RFPA2D-Flow模拟软件模拟了扩孔前后煤层裂隙的起裂及扩展过程,分析了掏穴扩孔钻孔对煤层透气性的影响。结果表明:掏穴扩孔钻孔增加了钻孔内壁表面积,增大周围煤体裂隙,使得周围煤体中的应力得到释放。掏穴扩孔后,瓦斯抽采影响半径提高了1.3倍,抽采浓度提高1.9倍,抽采纯量提高了2.3倍,因此,掏穴扩孔钻孔具有提高钻孔瓦斯抽采效果,达到快速消突的目的。     

瓦斯抽采终止条件最佳钻孔参数的确定

为得到更加精确的预测瓦斯的抽采时间及钻孔孔距,达到最佳抽采效果,采用大同煤矿集团轩岗5#煤层现场及实验室的数据,基于有限元理论,结合热力学与渗流力学,建立了瓦斯抽采的有限元模型.通过Ansys软件分析,并依据《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》确定了模拟控制条件,分析了钻孔间距与抽采瓦斯达标所需时间的关系,分析结果表明,当布孔间距为2 m时,抽采时间为105 d,满足生产接续要求.