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.     

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。     

深孔预裂爆破增透技术在井筒揭煤中的应用研究

为了增加煤层透气性、提高瓦斯抽采率、消除煤层突出危险性,通过数值模拟和现场试验的方法,对深孔预裂爆破煤层增透技术在低透气性高瓦斯煤层中的应用进行了系统研究,得出了煤岩不同的力学性质和控制孔的导向作用。通过对两个爆破孔与控制孔应力云图、裂隙图的数值模拟,再现了应力波在煤岩体中的传播与衰减规律,以及煤岩体裂隙的扩展变化过程。最后,在谢桥矿13-1煤层实施深孔预裂爆破试验,试验表明采用该技术显著增大了煤体透气性,提高了瓦斯抽采浓度和抽采量,故而是一种经济可行的对于防治低透气性高瓦斯煤层突出的方案。     

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。     

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。     

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.     

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.     

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。     

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。     

低渗透性煤层井下低压液态CO_2促抽瓦斯工程实践

针对韩城矿区3#煤层渗透率较低,瓦斯抽采难度大、抽采效率低等难题,在理论分析液态CO_2低温相变增渗和驱替置换煤层瓦斯机理的基础上,提出了低压(2~3 MPa)液态CO_2顺层钻孔压注增透技术,研发了适用于煤矿井下的低压液态CO_2压注系统和工艺,确定了压注过程的关键参数。桑树坪2号井3#煤层工业性试验结果表明:整个CO_2压注过程大致可分为相态平衡建立、注液和保压3个阶段;液态CO_2在3#煤层中的渗流扩散半径超过18 m,此半径范围内瓦斯抽采浓度整体得到提高,抽采活跃期至少一个月。距压注孔6,12和18 m的抽采孔单孔瓦斯浓度平均值分别达41.66%,35.43%和24.14%,且随距压注孔间隔的增大,单孔瓦斯抽采浓度呈逐渐减小趋势,与钻孔内CO_2浓度变化趋势一致。整个抽采活跃期内,支管平均瓦斯抽采浓度和纯量分别达48.49%和1.42 m3/min,明显高于水力割缝后的瓦斯抽采效果,压注后32~40 d,衰减至29.37%和0.88 m3/min,仍高于原始煤层瓦斯抽采浓度。     

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。     

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。     

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.     

二氧化碳爆破布置参数数值模拟

为确定二氧化碳爆破增加煤层瓦斯透气性技术的最佳爆破孔间距及控制孔的布置方式,采用FLAC~(3D)和Comsol软件对不同间距多空爆破和爆破影响半径进行数值模拟.研究结果表明:爆破器间距约为5 m、爆破孔间距约为7 m,且控制孔布置在相邻爆破孔中间时,液态二氧化碳多孔连续爆破能够达到最理想的爆破增透效果,而且控制孔的半径越大,增透效果越明显,瓦斯抽采效率越高.     

深孔预裂爆破技术在顾桥煤矿井筒揭煤中的应用

针对顾桥煤矿进风井井筒揭8煤层时瓦斯抽采困难,易引发煤与瓦斯突出等问题,提出了采用深孔预裂爆破技术增加煤层透气性,缩短瓦斯抽采时间,提高抽采效果,预防煤与瓦斯突出,并在井筒揭煤中进行了现场应用,对应用效果进行了详细分析。实践证明,深孔预裂爆破技术应用在井筒揭煤中行之有效。     

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。     

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。     

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。     

煤层深孔聚能爆破动力效应分析与应用

为研究煤层深孔聚能爆破致裂增透机理,构建聚能爆破分析模型,运用理论分析与数值模拟相结合的方法探讨聚能爆破时聚能射流的成型机理、爆炸应力波的传播特点、煤体力学特征和裂隙扩展机理,结果表明:聚能槽集聚爆轰能量形成聚能射流并产生聚能效应,聚能效应显著改变了爆炸应力波的传播特性和煤体的力学性质,在聚能方向煤体所受压应力峰值是非聚能方向的1.10～ 1.29倍,有效地促进了裂隙的扩展;且主聚能方向煤体所受压应力峰值由次聚能方向的0.85倍增大到1.06倍,放缓了煤体所受应力的衰减速度.此外,煤层深孔聚能爆破工程应用实验表明,聚能爆破后抽采孔平均瓦斯含量是聚能爆破前的1.58倍,有效地提高了煤层透气性和瓦斯抽采率.