高瓦斯低透气性煤层水力压裂增透技术研究

针对高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采效率低、钻孔施工量大等问题,结合高压水动力特性,提出水力压裂技术来提高煤层透气性。分析了水力压裂煤体致裂增透机理,提出起裂压力的临界值公式;计算得出水力压裂参数,选用合理的压裂设备和工艺。分析了压裂半径、压裂后煤层透气性及抽采效果等,现场应用结果表明:水力压裂使区域内煤层透气性提高了67倍,在煤层走向上的影响半径可达到20~24 m,能有效增加钻孔的透气性,煤层瓦斯抽采浓度、纯量均提高4倍以上,抽采浓度衰减时间明显增长,有效提高了瓦斯抽采效率。     

松软煤层壁式密封瓦斯抽采技术研究

高瓦斯低透气性松软顺层瓦斯抽采过程中,由于钻孔极易发生缩径、塌孔等工程问题,钻孔周围漏风严重,钻孔服务时间短,瓦斯抽采难度大且周期较长等成为瓦斯抽采的主要技术难题。通过分析松软煤层瓦斯抽采存在的关键问题,应用多孔介质渗流力学、流体平衡等理论及钻孔护孔原理,提出了松软煤层的固液耦合壁式密封技术。现场研究表明,应用固液耦合壁式密封技术抽采松软煤层瓦斯有效地阻止了巷道风流的漏入,极大地提高了瓦斯抽采效率,使得单孔瓦斯抽采浓度达90%以上,与煤矿所使用的聚氨酯袋配合密封液封孔技术相比,单孔纯瓦斯流量提高2~3倍,且抽采过程浓度稳定,对松软煤层瓦斯的高效抽采及实现煤与瓦斯共采和煤层气绿色开发理念具有重要意义。     

被保护煤层底板穿层抽采钻孔合理布置方式研究

为了保障穿层抽采钻孔施工安全和提高被保护层卸压瓦斯抽采效果,通过上保护层开采邻近煤层瓦斯涌出情况的分析和上保护层开采底板煤岩体卸压特征的数值模拟分析,对不同层间距被保护层穿层抽采钻孔的合理布孔方式进行了研究。现场试验表明：下伏不同层间距被保护层底板穿层抽采钻孔不同的布置方式能保障钻孔的安全施工和被保护层卸压瓦斯高效抽粟。     

大兴矿N2-203开采保护层卸压瓦斯抽采研究

针对开采保护层时瓦斯容易超限的问题,分析了开采煤层过程中,保护层在采动应力作用下卸压增流效应及卸压瓦斯运移规律,采用了对被保护层瓦斯卸压抽采和分源治理的技术措施,以大兴矿瓦斯治理为例,通过实施"封堵漏风口、浅埋大管路、短抽上隅角"等开采保护层和钻孔抽采瓦斯等关键性治理技术,解决了开采高瓦斯煤层群过程中综采面大面积悬顶上隅角空间和回风流中浓度超限的问题,实现瓦斯资源的回收再利用。     

顺煤层水力割缝抽采煤层瓦斯渗流规律数值模拟

为得到顺煤层水力割缝抽采瓦斯渗流规律以及预测水力割缝后瓦斯气体抽采量,结合渗流力学和弹塑性力学理论,建立了水力割缝抽采煤层瓦斯的固流耦合数学模型,同时给出了相应初始条件及边界条件。利用Madab计算得到顺煤层水力割缝后煤体应力场、瓦斯压力场以及瓦斯抽采量变化规律。数值模拟结果显示：水力割缝后,煤体有效体积应力得到释放;沿割缝方向储层卸压效果明显;煤层内裂隙、裂缝数量增加,长度和张开度增大;煤体渗透性能增强;煤层气抽采量较普通钻孔有较大幅度的提高。模拟结果显示了顺煤层水力割缝抽采煤层气的优势。此模拟方法对煤层气增产工业中确定水力割缝工艺参数以及预测瓦斯产量具有重要的指导意义。     

多分支水平井技术提高煤层透气性机理分析及数值模拟

本文研究了煤层瓦斯解吸-扩散-渗流的运移规律;分析了多分支水平井技术的增透机理：增大瓦斯解吸影响面积,沟通煤层裂隙并促进裂隙发育,降低瓦斯流动阻力。以山西晋城煤层气田为例,通过分支井产量模型研究分析得出分支数目和分支段长对产能的影响关系：分支井数目越大,抽采效果越好;分支井长度越长,抽采效果越好。     

构造松软煤层钻孔多应力耦合分区失稳机理研究

构造松软煤层瓦斯抽采过程中,钻孔易发生形变、缩径及坍塌等失稳现象,从而造成钻孔及密封失效、抽采阻力增大和抽采瓦斯浓度偏低等问题。针对上述难题,基于原岩应力作用下松软煤层的力学性质及瓦斯赋存条件,分析瓦斯应力对钻孔失稳的动力效应,并通过理论及数值方法对巷道一次采动及钻孔二次采动过程中各采动因素对钻孔周围煤体弹塑性区应力峰值及范围的影响进行研究分析。结果显示:初始应力及采动半径的增大或内聚力及内摩擦角的降低均会不同程度造成应力峰值或弹塑性区域的增大,从而增加钻孔失稳的概率及范围。进而根据钻孔方向上不同应力耦合作用及采动弹塑性区域提出了钻孔分区失稳机理,对构造松软煤层钻孔密封及护孔具有重要指导意义。     

六家煤矿WIIN1 6-7综放工作面瓦斯异常涌出综合治理研究

针对六家煤矿WIIN1 6-7综放工作面瓦斯涌出异常的现象，应用分源预测法预测了本工作面的瓦斯涌出量，得出其主要来源于上部顶板采空区；通过地面大气压力与井下瓦斯浓度的实测，分析其原因是由于地面大气压的变化。针对此特点采取了上部采空区钻孔抽放和本煤层采空区埋管抽放相结合的治理措施，并增加了注氮措施和采用三通和活塞的方法安装管路，取得了行之有效的效果。     

基于Fluent采空区瓦斯抽采仿真模拟在寺河矿的应用研究

为了提高晋煤寺河矿采空区瓦斯抽采效率低的现状,结合寺河矿采空区瓦斯抽采模式,通过分析寺河矿煤层特性,采空区抽采方法,建立瓦斯抽采模型,应用仿真模拟软件对不同瓦斯抽采方案的瓦斯运移规律进行仿真模拟,对模拟结果进行对比分析最后制定和改善了具体的采空区瓦斯抽采实施方案。     

瓦斯抽采钻孔横“T”连接结构的研究与应用

瓦斯抽采管路积水问题一直是影响矿井瓦斯抽采效果的重要因素。为解决这一问题,自主设计了瓦斯抽采钻孔横"T"连接结构,该结构将从抽采钻孔内排出的水消除在抽采管路的源头,避免水进入到抽采管路中。通过在陶二煤矿的现场应用,发现该结构可有效解决瓦斯管路积水问题,并显著提高瓦斯抽采效果,使抽采总管路瓦斯抽采浓度由15%提高到25%以上,提高了近1倍;平均单孔瓦斯抽采浓度达到55%以上,矿井年瓦斯抽采量达到近700万m~3,瓦斯抽采率达到40%以上,为消除瓦斯事故,实现矿井的安全生产提供了保证。     

基于K-CV&SVM的工作面煤层瓦斯含量预测

为进一步提高工作面煤层瓦斯含量预测的准确性,将交叉验证方法(K-CV)和支持向量机(SVM)相结合,建立预测模型。该模型在SVM的基础上采用交叉验证的思想,寻找最佳参数cg,最大限度地消除由于个别样本的较大误差对预测模型的影响,提高预测模型的准确性。选取告成矿工作面煤层钻孔的实测数据进行实例分析,结果表明:该模型较单一SVM预测精度高,能有效预测工作面煤层瓦斯含量。     

沟头煤矿顺层抽放钻孔改进技术

全面分析了沟头煤矿C5301工作面顺层抽放钻孔封孔工艺中存在的问题,找出了封孔深度太短和封孔不严是影响抽放率不佳的真正原因。针对这些原因进行了封孔工艺的改造,并在C5302工作面进行了试验,取得了较好的抽放效果,达到了防止煤与瓦斯突出的效果。为同类型条件下的瓦斯抽采工艺提供了参考和借鉴。     

高位抽采下近距离煤层采空区复合致灾数值模拟研究

从煤矿井下安全生产的角度出发,以西铭矿近距离煤层采空区的特点为例,建立了一种高位巷抽采下近距离煤层采空区三维模型。通过Ansys Fluent对采空区气体流动控制方程和非均匀瓦斯释放源项、浮煤耗氧源项进行三维稳态解算发现,随着高位巷抽采流量的不断增大,抽采瓦斯总量逐渐升高,抽采浓度和抽采效率逐渐降低,在抽采流量升至30 m3/min后,所有变化趋势变缓。上部邻近煤层高氧浓度富集区不断增大,下部遗煤处无明显变化。研究表明,采用抽采流量都为20 m3/min的高位巷与上隅角埋管相结合的瓦斯抽采方法能有效控制采空区复合致灾隐患。     

采空区瓦斯源位置对高位抽采的影响及优化措施研究

为提高高抽巷对采空区下部涌出瓦斯的治理效果,基于流体动力学、传质传热学理论,结合采场覆岩裂隙演化规律,构建三维多场耦合解算模型。运用Fluent软件分别模拟了采空区顶板、底板及整体涌出时的瓦斯运移积聚特征,并对高抽巷抽采和上隅角瓦斯浓度进行了量化对比分析。结果表明,顶板瓦斯涌出时,高浓度瓦斯积聚于采空区上部,主要靠分子扩散和机械弥散与下部漏风混合;采空区整体及底板瓦斯涌出时,"瓦斯-风流"的主要混合方式向对流扩散转变,采空区上部积聚瓦斯浓度降低,更多瓦斯随下部漏风涌向上隅角,高抽巷抽采浓度和上隅角瓦斯控制能力下降;此时,通过隅角封堵控制漏风,能够大幅提高抽采效率,在较低抽采流量条件下实现上隅角瓦斯治理。     

瓦斯抽采钻孔“两堵一注”带压封孔技术及装置研究

针对瓦斯抽采过程中存在瓦斯抽采浓度低、抽采量小等问题,提出了"两堵一注"带压封孔技术,并根据封孔过程中存在的问题,自主研制了气动增压封孔装置。阐述了"两堵一注"带压封孔技术及装置的工作原理及工艺流程,并进行了现场工业试验,结果表明:"两堵一注"带压封孔技术及装置的应用实现了封孔工艺由手动封孔向机械化封孔转变,能够实现在指定深度封孔,提高了封孔质量,使单孔瓦斯抽采负压由8 k Pa提高到18 k Pa以上;单孔瓦斯抽采浓度由35%提高到65%以上;单孔瓦斯抽采量由0.04~0.05 m3/min左右提高到0.11 m3/min左右,为快速实现瓦斯抽采达标和矿井安全高效生产提供了保证。     

三家子矿6-2煤层瓦斯地质规律研究

通过对南票三家子煤矿瓦斯地质资料的分析,并结合煤层瓦斯含量的现场测定和实验室测试,探讨了断层、构造凹地、煤层围岩、含煤岩系沉积环境以及岩浆侵入等地质因素对6-2煤层瓦斯赋存、分布的影响;夯析了各因素与瓦斯含量的关系,即断层、岩浆侵入破坏了煤体的结构,构造凹地引起的压性应力导致6-2煤层区域性渗透率下降,这些因素对瓦斯的逸散均起了阻碍的作用,因此是影响瓦斯赋存的主控因素。绘制出瓦斯含量等值线图,进而为采掘布置和瓦斯防治工作提供了理论依据。     

3标度层次分析法-模糊可拓模型在瓦斯抽采达标评价中的应用

针对瓦斯抽采达标评价过程中影响因素繁多、评价随意性强以及评价存在不确定性等问题,结合瓦斯抽采达标评价现场评价过程以及现有的研究成果,以评价指标和评价相关条例为依据划分了瓦斯抽采达标评价等级。利用改进的层次分析法IAHP以及物元理论和模糊可拓学理论,建立基于改进层次分析法-模糊可拓模型(IAHP-FE)的瓦斯抽采达标评价模型。根据达标评价规范以及专家意见,建立瓦斯抽采达标评价体系。以某生产矿井为实例,采用系统性的3标度层次分析法确定评价权重,验证了瓦斯抽采达标评价模型的可行性和合理性,并在此基础上分析了各评价指标对瓦斯抽采达标评价的影响程度。     

寺河井田煤层气利用系统分析及推广研究

在煤层气产量日益增长,利用率却不断降低的背景下,提高煤层气的推广利用程度成为该产业发展的关键。通过分析晋煤集团寺河矿西风井工业广场和东风井生活小区的煤层气利用系统,以及其商业推广煤层气的各种途径,为各高瓦斯井田的“瓦斯”变害为宝提出了建议。     

煤层注水钻孔周围水压衰减规律的研究

为了获得煤层注水过程中不同注水压力影响下的煤体内水压分布特征,对煤层注水的过程进行了数值模拟试验研究,分别模拟了注水压力为2、4、6、8、10、12、14 MPa时,煤体内水压的分布特征。试验结果表明:注水一定时间,煤体内水压分布近似呈圆形分布;注水压力一定时,随着距注水钻孔距离的增加,水压逐渐减小;随着注水压力的增大,注水的有效范围逐渐扩大。最后采用逐步回归分析方法在SPSS软件中进行回归分析,得到了煤层注水过程中钻孔周围水压的分布函数,为煤层注水技术在矿井应用过程中注水参数的选择提供参考。     

区域构造应力场对煤与瓦斯突出影响的数值模拟分析

依据地质动力区划方法,对鹤壁八矿进行Ⅰ～Ⅴ级活动断裂划分,确定了区域构造的特征。分析了煤层的顶板岩性和构造断裂特点,并在此基础上建立了构造应力计算模型。结合对矿区地应力测量和岩体应力状态分析,确定了岩体应力状态的分布规律。通过对结果的分析,认为区域构造应力场控制鹤壁八矿地应力的分布状态,从而决定煤与瓦斯突出呈区域性分布。确定了易发生煤与瓦斯突出的应力升高区的位置,为开采煤层时何时何地采取防突措施提供了科学依据。