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。     

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.     

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.     

深孔水力压裂技术在古汉山矿的应用

焦作矿区普遍存在构造煤发育、透气性低的特点,致使施工过程中成孔浅、易塌孔,抽采期间瓦斯抽出量低、衰减速度快,因瓦斯问题束缚生产的问题仍无法彻底解决。通过研究低透气性煤层抽采钻孔的施工技术与工艺,确定合理的抽采钻孔增透技术参数,有效提高回采工作面抽采指标,实现安全开采。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于瓦斯渗透异性的煤层抽采钻孔合理布置

基于煤层瓦斯渗透各向异性特征,在九里山煤矿煤层进行了180d井下瓦斯抽采有效影响半径测试,同时,建立煤层瓦斯各向渗透异性的气-固耦合渗流模型,数值模拟了瓦斯抽采有效半径的时变规律,分析了抽采钻孔的合理布置方式。研究结果表明:煤层平行层理方向的渗透率是垂直层理方向的渗透率的2.6倍左右。煤层钻孔不同方向有效抽采半径均随抽采时间增加而增大,且与预抽时间满足幂指数关系,数值模拟结果与井下现场测量一致。有效抽采距离在平行层理方向最大,垂直层理方向最小,有效抽采区域为椭圆形。据此确定了不同预抽时间煤层抽采钻孔的合理间距,并针对九里山煤矿二1煤层计算分析了预抽时间与百米钻孔数的关系。     

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。     

穿煤层钻孔定向水压致裂的数值仿真

选取鸡西城山煤矿现场实例,利用RFPA2D-Flow软件模拟了穿煤层钻孔定向水压致裂全过程.分析了应力、水压的分布与变化规律,研究了损伤区域、卸压区域的形成与扩展过程.对穿煤层钻孔定向水压致裂前后煤层瓦斯抽放过程中瓦斯抽放效果及压力分布进行了对比研究.结果表明,实施定向水压致裂后压裂孔与控制孔之间的卸压区成为主要的瓦斯渗流通道,使瓦斯抽放效果显著提高.     

低透气性煤层长钻孔爆破增透技术

为改善高瓦斯低透气性煤层的瓦斯抽放效果,提高煤层瓦斯渗透性,以新安煤矿八号煤层为例,应用长钻孔爆破技术对煤层进行松动控制爆破,运用ANSYS/LS-DYNA软件模拟控制孔对煤岩裂隙区的影响过程。结果表明：合理布置控制孔可以增加裂隙区的范围,提高松动爆破的卸压和瓦斯排放效果。当不耦合系数为1.5、控制孔距爆破孔2 m时,裂隙区的范围约为爆破孔径的25倍。     

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。     

深孔松动爆破切顶在保护层开采中的技术实践

深孔松动爆破可以增加煤层透气性系数、缓慢排放煤体瓦斯、降低瓦斯压力和瓦斯含量,从而降低了煤体瓦斯压缩内能,提高了煤体的机械强度,达到减弱或消除煤与瓦斯突出危险的目的。同时有利于使煤体原集中应力带及高压瓦斯带移向煤体深部,即增加卸压带的宽度,减少瓦斯抽放时间,从而提高工作面回采速度。对于松动控制卸压爆破,在爆破孔周围布置了不装炸药的控制孔,控制孔在爆破过程中起到控制爆破方向与补偿爆破裂缝空间作用。由于控制孔的控制导向作用,结果是在介质内部的炮孔周围产生一柱状的压缩粉碎圈和一沿爆破孔与控制孔连心线方向的贯穿爆破裂缝面。控制孔的存在相当于在爆破孔周围增加了辅助自由面,相对缩小了爆破抵抗线的长度,使爆破更有利于形成更大范围的破碎圈带和松动圈带。松动控制卸压爆破可以极大地破坏了煤岩体的整体性,可以消除回采过程中大跨度悬顶悬露以及回转下沉对沿空留巷围岩的影响,同时提高被保护层煤层的透气性,提高抽采钻孔的预抽率,有效地释放地应力,消除煤与瓦斯突出危险性。十二矿作为埋深达千米的矿井之一,在己15-31010工作面采取了该防突措施后,大大提高了抽采钻孔的预抽率,使瓦斯应力和地应力得以提前释放,有效地防治煤与瓦斯突出和冲击地压,并成功优化了留巷区域应力场,确保了保护层开采的正常安全进行。     

变温条件下深部煤层瓦斯分布规律的数值模拟

深部煤层瓦斯运移过程及分布规律与温度场、瓦斯渗流场及应力场耦合密切相关.基于深部煤层瓦斯运移的热流固耦合模型,结合实际的煤层条件和实测数据,开展了煤层瓦斯赋存规律的数值模拟,研究了瓦斯压力和瓦斯含量分布规律的影响因素.结果表明:煤层渗透率是影响瓦斯压力分布的主要因素,其中煤体的有效应力系数、初始孔隙率、弹性模量以及吸附应变系数均对渗透率有着重要的影响;煤层瓦斯含量受瓦斯压力和煤层温度的共同影响,不考虑煤层温度预测得到的瓦斯含量结果偏大.     

钻孔抽放瓦斯流固耦合分析及数值模拟

钻孔抽放瓦斯是中国利用和治理煤层瓦斯最主要的方法。随着开采深度的加深,地应力场等因素对瓦斯渗流的影响越来越明显。基于对煤层瓦斯一系列的假设的基础上,考虑了地应力、煤层瓦斯压力变化对煤体骨架产生的变形的影响,推导出了孔隙率、渗透率的表达式。运用多孔介质渗流的基本定理和流固耦合的基本理论得出了瓦斯流固耦合控制方程。运用多物理场耦合分析软件对钻孔抽放下的瓦斯渗流场进行了模拟分析。得到了钻孔抽放条件下瓦斯压力的分布、不同的埋藏深度下以及不同的钻孔参数（抽放负压、钻孔半径）对瓦斯渗流场的影响。分析模拟结果可以对现场     

高瓦斯低透气性松软煤层“钻割”一体化技术研究

通过对"钻割"一体化技术井下工程实施,制定优化了"钻割"一体化技术的实施工艺流程;通过现场工业性实验和实际考察,证实了"钻割"一体化防突措施具有扩大措施孔单孔有效影响范围,提高钻孔周围煤层的透气性,减少措施孔数目,减少工程量等特点,为高瓦斯低透气性煤层防突及瓦斯治理提供了新的思路和方案。