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.     

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。     

定向压裂增透技术在二煤层中的应用

长期以来煤矿瓦斯灾害一直是制约煤矿安全、高效生产的重要因素。随着矿井开采深度的增加,瓦斯超限现象时有发生,给矿井生产带来了安全隐患。对于透气性系数低,抽放困难的煤层,管理上很难实现“掘、抽、采”的平衡。为此,王行庄煤矿引进了定向水力压裂增透技术,并成功的进行了现场试验;试验结果显示,水力压裂后,瓦斯抽放量大幅度上升,水...     

低透气性煤层井下分段点式水力压裂增透

通过数值分析和现场试验的手段分析了井下低透气性煤层分段点式水力压裂的原理和过程.井下分段水力压裂意在改变传统压裂的受力方式,使煤体多点受力,相互作用,最后产生压裂的效果.经过在城山煤矿西二采区水力压裂孔的试验,在压裂半径为5～7m条件下,得出了试验地点临界注水压力为14MPa,水压在14～20MPa进行分段点式水力压裂较为适宜,试验过程简单易行,在现有条件下压裂可在5 min内完成,试验地点压裂后钻孔平均抽放瓦斯流量和体积分数明显提高.     

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。     

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。     

水力压裂技术在高瓦斯低透气性矿井中的应用

针对高瓦斯低透气性矿井瓦斯难以抽放的问题,结合高压水动力特性,提出采用高压水力压裂煤层提高煤层透气性。根据第一强度理论,通过分析压裂孔周围应力状态,建立煤体破裂条件,研究煤体在高压水作用下的破裂机理,推导出压裂孔起裂压力临界值公式;另根据平煤十矿煤层赋存特性,计算出煤层水力压裂所需的启裂压力,优化水力压裂参数;研制出水力压裂设备及工艺,并成功应用于该矿;数据分析表明,压裂后煤层瓦斯抽采流量、浓度均提高5倍以上。     

梁北矿井下水力压裂增透技术应用研究

针对梁北矿11141煤与瓦斯突出工作面,掘进期间瓦斯含量高,效检超标、掘进风流瓦斯超限问题;采用底抽巷施工水力压裂增透、卸压方法,强化抽采瓦斯;控制范围内瓦斯预抽率提高到32%,降低了风流中瓦斯浓度,效检超标率显著降低;保证了掘进工作面正常生产,为类似条件下工作面安全掘进提供了瓦斯防治依据。     

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。     

煤巷条带超高压水力割缝增透试验

针对林华煤矿20917综采工作面瓦斯治理时间长、难度大和透气性低导致的瓦斯抽采效率差等问题,对超高压水力割缝技术进行了研究和利用,以本矿煤巷条带区域9^#煤层为试验对象进行卸压增透,提高瓦斯抽采效率,降低在抽采过程中伴随的煤与瓦斯突出风险.设计布置了割缝钻孔和普通钻孔进行对比,并记录了9^#煤层割缝前后的钻孔和瓦斯抽采数据进行分析.结果表明：割缝钻孔平均排出的煤屑量为3.3 t,日平均瓦斯抽采浓度相比普通钻孔提高1.61倍,瓦斯抽采纯量相比普通钻孔提高了约2.04倍.超高压水力割缝技术可对煤层的透气性进行较大程度的改善,且能有效地提高瓦斯抽采效率,可以解决由于低透气性带来的煤巷条带煤层掘进速率问题.     

低透气性煤层深孔预裂爆破增透数值模拟研究

针对高瓦斯低透气性煤层瓦斯超限影响煤巷掘进速度问题,建立深孔预裂爆破三维有限元模型进行数值模拟研究。模拟结果表明,深孔预裂爆破经历了冲击波冲击煤岩产生裂纹、稀疏波使煤体裂纹扩展以及爆轰气体驱动裂纹扩展3个过程(0～5 ms),增透深孔预裂爆破爆破孔合理间距为3～5 m.     

水力冲孔卸压增透物理模拟试验及效果评价

水力冲孔技术是应用最广泛的卸压增透措施之一,在松软低透气性煤层取得较好效果。利用自主研发的水力冲孔试验装置开展了水力冲孔试验研究,同时在水力冲孔前后分别进行一次瓦斯抽采试验,基于瓦斯抽采情况评价水力冲孔增透效果。研究结果表明:同一位置的气体压力在水力冲孔后下降更快,靠近冲孔位置的区域受影响较大,而远处区域受影响较小,且增透效果在抽采一段时间后才会显现;为了定量评价水力冲孔的增透效果,基于瓦斯压力定义并推导了等效抽采半径和有效抽采时间两个参数,通过计算得出:通过水力冲孔技术,等效抽采半径增加至原来的1.7倍,而有效抽采时间降低为原来的56%,说明水力冲孔能有效增大煤层透气性,并提高抽采效率。同时发现水力冲孔后气体压力梯度较小,说明水力冲孔是通过促进冲孔附近煤层孔裂隙发育进而降低瓦斯运移阻力从而实现增透效果,因此如何持续、高效地提高煤层孔裂隙发育是水力冲孔技术的关键所在。     

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。     

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。     

低透气性松软突出煤层水力冲孔增透效果试验研究

本文以水力冲孔卸压增透理论为指导,分析水力冲孔应力分布规律,通过现场实测分析冲孔有效影响范围,进一步优化设计冲孔参数,并指导现场施工。现场应用表明,水力冲孔之后,单位时间冲孔强度越高,所形成的孔洞越大,在孔洞内壁产生较强的应力集中现象。在冲孔时孔口水压为18 MPa、单孔冲孔时间2 h、每米冲出煤量控制在0.5 t左右,冲孔影响范围可达3~4 m。不仅有效增加了卸压增透效果,而且增加了现场瓦斯管理的可控性。     

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。     

低透气煤层水力压裂裂纹的扩展规律

获取低透性煤层的合理水力压裂影响区和压裂孔布置方式,对瓦斯有效抽采、灾害预防尤为重要。采用岩石破裂失稳RFPA2D渗流系统,建立数值模型,分析低透性煤层水力压裂钻孔周边裂纹的扩展规律。结果表明：钻孔左侧水平向起裂并向内部延伸,右侧起裂裂纹与水平向呈45°且向煤体内部延伸,最终主破裂方向转变为30°,煤层破裂形态呈现蝴蝶形;随着步中步的增加,声发射事件逐渐增多,孔隙水压力分布呈现强弱强弱态。随着水压力不断增大,裂纹区、裂隙区、塑性区和弹性区也在不断改变,变化趋势整体形态呈现椭圆形。该研究为低透性煤层水压增透钻孔合理布置提供了参考依据。     

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。