鹤壁南部矿区突出煤层水力冲孔卸压增透影响半径试验研究

水力冲孔工作目的是对煤层进行动力扰动,释放煤层应力,加速瓦斯的解析运移,增强瓦斯抽采效果。确定钻孔的合理间距及水力冲孔影响范围,是确保瓦斯抽采效果必须考虑的重环节。为合理确定鹤壁南部矿区水力冲孔钻孔布局,优化穿层钻孔布置,减少无效钻孔施工量,采用负压法对水力冲孔卸压增透影响范围进行了试验测定。试验结果表明,鹤壁南部矿区水力冲孔卸压增透影响半径为4～5 m。该结论对今后实施水力冲孔卸压增透钻孔参数设计具有一定的参考作用。     

伏岩煤业3208运输巷水力冲孔卸压增透技术研究

为提高伏岩煤矿3208运输巷瓦斯抽采效率,进行了水力冲孔卸压增透技术试验,并对水力冲孔后钻孔的瓦斯抽采效果与常规钻孔的瓦斯抽采效果进行对比分析。结果表明:3208运输巷采用常规钻孔进行瓦斯抽采时抽采浓度及纯流量分别为40%和0.18 m~3/min,水力冲孔卸压后的瓦斯抽采浓度与纯流量分别为80%和0.33 m~3/min,水力冲孔卸压增透效果显著,提高了抽采效率。     

下向穿层钻孔水力冲孔卸压增透强化抽采瓦斯技术研究

为提高预抽煤层瓦斯消突效果,本文试验了下向穿层钻孔卸压增透强化抽采技术,并在高抽巷区域预抽钻孔中进行了实践。水力冲孔实施后,钻孔的卸压影响范围增大,钻孔周围的煤体变形和透气性增大,抽采瓦斯效果显著提高。对比水力冲孔前后的钻孔瓦斯压力和抽采量变化表明,水力冲孔影响半径达到10m,有效影响半径大于5m。与水力冲孔钻孔平距2.5m抽采孔,瓦斯抽采纯量增大4.25倍,平距5m~6m抽采孔瓦斯抽采纯量增大1.5倍。水力冲孔卸压增透强化抽采技术卸压增透范围大,提高抽采效果显著,为高突煤层预抽消突提供了一种行之有效的方法,值得在低透气性高瓦斯突出煤层消突实践中推广应用。     

水力冲孔有效影响半径数值模拟及现场应用

为了确定2107底抽巷水力冲孔有效影响半径,利用COMSOL Multiphysics数值模拟软件建立水力冲孔模型,模拟分析不同冲煤量情况下水力冲孔周围瓦斯压力变化规律,结果表明:随冲煤量的增加,水力冲孔后瓦斯抽采效果越为显著。采用压降法对该矿冲煤量1.0 t/m的水力冲孔有效影响半径进行现场考察,实测结果与模拟结果基本一致,说明了水力冲孔卸压增透效果显著。     

低透气性煤层水力冲孔增透合理冲孔煤量的确定

水力冲孔是低透气性煤层普遍采用的卸压增透措施,合理确定钻孔的冲孔煤量,能够有效保证冲孔区域的瓦斯抽采浓度,加快瓦斯抽采达标速度。针对现场应用水力冲孔增透措施后瓦斯抽采方面存在的问题及对煤巷掘进产生的影响进行分析,探讨了水力冲孔增透合理冲孔煤量的确定方法,进一步指导低透气性煤层瓦斯治理工作。     

高突矿井下水力冲孔有效半径考察及效果验证

基于水力冲孔卸压增透机理,利用底板岩巷钻场对目标开采的高突危险性煤层进行穿层水力冲孔的有效影响半径以及卸压增透效果考察。通过瓦斯实时流量法,监测了冲孔过程中瓦斯流量的增减变化,进而确定了冲孔的有效影响范围;然后结合现场施工条件,对冲孔出煤量以及冲孔前后瓦斯抽采总量进行数据考察,对冲孔效果进行了总体验证。试验结果显示:水力冲孔单孔有效影响范围为6.4 mR8.8 m,该矿水力冲孔施工间距为9 m时可以达到最好的卸压增透效果;抽采时间为6周时冲孔前后抽采量提高了53%左右,完全达到了消突的目的。     

松软煤层穿层钻孔水力冲孔与水力割缝卸压增透效果研究

为了找出更加适合松软低透气性突出煤层的卸压增透方法,在白坪煤矿13031底抽巷进行了水力冲孔与水力割缝卸压增透效果对比试验。试验结果表明,水力冲孔的整个施工时间比水力割缝减少了26.7%,在整个抽采周期内水力冲孔比水力割缝的平均瓦斯抽采浓度高出16%。     

水力冲孔物理模拟试验及其卸压增透效果研究

为了研究水力冲孔卸压增透机理,以有效解决单一松软低渗煤层抽采困难的问题,利用自主研发的水力冲孔物理模拟试验系统,开展了不同转速条件下的水力冲孔试验,并对比冲孔前后煤层瓦斯抽采过程中瓦斯压力演化规律,分析冲孔作用对煤层瓦斯抽采达标范围的影响。研究结果表明:随冲孔转速提高,冲孔出煤量、冲孔孔洞等效半径及冲孔卸压半径增大,导致相同抽采时间条件下抽采达标范围增大;冲孔卸压半径在地应力较大的方向较大,在地应力较小的方向较小,冲孔卸压半径为冲孔孔洞等效半径的1.6~2.0倍;在冲孔卸压半径以内,抽采初期瓦斯压力下降速率明显提高,在冲孔卸压半径以外,抽采初期瓦斯压力下降速率影响不明显,抽采一段时间后,瓦斯压力下降速率明显提高;瓦斯抽采达标区域形状与冲孔卸压范围形状相似,在垂直于钻孔截面上近似为椭圆。     

底板巷水力冲孔卸压增透技术的研究与应用

为了考察底板巷水力冲孔卸压增透技术对增加煤层透气性,提高瓦斯抽采效果,在浦溪井1259(3)底板巷实施水力冲孔卸压增透技术试验.结果表明:水力冲孔卸压增透半径达到4～5m,为普通钻孔抽采影响半径的1.6～2.0倍;采取水力冲孔措施的半个月内,钻孔的平均瓦斯抽采浓度是普通钻孔的2.77倍,平均瓦斯流量是普通钻孔的3.43倍,卸压增透效果比较明显,提高了煤层透气性,降低了突出危险性.     

单一低渗透突出煤层水力冲孔工艺优化应用分析

为了有效提高单一低渗透突出煤层的瓦斯抽采效率，以高压水射流冲击理论为指导，针对平煤股份八矿己组突出煤层特征建立数值模型，模拟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、指导现场施工。现场应用表明，水力冲孔是一种行之有效的方法，对单一低渗透突出煤层实施水力冲孔卸压增透、提高瓦斯抽采效果具有重要意义。     

糯东煤矿低透软煤层水力冲孔瓦斯治理技术研究

传统的瓦斯抽采技术在糯东煤矿低透气性软煤层中治理瓦斯效果不佳。针对这一问题,在分析水力冲孔卸压增透煤体机理的基础上,在糯东煤矿松软低透煤层进行了水力冲孔现场实践,并初步考察了卸压增透效果。     

水力压裂技术在低透气性煤层瓦斯抽采中的应用

为了解决某煤矿低透气性煤层难抽采的问题,分析了水力压裂增透裂缝扩展规律以及煤层水力压裂卸压增透机理,采用PFPA-2D数值模拟软件,研究了单注水孔以及双注水孔的水力压裂过程中的裂缝扩展规律及煤体位移和应力变化规律,实现大范围裂隙网的形成、贯通和发育,提高了煤体的透气性。通过现场试验,实现了低透气性煤层卸压增透的目的,验证了低透气性煤层水力压裂增透技术的安全性、有效性和适用性。     

水力冲孔有效影响半径数值模拟

根据力学平衡方程和质量守恒定律及煤层渗透率、孔隙率、煤岩体积应变等参数的关系,建立了煤层底板巷水力冲孔气固耦合方程。通过模拟不同出煤量的水力冲孔有效影响半径变化,得出水力冲孔有效影响半径随冲出煤量和抽放时间的增加而增加。当冲出煤量为1 t/m时,有效影响半径为5.8 m,卸压增透效果十分理想。     

深部低透气性煤层水力冲孔措施防突机理分析

针对淮南矿区谢桥、潘三等矿开展的水力冲孔消突试验,利用数值模拟软件ANSYS对水力冲孔措施前后所形成的孔洞进行了模拟解算;定量分析了冲孔前后孔洞周围煤体应力、应变和位移的变化情况,并结合现场实际对水力冲孔措施的防突机理进行了分析,结果表明：在深部无保护层可采的低透气性突出煤层中采用水力冲孔措施后,冲孔后的瓦斯浓度不仅比冲孔前提高了50％左右,而且抽放浓度和抽放瓦斯纯流量也增加了3倍左右,大幅提高了煤层的瓦斯抽放效率,降低了煤体的弹性潜能和瓦斯潜能等突出潜能,减少了煤层的突出危险性。     

基于坚硬煤层条件的顺层钻孔增透技术研究

为了解决低透气性坚硬煤层顺层钻孔抽采影响范围小、抽采效果差等问题,分析了坚硬煤层高压水射流破坏过程,采用数值模拟的方法研究了超高压水射流环形割缝卸压增透机制,研制了新型超高压水力割缝成套装置,并现场考察了坚硬煤层煤巷条带顺层钻孔超高压水力割缝应用效果。结果表明:采用超高压水力割缝后,坚硬煤层透气性提升约20倍,钻孔平均抽采瓦斯纯量提高2.0~2.5倍,抽采达标时间缩短67%以上,月掘进速度提高约50%,掘进期间无瓦斯异常现象,实现了坚硬煤层煤巷条带安全、快速掘进。     

考虑流变特性的水力冲孔孔径变化规律及防堵孔技术

通过分析水力冲孔周围煤体的受力特征,建立了考虑煤的塑性软化和扩容特性的水力冲孔周围煤体黏弹塑性模型,分析了水力冲孔的卸压增透效果和孔径变化规律,制定了防止钻孔堵塞和注气驱替技术。研究结果表明：① 水力冲孔措施可以大幅度提高周围煤体的渗透率,冲煤量越多,水力冲孔的卸压范围越大,煤体的渗透率提高的幅度越大;② 由于煤的流变特性水力冲孔钻孔会产生缩孔现象,地应力越大,煤体强度越低,钻孔周围煤体的蠕变变形越剧烈,钻孔就越容易被堵塞,一旦抽采通道被堵塞,瓦斯抽采效果就会大幅度的降低;③ 采用下套管防堵孔技术,人工保留一条抽采通道,可长时间抽取高浓度瓦斯,抽采效果提高了2.7倍;④ 注气驱替与水力冲孔技术结合,单孔抽采纯量增加了8.1倍,可有效的提高瓦斯抽采效果。     

Enhanced coalbed gas drainage based on hydraulic flush from floor tunnels in coal mines

Gas drainage for the single and low gas permeability coal seam is the key technical problem hampering efficient coal mine gas drainage and without which mining safely cannot be realised in China. To solve this problem, this paper presents an engineering method for enhanced coalbed methane recovery based on high-pressure hydraulic flush from floor tunnels. The first step is to evaluate when the likelihood of coal and gas outburst reaches dangerous levels according to coal seam parameters (including coal seam gas contents, gas pressure, permeability and geological conditions). With these parameters in place, the second step is to determine and optimise borehole parameters, such as the effective influencing radius of hydraulic flush, hydraulic flush space between drills and borehole number to make sure that the coal seam stress is fully released and permeability is dramatically increased. What is also included in this step is the employment of a high-pressure hydraulic flush of coal from boreholes drilled from tunnels developed in the floor of the coal seam. Parameters of water pressure, water flow rate and the volume of coal flushed out are selected based on on-site testing and numerical modelling. Finally, numerical modelling and onsite testing are employed to validate the effects of enhanced coalbed methane recovery, which is whether or not coal and gas outburst danger is eliminated according to the national standards of China. The results show that the technology could improve the permeability of a coal seam and that the gas seepage coefficient was increased by about 10.50 times, the pre-gas drainage ratio was up to 35.5–70.4% and the borehole gas drainage experienced a process of increase-steady-decrease, which delayed 15–20 days of the attenuation time.     

穿层钻孔区域消突工艺在白坪煤业的应用及抽采达标评判

为了评判底板抽放巷穿层钻孔水力冲孔增透卸压后瓦斯抽采达标效果,以白坪煤业公司11231下顺槽底板抽放巷为试验点,考察采取水力冲孔后钻孔泄煤量、瓦斯预抽率、瓦斯含量等的变化。结果表明:评价单元内泄煤量为30‰,瓦斯预抽率为31%,瓦斯含量由冲孔前的7.86m3/t下降到冲孔后的6.1 m3/t。评价区段抽采达标,消除了煤巷掘进过程中的突出危险性。     

穿层钻孔高压旋转水射流割缝增透防突技术研究与应用

为了解决高瓦斯突出煤层巷道掘进过程中的煤与瓦斯突出问题,开发了将钻机钻进与射流割缝技术有机结合的穿层钻孔高压旋转水射流割缝增透防突技术。采用数值模拟的方法对比分析了钻孔和射流缝槽卸压效果,研究结果表明:割缝卸压比单纯钻孔卸压要优越很多,割缝缝槽破坏了钻孔周围的"瓶颈效应",多个割缝钻孔形成的裂隙相互导通,煤体透气性增大,促进瓦斯释放。工业性试验结果表明本卸压增透技术效果明显,瓦斯抽采流量、煤体扰动体积都有较大幅度增加,提高了瓦斯抽采效率。     

水力冲孔造穴增透机制及应用研究

为研究水力冲孔造穴技术的卸压增透机制，利用受载煤体全应力—应变曲线，建立受载煤体渗透率演化模型，结合Comsol Multiphysics多物理场数值模拟软件，验证了水力冲孔造穴对煤体卸压增透的有效性。结果表明:水力冲孔造穴技术在形成半径为0.60 m的空洞后，在钻孔周围煤体内形成了半径为1.34 m的瓦斯渗透率增高区。该技术在焦煤集团九里山矿井下16051运输底抽巷开展试验，通过对普通钻区和冲孔造穴区的瓦斯抽采数据进行对比，可以看出:采取水力冲孔造穴措施后，抽采钻孔的瓦斯浓度提高了0.77倍，瓦斯抽采纯量提高了1.51倍，该措施有效地提高了煤层瓦斯抽采效率，减少了安全事故，保证了工作面的安全回采。