深部低透煤层水力割缝卸压增透技术研究现状及发展趋势

中国煤矿煤层的渗透率普遍较低,瓦斯抽采难度高、抽采率低、抽采达标工程量大,深部高应力条件下瓦斯抽采难度更大。煤层卸压增透是深部低透气性煤层瓦斯灾害防治与煤层气高效开发的关键,而水射流割缝技术是煤层卸压增透的重要技术之一。围绕水射流割缝技术研究发展,系统总结了水力割缝的卸压增透机理、强化射流方法、割缝工艺、射流割缝装备等4个方面的研究现状,分析了当前水力割缝技术在卸压增透量化机理、割缝工艺方法、增透效果评价、装备性能等方面存在的问题,并对水力割缝技术的切割增透能力、装备研发方向、推广应用前景等发展趋势进行了展望。     

超高压水力割缝卸压抽采区域防突技术应用研究

为了有效解决丁集矿高地应力、低透气性突出煤层煤巷条带瓦斯区域预抽效率低、预抽达标后区域验证指标仍超标的问题,在该矿1351(1)运输巷煤巷条带穿层预抽钻孔进行了超高压水力割缝卸压增透技术应用研究,利用水力割缝卸压增透原理确定了超高压水力割缝设备组成,选型配套了超高压清水泵、超高压软管、超高压旋转水尾、水力割缝钻杆、高低压转换割缝器、钻头和超高压远程操作台等超高压水力割缝设备,考察了相同孔径未割缝钻孔、割缝钻孔瓦斯涌出量及割缝钻孔瓦斯抽采量,理论研究了百米煤孔初始瓦斯涌出量、瓦斯涌出衰减系数及不同预抽时间、预抽率条件下的有效抽采半径,现场检验了顺层钻孔预抽措施单元、穿层钻孔水力冲孔措施单元、穿层钻孔水力割缝措施单元的预抽瓦斯区域防突措施效果,统计了不同措施预抽单元局部补充措施执行情况、局部措施效果,分析评价了超高压水力割缝卸压增透效果。结果表明:针对丁集矿11-2煤层工程条件选型配套的超高压水力割缝设备参数是合理的,在1351(1)运输巷煤巷对11-2煤层条带进行穿层钻孔超高压水力割缝措施卸压增透效果显著,与未增透措施相比,煤层透气性系数提高了25.9倍、113 mm孔径的穿层钻孔百米煤孔初始瓦斯涌出量提高了5.5倍、瓦斯涌出衰减系数降低了73.4%、预抽15 d和30 d达35%预抽率的钻孔间距提高了84.3%和53.0%,与穿层钻孔水力冲孔相比,煤巷条带防突局部补充措施工程量降低了50.0%、煤巷平均掘进速度增加了1倍。     

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。     

余吾煤矿松软煤层水力割缝参数优化研究

为了解决松软煤层条件下水力割缝卸压增透效果差、割缝钻孔排渣困难的问题,开展了松软煤层条件的水力割缝工艺参数研究.在研究松软煤层水力割缝主要控制因素的基础上,分析了不同水力割缝工艺参数对割缝煤层卸压增透效果、钻孔瓦斯抽采的影响;通过现场考察不同工艺参数下水力割缝煤层瓦斯抽采效果、钻孔割缝出煤数据,得到了松软煤层最佳水力割...     

大直径长钻孔定向水力割缝增抽瓦斯技术及应用

针对低透气性煤层瓦斯抽采量少,抽采时间长,煤层整体卸压增透效果差等问题,提出了大直径长钻孔定向水力割缝增透技术。以吉宁煤矿2107胶带运输巷为研究背景,分析了水力割缝增透机理,采用大直径长钻孔技术实现钻孔间煤体定向水力压穿,形成贯穿裂隙并通过高压水携带出大量煤屑,实现煤层卸压和增加煤层透气性。研究结果表明:采用水力割缝后平均抽采流量是普通钻孔的5.5倍,割缝孔平均瓦斯抽采纯量是普通孔平均瓦斯抽采纯量的8.06倍,平均浓度提高33.92%,水力割缝有效增加了煤层透气性,提高了瓦斯抽采率。     

水力割缝自卸压增透技术应用

针对低透气性突出煤层钻孔工程量大、抽采时间长的难题,提出水力割缝自卸压处理突出煤层的新思路,对比考察了钻孔割缝前后钻孔瓦斯抽采浓度、抽采量的变化规律,通过区域措施效果检验进一步验证了水力割缝自卸压效果。结果表明:采用割缝自卸压增透技术后,达标时间由112 d缩短至72 d,工程量减少了32.7%。     

水力冲孔压裂卸压增透抽采瓦斯技术研究

为了提升煤层瓦斯抽采效率,减少矿井瓦斯抽采工程量和抽采时间,讨论了水力冲压卸压增透机制,详细阐述了水力冲压卸压增透技术的工程实施模式,并将该技术应用于贵州新田煤矿煤巷条带瓦斯治理工作中,监测技术实施前后钻孔瓦斯抽采参数,数据分析结果表明:水力冲孔孔洞最大半径在0.23～0.72 m,水力压裂时的煤层破裂压力在13～26 MPa,冲孔后的平均瓦斯抽采体积分数提高了35%左右、瓦斯抽采纯量提高了1.1～5.0倍,冲压一体化作业后,钻场抽采浓度相较于冲孔后提高了0.8倍以上,钻场抽采纯量再次提高了3～5倍,卸压增透效果较为显著。工程试验结果证明水力冲压卸压增透技术能够实现煤层卸压增透,大幅提升煤层瓦斯抽采效率,对矿井安全高效生产有着重要的工程意义。     

超高压水力割缝和CO2相变致裂联合增透技术研究与应用

针对鲁班山北矿14采区8~#煤层地质构造复杂、瓦斯抽采难的问题,提出了超高压水力割缝和CO_2相变致裂联合增透技术,并分析其泄压增透原理,同时进行了不同增透方案条件下的现场抽采效果对比试验。结果表明,该联合增透方案的平均单孔瓦斯体积分数分别是普通抽采和超高水力割缝的1.79倍和1.20倍;单孔瓦斯抽采平均纯量分别是普通抽采和超高压水力割缝的3.2倍和1.9倍,90d抽采时间瓦斯抽采影响半径分别是普通抽采和超高压水力割缝的4.58倍和1.38倍,在同等条件下施工钻孔时间分别比普通抽采和超高压水力割缝缩短50.5%和40.6%,瓦斯达标抽采时间分别比普通抽采和超高压水力割缝缩短了66.7%和50%。相较于常规治理技术方案,超高压水力割缝和CO_2相变致裂联合增透技术对瓦斯灾害治理的应用效果更为理想。     

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.     

受采动影响煤层水力冲孔增透技术试验研究

以张集矿北区为研究对象,介绍了在保护层开采后未及时进行瓦斯抽采,煤岩体重新压实条件下水力冲孔的现场试验过程,并与仅进行保护层开采的卸压增透和在未受采动影响的实体煤层中进行水力冲孔的卸压增透现场试验效果进行了对比。结果表明,在受采动影响的煤层中进行水力冲孔,对煤层进行二次卸压,可使水力冲孔的有效抽采半径增大到16 m,使瓦斯抽采率提高到46%,并且在受采动影响的煤层中进行水力冲孔可降低水射流的破煤压力。     

顺层钻孔超高压水力割缝技术在强化瓦斯抽采中的应用

介绍了超高压水力割缝技术及装备、防突原理和工艺方法。现场试验结果表明:超高压水力割缝技术运用后,钻孔瓦斯抽采浓度提升1.75倍,钻孔瓦斯抽采量提高2.3倍,抽采有效半径较对比钻孔提高2.1倍,超高压水力割缝技术卸压增透效果显著。     

水力冲孔技术在瓦斯抽采中的应用

为推进水力冲孔卸压增透技术的推广应用,增加煤层透气性,提高矿井瓦斯抽采效率,在陈四楼煤矿开展水力冲孔卸压增透技术试验,考察该技术的作业工效和增透效果,数据分析结果表明:试验区煤层地质条件下,冲孔水压为8~10 MPa时,每米煤孔冲煤1.4 t所需的时间约为25.3 min,水力冲孔后钻孔两个月内的平均抽采浓度提高了3倍,平均单孔抽采纯量提升了2倍左右,卸压增透效果显著,为矿井瓦斯治理技术水平的提升提供支撑。     

高压水力割缝增透技术及其应用

为阐述水力割缝卸压增透技术的原理,在松树镇煤矿通过2组5个钻孔进行为期12 d抽放效果对比考察。未进行水力割缝考察的钻孔最高瓦斯浓度为43%,单孔纯抽瓦斯量0.067 m3/min,持续8 d时间瓦斯浓度降至5%;进行水力割缝考察的钻孔最高瓦斯浓度为75%,单孔纯抽瓦斯量0.198 m3/min,持续7 d时间瓦斯浓度降至9%。通过对比,进行水力割缝考察钻孔纯抽瓦斯量比未进行水力割缝考察钻孔纯抽瓦斯量提高2~7倍,基本达到试验的预期目的。实践证明,水力割缝卸压增透技术为提高低透气性煤层的瓦斯抽放效果提供了一个经济可行的技术途径。     

煤层底板穿层钻孔水力冲孔技术的应用及效果考察

采用底抽巷穿层钻孔水力冲孔卸压增透措施,可以有效增强煤层的透气性、扩大抽采半径和提高瓦斯抽采效果。基于水力冲孔卸压增透原理,对郑州矿区振兴二矿突出煤层实施底板穿层水力冲孔,考察水力冲孔前后瓦斯抽放浓度、煤层透气性和瓦斯流量衰减系数等的变化。试验结果表明:单孔平均瓦斯抽放浓度在水力冲孔后为11.02%,较未采取增透措施时的2.14%,提高了4倍;煤层透气性系数在采取措施后提高了39倍;瓦斯流量衰减系数则减小了近3倍。同时运用压力法测得该矿水力冲孔有效抽放半径为10 m。     

超高压水力割缝增透卸压规律研究与应用

运用FLAC3D软件模拟不同割缝压力和割缝间距条件下,钻孔周围煤体应力分布特征,分析了穿层钻孔水力割缝煤体卸压规律。通过在赵固二矿实施超高压水力割缝增透技术工艺,有效解决了单一低渗坚硬厚煤层瓦斯抽采技术难题,增大了抽采钻孔卸压范围,大幅提高了煤体透气性。     

“三软”煤体抽采钻孔水力修复增透技术研究

针对"三软"煤体透气性差、瓦斯抽采率低的问题,通过研制水力冲孔作业机实现瓦斯抽采钻孔修复增透。分析了水力作业机在卸压增透、解堵方面的作用机理。以郑州煤业集团大平矿21181底抽巷为试验点,考察分析试验钻孔修复增透前后煤层透气性系数、瓦斯抽采纯量等参数。考察结果表明:水力冲孔作业机的钻孔修复增透效果显著,修复增透钻孔中单孔平均浓度由10%以下上升到30%左右,瓦斯抽采达标率达71%,所有的钻孔抽采量均超过消突需要抽采量的50%以上。在郑煤集团大平煤矿的现场试验充分检验了水力冲孔作业机的可靠性和上述理论分析的准确性。     

压降法测试水力割缝有效影响半径应用分析

水力割缝有效影响半径是确定水力割缝钻孔布置参数以及评价卸压增透效果的重要依据,本文针对压降法测定水力割缝有效影响半径的原理及方法进行了探讨研究,并将该方法应用于平煤八矿进行现场测试.结果表明,压降法测定水力割缝有效影响半径是一种行之有效的方法,对突出煤层实施水力割缝卸压增透、提高瓦斯抽采效果具有重要意义.     

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。     

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。     

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。