水力压裂增透技术在瓦斯抽采中的应用

为了提高低透气性突出煤层的瓦斯抽采量,达到抽采消突的目的,在李子垭南二井进行了水力压裂增透技术现场试验,对水力压裂技术在高瓦斯、低透气性突出煤层中的运用效果进行了试验考察,并分析了水力压裂煤体致裂增透机理.试验结果表明:对煤层进行钻孔水力压裂后可有效提高煤层的透气性和钻孔瓦斯抽采效果,压裂前后钻孔瓦斯自然流量提高127.6倍以上,水力压裂钻孔在煤层走向方向上的影响半径可达50m以上.     

低渗煤层“切槽-压裂”卸压增透技术研究

针对阳泉矿区煤层透气性低瓦斯难以抽采特点,研究提出了水力切槽及脉冲水力压裂相结合的新型煤层增透技术,该技术利用水力切割缝槽卸载钻孔周围应力并形成初始导向裂缝,采用定向脉动水力压裂致裂煤体,提高煤体渗透率和卸压增透范围,改变煤体应力场和瓦斯流动场。研究结果表明:切槽钻孔单孔瓦斯抽采累计混合量约是常规孔的10倍以上,单孔抽采混合量约是常规钻孔的20倍以上,钻孔瓦斯抽采最高浓度是常规组钻孔的2~3倍,有效提高阳泉矿区低渗煤层穿层钻孔瓦斯抽采能力,达到煤层整体卸压增透及瓦斯高效抽采的目的。     

定向长钻孔水力压裂在松软煤层中的应用研究

为提高碎软、低渗、高瓦斯突出煤层瓦斯治理效果,在阳泉矿区新景公司保安区3#煤层3109工作面试验采用井下顺层长钻孔水力压裂增透技术。钻孔设计在煤层底板开孔,穿过底板然后沿煤层延伸。钻孔煤层孔段长度不低于300 m,主孔设计深度459 m。开孔倾角12°、开孔方位角4°。试验累计共注水1510 m~3,开泵注水时间达到50小时27分钟。顺层长钻孔水力压裂增大了抽采影响半径(本次试验影响范围达到半径58 m的区域),提高了瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采量(本次试验日平均瓦斯抽采浓度保持在70%以上,日平均抽采纯瓦斯量在2415 m~3/d);采用顺煤层长钻孔水力压裂措施后,压裂注入的大部分清水留存于煤体内,使煤体湿润,在一定程度上减少采煤时工作面粉尘。     

定向长钻孔水力压裂增渗技术预抽煤巷条带瓦斯的应用研究

为提高低渗、高瓦斯突出煤层煤巷条带瓦斯抽采效率,实现低渗、突出煤层煤巷条带瓦斯的快速有效治理,在2130煤矿4号煤层24223运输巷开展了井下定向长钻孔水力压裂增渗技术试验研究。试验结果表明,试验区内4号煤层水力压裂影响半径为30 m,煤层透气性提高了4.59倍,缩短了瓦斯抽采时间,提高了瓦斯抽采效果。     

导向槽定向水力压裂煤层增透强化瓦斯抽采技术及应用

针对低透气性高瓦斯煤层预抽瓦斯困难问题,提出导向槽定向水力压裂煤层增透技术,通过理论推导计算煤层段扩孔后塑性区分布,分析穿层钻孔煤层段水压裂缝的起裂与扩展,揭示导向槽定向水力压裂煤层增透的力学机制,研发导向槽定向水力压裂煤层增透装备。在山西中兴煤矿进行现场应用,结果表明：利用水射流方法对穿层钻孔煤层段进行扩孔,使得煤中产生形似圆柱孔洞,穿层钻孔围岩塑性区半径与钻孔半径成正比,钻孔扩孔是增大塑性区范围的一种有效方法,裂隙扩展明显,瓦斯采出率提高。同时研发了一种导向槽定向水力压裂防突成套装备,主要部件有移动高压水力泵站、喷头、喷嘴、螺旋辅助排渣水射流高压钻杆、孔口防喷装置以及高压旋转接头,结合井下水力化作业远程监测和控制,现场监测结果表明,通过增透作业钻孔的方法,平均瓦斯浓度和瓦斯抽采混合量提高到常规孔的2.75倍和1.81倍,说明采取导向槽定向水力压裂措施的增透效果显著。     

煤矿井下水力压裂增透抽采技术的研究与应用

瓦斯预抽增透一直是瓦斯治理工作的瓶颈,为了解决这一难题,提出水力压裂增透技术,分析了水力压裂增透技术的原理、水力压裂设备及钻孔布置工艺。在潘一煤矿32321底板巷开展了A组煤水力压裂增透试验,试验表明:压裂区域钻孔抽采半径为原始煤体的2倍;单孔瓦斯预抽纯量为原始煤体的3.5倍;煤层预抽达标时间缩短了51.6%;压裂有效影响半径倾向上达50 m,走向上达70 m,压裂后抽采半径走向上12 m,倾向上10 m,比原始抽采半径5 m增大1倍。     

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。     

定向长钻孔水力压裂技术在煤矿瓦斯治理中的应用

针对高瓦斯松软破碎煤层通透性差,导致瓦斯抽采效率低这一问题,以王坡煤业3号煤为工程背景,进行了长钻孔水力压裂技术研究,分析了水力压裂机理过程,并在3301底抽巷进行了水力压裂施工,通过监测压裂过程水压变化情况,对水力压裂过程进行了详细跟踪,最终通过对比压裂前后煤层物理参数变化以及瓦斯抽采效果,得出了长钻孔水力压裂技术对松软破碎煤层的增透效果显著,瓦斯抽采效率得到了显著提高。     

赵固二矿本煤层定向长钻孔水力压裂增透技术研究

为了提高井下低透气性煤层瓦斯抽采钻孔瓦斯抽采效果,开发了适合中等偏硬低透煤层裸眼钻孔高压稳定封孔装备,采用了本煤层定向长钻孔整体水力压裂增透技术,分析了本煤层定向长钻孔水力压裂增透机理,并进行了水力压裂强化增透试验。根据压裂施工过程中压裂参数变化规律,利用压裂前后煤层全水分和钻孔瓦斯参数变化对比,综合考察和评价了水力压裂增透效果和影响范围。研究表明：压裂过程中最大注水压力24.6MPa,发生多次明显压降,最大压降5.2MPa。水力压裂增透后,煤层瓦斯日抽采纯量提高了12.70倍,百米钻孔瓦斯抽采量提高了2.67倍,压裂最大影响半径达到了 38m,平均超过30m,提高了瓦斯抽采效率。     

突出煤层采煤工作面顺层钻孔水力压裂增透技术

为了解决采煤工作面顺层钻孔消突效果不均匀、效率较低等问题,以淮南地区谢桥煤矿低透气性煤层为试验对象,采用顺层钻孔水力压裂技术对煤层进行增透,以提高瓦斯治理效率。介绍了顺层钻孔区域防突措施设计方案,对水力压裂半径进行了考察;开展了水力压裂钻孔及瓦斯抽采钻孔设计,以及注水压力、注水量和保压时间等水力压裂工艺参数试验。水力压裂和未压裂顺层钻孔瓦斯抽采效果对比表明,水力压裂后钻孔抽采平均瓦斯浓度提高54%,平均单孔抽采瓦斯纯流量提高280%,抽采达标时间缩短了1个月;防突效果检验指标均达标,工作面回采期间未出现瓦斯浓度超限现象。     

水力压裂增透技术在软煤瓦斯抽采中的应用

目前,我国高瓦斯和突出矿井占全国矿井总数的40%以上,所开采的突出煤层具有瓦斯含量大、瓦斯压力高、裂隙不发育、透气性普遍较低等特点。针对煤层透气性大小直接影响矿井瓦斯抽采效果的问题,贵州某矿为大幅度提高煤体透气性和瓦斯抽采量,在其1321底抽巷进行水力压裂试验。实验表明,1321底抽巷钻孔注水压力为38 MPa,水力压裂钻孔在煤层走向上的影响半径超过25 m范围,水力压裂后钻场钻孔平均瓦斯抽采体积分数提高近31倍,平均瓦斯抽采量提高29倍。通过对取样点的煤体的残余瓦斯含量的测定及线向拟合分析,得出1321底抽巷水力压裂有效半径为41 m。     

低透气性煤层水力压裂增透数值模拟研究

针对高瓦斯低透气性煤层抽采率低下、钻孔工程量大及抽采周期长的难题,提出水力压裂卸压增透技术。借助RFPA2D-Flow软件模拟分析了压裂时压裂孔附近煤体从发生破裂、裂隙裂纹的生成演化、扩展延伸到最终贯通的完整过程,得到钻孔附近煤体的裂隙裂纹演化规律。通过在斜沟煤矿18205材料巷实施水力压裂现场试验,发现当水压升高至16MPa时有效影响半径为7m,试验结果与模拟结果基本一致;水力压裂影响范围内煤层的透气性系数提升14倍,瓦斯抽采浓度提高了4.43倍,抽采纯量提升了9.62倍,抽采效果显著提高。     

碎软低渗高突煤层井下长钻孔整体水力压裂增透工程实践

针对阳泉矿区碎软低渗高突煤层开展了井下长钻孔整体水力压裂增透技术的工程试验研究,工程实现了井下一次性整体压裂煤孔段长度达307 m,单孔注入水量达1 510 m3,最大注水压力达26.09 MPa。效果检测表明钻孔压裂影响半径最大达58 m,压裂后煤层透气性系数提高了2.67倍,百米钻孔瓦斯流量衰减系数降低了55%,230 d内钻孔日抽采纯甲烷1 395~2 810 m~3,平均2 173 m~3,钻孔累计抽采纯甲烷50.86×10~4m~3,抽采瓦斯浓度为49.38%~83.70%,平均64.31%。分析认为:水力压裂能改善煤层裂隙和孔隙的连通性、降低煤层有效应力、提高煤层渗透率,注水能促进煤层瓦斯从吸附态向游离态转化,是煤层压裂后钻孔高效抽采瓦斯的关键,依据填砂堵缝压裂技术原理提出了碎软低渗煤层长钻孔整体水力压裂煤层裂隙开启、扩展和延伸机制。工程试验成果及认识可为井下长钻孔整体水力压裂增透高效抽采瓦斯提供借鉴。     

本煤层深孔定向静态破碎卸压增透技术研究与应用

为提高高瓦斯低透气性松软煤层的瓦斯抽采能力,结合适当的钻孔布置开发了一种利用静态破碎技术来压裂煤体、提高煤层透气性的技术方法,并在五阳矿7601掘进工作面进行了实际应用。实践结果表明：深孔定向静态破碎卸压增透技术卸压增透效果显著,比同等条件下的普通钻孔抽采效果成倍提高,为高瓦斯、低透气性松软煤层的瓦斯高效抽采提供了可靠的技术保障。     

松软煤层水力冲孔与二氧化碳爆破联合增透技术

为有效解决松软煤层瓦斯透气性低、瓦斯抽采效果差的问题,提出一种水力冲孔与二氧化碳致裂爆破联合增透方法,即在水力冲孔基础上引入二氧化碳致裂爆破措施,加快松软煤体向孔洞移动的速度,进一步提高煤层透气性,延长高瓦斯流量抽采时间。在贵州高山煤矿9号煤层进行对比试验,抽采30d后,联合增透技术抽采钻孔瓦斯抽采量比单独使用水力冲孔措施提高45%;抽采60d后,联合增透技术采区域平均残余瓦斯含量比单独使用水力冲孔增透措施时降低了22%,为其他矿区松软煤层瓦斯抽采提供参考。     

底抽巷水力压裂增透试验研究

针对谢桥矿1351(3)工作面煤层存在的瓦斯抽采困难问题,提出并试验了底抽巷水力压裂增透技术。试验结果表明:单元抽采纯量平均提高1倍,缩短预抽达标时间2~3个月;水力压裂后钻孔抽采半径扩大,由原来的5 m增加至11 m;煤体透气性系数与增透之前相比增加了4.94倍。通过对底抽巷进行水力压裂增透技术的应用,提高了煤层的透气性,达到了瓦斯增透的目的。     

低渗煤层瓦斯抽采顺层钻孔水力造穴卸压增透效果研究

为了揭示水力造穴参数对钻孔瓦斯抽采效果的影响规律,指导煤层水力造穴增透技术施工参数的合理选择。建立了煤层损伤-应力-渗流耦合模型,分析了不同造穴参数下煤层卸压增透效果,展开了顺层钻孔水力造穴现场工程试验,考察了不同造穴参数下钻孔瓦斯抽采效果,结果表明：采用水力造穴技术形成的孔穴能够有效降低其周围煤体应力,提高煤层渗透率,增加瓦斯钻孔抽采效果;造穴半径越大煤层的卸压程度越大,进而煤层渗透率增幅就越大,但在实际工程中过大的造穴半径会使得孔穴稳定性差,钻孔塌孔堵塞瓦斯涌出通道会使得钻孔瓦斯抽采量有所降低,试验矿井最优造穴半径为0.6 m;造穴间距对它们之间的应力降低区范围有着较大的影响,在一定距离条件下孔穴卸压有着明显的叠加效应,造穴间距越近叠加效应越明显,煤层应力越小,卸压增透效果越好。试验钻孔穴间距由8 m减小到6 m时,单孔平均瓦斯抽采纯量增加389.16%。     

穿层钻孔预抽煤层瓦斯水力增透关键技术研究

高瓦斯突出煤层预抽瓦斯消突是突出矿井煤巷掘进前的主要技术措施。由于我国煤矿煤层透气性低,原始煤层预抽煤层瓦斯效果差,抽放时间长,为提高低透气性高瓦斯突出煤层的瓦斯抽采效果,在振兴二矿11031下副巷底抽巷对比非增透区试验考察了水力冲孔增透区、水力冲孔+压裂增透区预抽瓦斯效果。试验结果表明,实施水力增透措施后,有效扩大了钻孔抽采瓦斯影响半径,提高了煤层的透气性,增加了瓦斯抽采量,区域瓦斯治理效果明显。     

“三软”煤层水力冲孔与压裂耦合致裂增透技术

通过数值模拟软件分析和现场工程试验等手段,研究了水力冲孔与压裂耦合致裂增透技术对豫西"三软"煤层煤体位移、应力分布、渗透率的影响。研究结果表明,水力冲孔与压裂耦合致裂增透技术可以使水力冲孔泄煤钻孔间煤体应力降低20%以上、渗透率提高35%以上;告成矿23041下副巷(北)揭煤工作面穿层钻孔平均抽采浓度较相同瓦斯地质条件提高4.3倍,日平均抽采纯瓦斯量较相同瓦斯地质条件提高6.7倍,研究成果可推广应用于郑州矿区底板岩巷穿层钻孔预抽煤层瓦斯区域防突措施。     

穿层钻孔水力压裂增渗技术在阳煤寺家庄矿的应用

阳煤寺家庄矿煤层碎软、透气性差、地质构造复杂,瓦斯抽采难度大,尽管采取了一系列的瓦斯治理措施,但没能改变目前矿井掘进难、钻探工程量大、抽采效率低等现状。针对阳煤寺家庄矿碎软低渗煤层群抽采困难的难题,通过采用井下水力压裂增渗强化抽采技术,建立并优化井下水力穿层钻孔水力压裂增透工艺,寺家庄15~#煤层穿层钻孔水力压裂单孔注水量达到100 m~3时影响半径超过30 m,水力压裂后单孔抽采纯量普遍提高3.2倍。