穿层割缝的卸压增透数值模拟及其应用

随着矿井的深部开采,高瓦斯低透气性煤层的瓦斯治理是当今煤矿面临的主要工作.阐述了高压射流割缝措施的卸压增透机理,通过FLAC软件模拟了割缝后煤层内部应力的变化情况,研究了高压射流割缝对煤层的卸压增透作用.现场应用证明：高压射流割缝技术对煤层具有良好的卸压增透效果,能够强化瓦斯抽采,扩大单孔的瓦斯抽采范围,提高了掘进工作面的掘进速度,保障了矿井的安全高效生产.     

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。     

高压水射流割缝技术卸压增透机理及应用研究

基于余吾煤业高瓦斯矿井受瓦斯灾害困扰严重难题,提出了高压水射流割缝技术的卸压增透方法,对该技术切割机理、卸压增透机理进行了理论上的可行性分析,结合现场工业性试验对煤样的观察和瓦斯抽采浓度的对比,验证了该技术对煤层的卸压增透效果显著,有利于低透气性煤层的瓦斯预抽采。     

旋转切片式穿层割缝卸压增透技术在九里山矿的应用

针对焦煤集团九里山煤矿出现的煤与瓦斯突出的问题,通过深入分析现场资料,决定应用旋转切片式穿层割缝卸压增透技术提高瓦斯抽采效果,缩短煤层瓦斯抽采达标时间。现场应用表明:实施割缝卸压增透后,抽采有效影响半径提高1.6~2倍,煤层透气性系数提高24倍,抽采瓦斯浓度提高2.67倍。在40 d的抽采周期内,割缝孔的抽采总量是普通孔的2.33倍;在相同的抽采条件下,抽采达标时间缩短了57.1%。     

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。     

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...     

穿层钻孔超高压水力割缝技术试验研究

为提高张集矿1煤层瓦斯抽采效果,解决低透气性厚煤层瓦斯抽采率低、瓦斯涌出量大的难题,矿井采用超高压水力割缝卸压增透技术在1415A底抽巷进行了试验应用。通过对割缝钻孔和未割缝钻孔的等效直径、钻孔瓦斯流量、瓦斯抽采量、瓦斯含量下降率等分析表明,采用超高压水力割缝术后,钻孔内煤体的暴露面积大大增加,为瓦斯释放提供了有利空间,同时使煤体充分卸压,改善煤层透气性,大幅度提高瓦斯抽采率,减少了抽采达标时间,解决了厚煤层采掘工作面瓦斯治理的难题。研究为矿区类似条件厚煤层的瓦斯高效治理提供了技术指导。     

水力割缝技术在松树镇煤矿的应用研究

低透气性煤层卸压增透技术严重制约煤层瓦斯抽放。针对松树镇煤矿煤层赋存条件,应用水力割缝技术对该矿回采工作面进行了卸压增透,并通过钻孔瓦斯浓度、抽采负压及钻孔瓦斯流量对水力割缝效果进行考察。结果表明,实施水力割缝技术后,钻孔瓦斯浓度明显上升,考察周期内,绝大部分钻孔瓦斯浓度高于10%;各钻孔的抽采负压数值稳定,钻孔瓦斯总平均流量达到0.034 m³/min,远高于普通钻孔的平均流量0.005 m³/min。     

钻孔割缝网络化增透机制及其在底板穿层钻孔瓦斯抽采中的应用

针对底板穿层瓦斯抽采钻孔卸压不充分的主要问题,采用理论分析与现场试验相结合的方法,研究了钻孔割缝网络化卸压增透机制,提出了底板穿层钻孔割缝网络化增透技术,并且在国内相关矿井进行了现场应用。应用结果表明：采用该技术措施后,平均透气性系数提高了122倍,瓦斯抽采流量提高了3.5倍,瓦斯抽采浓度提高了2.3倍,预抽达标时间缩短50%以上。     

常村煤矿低渗透煤层水力割缝增透技术研究

常村煤矿为高瓦斯矿井,3号煤层渗透性差,为提高3号煤层瓦斯抽采效果,必须对低渗透性煤层采取有效的增透措施。为此,本论文研究3号低渗煤层水力割缝增透技术,确定了现场试验钻孔参数及其布置方式。研究表明:水力割缝增透技术可使瓦斯抽采流量可提高3~3.75倍,高浓度抽放时间延长1.2倍,因此水力割缝增透技术可取得较理想的瓦斯抽排效果。     

高压射流割缝卸压增透技术在单一低渗透煤层瓦斯抽采中的应用

针对单一低渗透煤储层井下瓦斯抽采效果差的问题,提出采用高压射流割缝卸压增透技术提高煤层透气性,扩大抽采单孔有效影响范围,提高瓦斯抽采效果,缩短煤层瓦斯抽采达标时间。以焦作九里山矿15采区15071底板抽采巷为试验点进行泄压增透试验,试验结果表明:实施割缝卸压增透后,抽采有效影响半径提高1.6~2.0倍,煤层的透气性系数提高24倍,抽采浓度提高2.67倍。在40 d的抽采周期内,割缝孔的抽采总量是普通孔的2.33倍;在相同的抽采条件下,抽采达标时间缩短了57.1%。     

高压水射流环切割缝自卸压机制与应用

为解决深部矿井低透气性煤层瓦斯抽采难题,针对穿层钻孔提出了高压水射流环切割缝煤层自卸压增透技术。通过瓦斯流动理论分析普通钻孔及环割钻孔瓦斯流动模式,分别建立了普通钻孔及环割钻孔瓦斯流动微分方程,获得了高压水射流环切割缝自卸压技术改善煤层瓦斯流动机制;采用FLAC3D软件建模分析高压水射流割缝后钻孔周边煤体应力演化规律,基于煤体卸压程度及塑性区分布特征,确定了穿层钻孔合理化割缝参数;通过底板穿层钻孔高压水射流环切割缝技术现场考察,环切割缝后煤层变形量达到0.136%,煤层透气性系数较原始状态提高了42倍,瓦斯抽采纯量相较普通钻孔提高3.44~5.32倍,同等条件下煤层抽采半径提高了1倍以上。理论研究与现场试验均表明,采用高压水射流切割在煤层内部形成环形缝槽,能有效改善钻孔煤体应力状态,增加煤层渗透性,提高瓦斯抽采效率。     

基于区域瓦斯治理的钻割抽一体化技术及应用

针对我国高瓦斯煤层赋存特点及目前煤矿区域瓦斯治理过程中存在的问题,采用理论研究、数学建模和现场测试相结合的方式,研究了基于区域瓦斯治理的高瓦斯低透气性煤层卸压增透技术及改善瓦斯流动与解吸方式,建立了高压射流割缝卸压范围内瓦斯流动毛细管模型,并且通过对割缝主体影响区、边界影响区消突时间的对比分析,得出了割缝影响区内任一点消突的判据和割缝卸压范围内整体消突时间。最后,结合笔者多年从事瓦斯抽采的研究和科研成果,提出了基于区域瓦斯治理的钻割抽一体化技术,开发了相应的配套设备和材料,在国内有关矿井进行了应用。应用结果表明,该技术可显著提高抽放钻孔的单孔有效影响范围,减少区域瓦斯治理需要的钻孔数量,缩短区域抽采时间,提高区域抽采效率。     

穿层割缝技术及其在递进掩护式巷道掘进中的应用

为了解决低透气性煤层瓦斯抽采困难的问题,分析了地应力和瓦斯压力对煤层透气性的影响,研究了旋转切片式穿层割缝技术对煤层的卸压增透机理,提出了采用旋转切片式穿层割缝技术掩护巷道掘进的方案。现场工业应用表明,旋转切片式穿层割缝技术可增加煤体暴露面积,有效提高煤层透气性,30 d内瓦斯抽采量是原来的2~3倍,降低煤层瓦斯含量,有效防治了煤与瓦斯突出,使巷道掘进速度增加60%左右,一定程度上缓解矿井采掘接替紧张的局面。     

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%。     

煤层瓦斯强化抽采水力增透技术综述

简要介绍了我国煤层瓦斯抽采现状,对煤层瓦斯强化抽采水力增透技术中水力压裂增透技术和高压水射流割缝增透技术的原理、设备概况、应用发展概况进行了综述并分别介绍了2种技术的应用实例,说明了煤层瓦斯强化抽采水力增透技术对于提高煤层瓦斯抽采率具有良好的效果。     

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。     

矿井瓦斯“2-111”高效抽采新理念

陕煤集团所属的韩城、铜川、彬长、黄陵等矿区矿井均为高瓦斯矿井,同时还存在煤与瓦斯突出、冲击地压等灾害,大大增加了矿井瓦斯治理难度。通过分析高压水射流割缝卸压和液态CO_2气相驱替原理及工艺,提出了"2-111"瓦斯高效抽采新理念,实现在单孔内开展2种技术作业,1次割缝卸压,1次气相脱附驱替及1次导向扩冲驱气的"2-111"瓦斯高效抽采新模式。案例分析表明,高压水射流割缝增透技术和液态CO_2驱替技术均能有效提高煤层瓦斯抽采效率,根据事件概率加法原理,"2-111"瓦斯高效抽采技术可大幅提高瓦斯抽采效率,具有广阔的推广应用前景。     

超高压水力割缝在低透气性煤层抽采瓦斯中的应用

为解决低透气性煤层抽采瓦斯的难题,群力煤矿引进超高压水力割缝成套技术及装备,对矿井运输石门C7、C6、C5煤层揭煤区域开展超高压水力割缝增透试验.实践结果表明,该技术增加了低透气煤层的可抽性,提高了煤层瓦斯抽采量,缩短了突出煤层瓦斯抽采达标时间,缩短了突出煤层石门揭煤时间,达到了突出煤层安全、快速揭煤的目的,加快了群力煤矿矿井建设进度.     

高瓦斯低透气性煤层深钻孔高压水力割缝增透技术

为提高新田煤矿M9煤层瓦斯抽采效果，解决低透气性突出煤层抽采效率低及应力主导型煤层卸压效果差的难题，以新田煤矿1901工作面为研究背景，分析了深钻孔超高压水力割缝卸压增透机理，采用深钻孔与高压水力割缝相结合增透技术，加快了1901掘进工作面抽采效率，减少了抽采达标时间，实现了1901掘进工作面 “安全、科学、精准、经济、高效”的瓦斯灾害防治，有利于煤矿安全高效生产和可持续健康发展。