高瓦斯低渗透煤层冲孔造穴卸压增透技术及装备应用

针对我国高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采困难、极易导致煤与瓦斯突出的现状,分析了现有煤层瓦斯抽采的各种技术措施,研究了冲孔造穴的卸压增透原理,指出冲孔造穴是实现高瓦斯低透气性煤层卸荷增透的关键技术,并对我国水力冲孔造穴技术装备的研发进展进行了系统总结分析。在寺家庄煤矿和平煤八矿开展典型现场试验结果表明,采用目前广泛应用的煤层水力钻冲一体化装备和煤层机械扩孔一体化装备能够高效进行高瓦斯煤层扩孔造穴,降低煤层钻孔施工量,提高煤层透气性系数23.9倍以上,提高钻孔瓦斯抽采浓度和纯量在2倍以上。     

穿层钻孔预抽煤层瓦斯水力增透关键技术研究

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。     

水力冲孔工艺参数对瓦斯抽采效果的影响研究

为了提高赵庄矿低透煤层瓦斯预抽效率,决定采用水力冲孔技术对煤层进行卸压增透,在考察水力冲孔技术对矿井瓦斯治理的应用效果的同时,开展了对冲孔工艺的优化研究。试验结果显示,瓦斯抽采效率得到了有效提升。     

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。     

底板岩巷穿层抽采技术试验研究

底板岩巷穿层抽采是突出矿井进行区域瓦斯治理的一项关键技术,而对于透气性较差的煤层,有效的增透技术则是提高瓦斯抽采效果的关键。九里山矿通过研究与实践,采用预裂爆破增透技术和水力切割扩孔增透技术以保证煤巷掘进的安全施工。工业性试验表明,增透技术的实施,降低了工作面的瓦斯浓度,防突效果明显。     

马堡煤矿15号煤层水力压裂增透技术研究

针对马堡矿15号煤层瓦斯含量高、煤层透气性差、钻孔施工量大、瓦斯抽采率低等问题,提出以15108综放工作面为试验地点进行水力压裂增透试验来增加煤层透气性。通过对水力压裂增透技术原理的研究,分析了水力压裂试验流程,确定了试验设备仪器、压裂工艺参数,最终成功完成了水力压裂试验。并通过对注水压力的变化分析和试验前后抽采效果的对比,总结得出通过对煤层进行水力压裂,可大幅度提高煤层透气性和钻孔瓦斯抽采效果、增加煤层瓦斯抽采半径、缩短抽采周期,有效解决马堡矿瓦斯治理难题。     

循环往复式水力压裂技术在顺煤层瓦斯治理中的应用

水力压裂增透是提高煤层瓦斯抽采效率的常用措施之一,在常规水力压裂原理的基础上,提出了循环往复式水力压裂作用于煤层的增透技术,在红阳三矿705回采工作面进行了顺煤层循环往复式水力压裂现场试验。试验结果表明,循环往复式水力压裂与常规水力压裂相比,压裂影响范围及透气性等均得到大幅度提升,同时瓦斯抽采浓度及纯量均得到提高,压裂增透效果改善明显,与原始煤层及常规压裂的瓦斯抽采方法相比,循环往复式水力压裂措施减少了瓦斯抽采钻孔数量,提高了瓦斯抽采纯量总量,提升了瓦斯抽采效率。循环往复式水力压裂技术可以作为改善常规压裂增透效果的一种方法。     

水力冲孔增透技术在提高煤层瓦斯抽采效率方面的应用

为解决突出煤层低透气性导致的瓦斯抽采达标时间长的问题，以山西某矿2号煤层煤巷掘进工作面的超前瓦斯预抽为工程背景，采用水力冲孔增透技术对前方煤体瓦斯进行强化抽采。结果表明，采取水力冲孔增透技术钻孔的瓦斯抽采浓度明显高于普通钻孔，平均单孔抽采纯量均保持在普通钻孔的3倍以上；煤巷掘进期间的钻孔瓦斯解吸指标K₁值明显小于未实施水力冲孔措施的指标，水力冲孔增透技术能有效提高煤层透气性，从而大大提高煤层瓦斯抽采效率。     

松软煤层水力割缝卸压增透技术研究

为解决赵庄煤业松软煤层瓦斯抽采率低的难题,以水力割缝技术为试验研究基础,在二盘区北回风巷进行了抽放效果对比考察,对不同穿层割缝钻孔布置方式及参数下瓦斯抽采浓度、抽采量等数据进行分析,摸索出适合赵庄煤业的以水力割缝技术增透的技术参数.试验表明,水力割缝钻孔与普通钻孔相比,瓦斯抽采浓度提高了1.49倍,抽采流量增加了3.02倍,瓦斯抽采效率显著提高.     

冲压一体化联合增透技术在软煤层瓦斯治理中的应用研究

针对单项水力化增透措施存在一定缺陷及软煤层存在着瓦斯治理难等问题，在分析水力冲孔及水力压裂作用于煤层的基础上，将水力冲孔及压裂对软煤层进行联合增透，并得出一套施工工艺流程，将该技术应用于红阳二矿西三下部采区1202工作面，现场试验表明：试验区域经过水力冲孔压裂后，瓦斯含量及瓦斯压力明显降低，透气性系数得到大幅度提高，增透效果明显，并且对三个区域进行瓦斯抽采情况对比，冲压一体化增透区域单孔瓦斯抽采浓度、纯量均高于对比试验考察区域，并且连续接抽200余天，瓦斯纯量抽采总量上亦明显占优。从中可以说明，冲压一体化为软煤层现场瓦斯治理提供了新思路。     

抽采钻孔水力修复及二次增透技术在郑煤集团的试验应用

告成煤矿主采煤层赋存不稳定、透气性差,采取水力冲孔增透措施后,抽采过程中依然存在瓦斯流量衰减快、钻孔塌孔、堵孔的现象,瓦斯抽采效果较差。通过试验应用水力修复及二次增透技术,对抽采效果不好的钻孔进行透孔修复及二次对煤层进行增透,单孔瓦斯抽采浓度由5%提高到100%,单孔抽采量提高了200～500 m³,钻孔有效抽采时间延长了15～30 d,取得了良好的抽采效果。     

低透破碎含水厚煤层高压水力扩孔瓦斯自排提效应用研究

针对观音山煤矿C₅厚煤层透气性差、煤质破碎且松软、局部含水等特点，开展底板穿层钻孔高压水力扩孔自排提效应用研究。通过现场试验表明，扩孔工艺大幅提高了钻孔瓦斯自排效率；钻孔出渣速率与瓦斯自排效率在限值内正相关。研究为类似矿井高压水力扩孔提高钻孔瓦斯自排效果提供了参考依据。     

高应力和构造应力区联合增透抽采技术研究

为了解决矿井高应力和构造应力影响作用下煤层透气性差、钻孔塑性变形垮孔严重的问题，以松藻煤电公司逢春煤矿M7、M8煤层为试验对象，采用水力压裂和水力割缝相结合的方式，对煤层进行增透，以提高瓦斯抽采效率。介绍了穿层钻孔区域防突措施设计方案，开展了水力压裂钻孔、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。通过比较水力压裂、水力割缝增透措施结合硬套管封孔技术及普通钻孔瓦斯抽采情况，表明水力压裂和水力割缝后钻孔瓦斯抽采浓度分别提高16%~36%和4%~16%，瓦斯抽采量（纯量）分别提高了6倍和3倍，可为同类地质条件瓦斯抽采提供参考。现场试验结果表明，复杂地质低渗煤层水力压裂—割缝综合瓦斯增透技术在煤层强化抽采中有较好的实际应用价值。     

红阳二矿水力冲孔增透技术研究及应用

针对红阳二矿12煤层透气性低、底抽巷穿层钻孔瓦斯抽采效率偏低难以满足预抽要求的情况,基于水力冲孔卸压增透机理,提出采用水力冲孔和普通钻孔预抽相结合的钻孔布置方式进行高效抽采。研究结果表明:水力冲孔在低透突出煤层区域瓦斯抽采消突措施中应用效果显著,采取水力冲孔措施的34 d内,钻孔的平均瓦斯抽采浓度是普通钻孔的2.5倍,平均瓦斯抽采纯量是普通钻孔的4.4倍。     

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。     

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。     

松软低透煤层随钻水力冲孔钻具研制与应用

针对现有水力冲孔钻具在松软低透煤层造穴施工中存在需2次下钻、劳动强度大、施工效率低、钻杆密封性不好等问题,研制了随钻型水力冲孔钻具,实现了只需下入一趟钻便可同时完成正常钻进和冲孔作业,并在晋煤集团赵庄矿、淮南矿业丁集矿及阳煤集团新元矿开展了现场试验。试验结果表明:研制的随钻型水力冲孔钻具结构设计合理,压力转换机构工作可靠,密封性能良好,耐压能够达到30 MPa;与常规水力工艺相比,该技术能够减少辅助作业时间,有效降低了工人劳动强度,对松软低透煤层卸压增透作用显著,有效提高了瓦斯抽采效果,具有较高的推广应用价值。     

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。