井下水力压裂对深部低透煤层瓦斯含量的影响规律研究

水力压裂是解决深部低透煤层抽采瓦斯困难的主要方法之一,为了进一步提升瓦斯高效抽采及客观评价压裂效果,有必要对压裂后煤层瓦斯含量的影响规律进行研究。在平煤股份十二矿深部低透煤层开展了底抽巷上行穿层钻孔水力压裂增透试验,设计了18个压裂效果考察钻孔,通过取样测定每个考察钻孔的瓦斯含量,详细分析了水力压裂后目标煤层及邻近煤层瓦斯含量的变化规律。研究结果表明:压裂钻孔周围35 m范围内目标煤层的瓦斯含量较原始瓦斯含量平均降低了63%,邻近煤层的瓦斯含量较原始瓦斯含量平均降低了27%;沿目标煤层倾向的瓦斯含量平均降幅高于走向。研究结果可为深部低透煤层水力压裂钻孔与抽采钻孔的优化设计提供参考。     

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。     

穿层钻孔水力压裂增透防突技术在红阳二矿的应用

对深部矿井红阳二矿瓦斯突出防治中的难题进行了分析,针对井下条件开展了水力压裂增透防突技术研究。对水力压裂钻孔注水量、注水压力、钻孔布孔方式等参数进行了设计,通过考察注水时间、保压效果等参数对水力压裂注水效果,提出了影响水力压裂注水效果的关键因素;通过水力压裂后压裂影响范围内3个关键区域瓦斯抽采量与未压裂区域的对比考察,对水力压裂增透范围和增透效果进行了分析。从增透范围和增透效果看,水力压裂技术提高了煤层透气性,增加了煤层瓦斯抽采量,加快了煤层消突速度,保证了煤矿的采掘接替和安全生产,对相似条件的深部矿井瓦斯突出防治工作具有较好的借鉴作用。     

水力压裂增透技术在鱼田堡煤矿低透气性突出煤层中的试验研究

为解决鱼田堡煤矿煤层透气性差,单一穿层钻孔、水力割缝等工艺后抽采效果不理想,区域防突措施实施不到位,造成较大空白带问题,在34区-350 m西抽对5~#煤层进行高压水力压裂增透技术试验。通过现场试验确定了适合鱼田堡煤矿5~#煤层的水力压裂工艺,并"反演"出注水压力理论计算公式中ps宜取值为最高泵站压力的10%~15%。水力压裂效果考察分析表明:在水力压裂有效影响范围内煤层平均含水率为原始的2.15倍,煤层平均透气性系数为原始的112倍,瓦斯平均抽采浓度为原始的2.3倍,瓦斯抽采纯量为原始的3.9倍,并通过综合分析瓦斯抽采的浓度、纯量以及含水率、透气性系数等参数得到单孔水力压裂沿煤层走向的有效影响范围为50 m左右。     

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。     

突出低渗煤层水力压裂增透技术应用研究

针对绿塘煤矿井田区域可采煤层瓦斯含量大、压力高,透气系数低带来煤层瓦斯抽采困难等技术难题,设计采用BZW-200型水力压裂系统进行水力压裂试验,考察压裂前后煤层含水率、瓦斯抽采浓度、瓦斯抽采纯量等参数来检验压裂试验的效果并优化钻孔布置。应用研究表明:水力压裂对于该矿6_中煤层具有显著增透作用,透气性系数提高约25倍;水力压裂试验明显改善了煤层瓦斯基础参数;实施水力压裂后煤层瓦斯抽采浓度及抽采量显著增大,能有效提高瓦斯抽采效率,保证工作面安全回采。     

同华煤矿K_1煤层穿层水力压裂技术深化试验

在同华煤矿±0 m阶段巷应用水力压裂技术对K1煤层进行穿层水力压裂深化试验,在设定范围布置检验钻孔,应用DGC型瓦斯含量快速测定仪及安装压力表考察压裂前后煤层基本参数变化规律,确定压裂影响范围及瓦斯运移变化规律,优化抽采钻孔布置,并考察压裂后瓦斯抽采效果。与同等条件2125-3运输巷经水力割缝增透相比,3121回风巷掘进条带经高压水力压裂增透后,单个钻场瓦斯抽采平均纯流量由0.063 8 m3/min提高到0.253 8 m3/min,提高297.81%;单个钻孔瓦斯抽采平均纯流量由0.001 7 m~3/min提高到0.007 4 m~3/min,提高335.29%,增透效果良好。     

注水压力对低透气性煤层水力压裂增透效果影响研究

对于低透气性煤层瓦斯瓦斯抽采难度加大问题，采用了水力压裂对煤层进行增透，与之同时，水力压裂中注水压力是一个控制压裂效果的关键参数之一。采用数值模拟方研究平煤十二矿己15-31040工作面煤巷条带区域注水压力煤层水力压裂效果的影响。从模拟结果可以看出，随着注水压力的增加，压裂影响半径亦随之增大。当注水压力增大到一定范围，注水压力的增大对压裂增透效果的影响意义不大。将数值模拟结果应用于现场实际工程中，在压裂施工中，未发生压裂事故，而且巷道顶板保持完好。压裂后本煤层瓦斯衰减系数原始区域减小了13.3倍，透气性系数比原始区域增大了21.2倍，而且与之同时，煤层进行水力压裂后，瓦斯抽采浓度和纯量大幅度提升，单孔抽采浓度和纯量为未压裂区域的2.94倍及13.5倍，压裂增透效果明显。     

水力压裂增透在低透气性煤层瓦斯抽采中的应用

3号煤层为典型的高瓦斯、低透气性煤层，瓦斯治理面临难度高、效率低以及瓦斯治理投入大等问题，以南五巷掘进区域瓦斯治理为工程背景，提出将水力压裂增透技术应用到瓦斯治理中。在南五巷底抽巷内按照70 m间距布置水力压裂钻孔，注水压力控制在20～25 MPa、单孔注水量控制在100～120 m³,钻孔封孔至3号煤层底板下方1 m位置。现场应用后，水力压裂区域内煤层透气性系数、瓦斯抽采浓度及抽采纯量分别增加约29.5倍、2.2倍、2.58倍，可为瓦斯高效治理创造良好条件。研究成果为矿井水力压裂增透工作开展积累了宝贵经验，并可为其他矿井类似情况煤层增透工作开展提供指导。     

水力压裂消突技术在低透气性煤层瓦斯治理的应用

为提高低透气性突出煤层瓦斯治理效果,基于水力压裂的低温、高压、瓦斯解吸快等特性,对低透气性煤层进行水力压裂消突增透试验。试验表明:压裂周围形成裂隙发育区,压裂区域抽采效果提升显著,煤层平均含水率增大1.8倍,单孔抽采浓度提高3.12倍,抽采率提高40%~50%。由于增加裂隙发育以及水驱气的双重作用下,抽采半径由原来的的3 m增加到20 m。水力压裂增透消突技术更加安全、高效。     

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。     

突出矿井水力压裂增透技术应用研究

针对煤与瓦斯突出矿井煤层透气性差、瓦斯较难抽采的现状,为提高突出矿井的抽采效果,改善矿井抽掘采衔接紧张的局面,提出采用水力压裂增透技术,结合保安矿现场实际考察应用情况,详细介绍了适用于矿井的水力压裂工艺流程及参数。现场实践表明,水力压裂后,掘进条带区域的煤层瓦斯抽采纯量相比原始未压裂煤体的瓦斯抽采纯量提高1倍以上,煤层透气性系数相比原始煤层透气性系数提高8倍以上。水力压裂技术可精准提高矿井煤层的透气性,增大瓦斯抽采浓度和抽采量,大大缩短了瓦斯预抽时间,可进一步提升瓦斯抽采钻孔的抽采能力,有效缩短抽采达标时间,为采煤工作面本煤层预抽提供了瓦斯抽采空间,解决了矿井抽掘采衔接紧张问题,可为相似地质条件矿井提供参考。     

定向长钻孔整体水力压裂增透技术在赵固二矿的应用

针对赵固二矿煤层透气性低、钻孔有效影响半径小，实施定向长钻孔代替底板岩巷进行区域瓦斯治理期间钻孔工程量大、瓦斯抽采效果不理想的问题。结合煤层赋存特征及钻孔施工情况，采用定向长钻孔整体水力压裂增透技术，理论分析了合理坐封位置、压裂参数，完成200 m煤巷条带一次整体压裂，最大泵注压力24.3 MPa、累计注水量1 613 m³。并基于煤层全水分变化，考察确定了单个钻孔压裂影响范围达到巷道两帮30 m，有效改善了煤体储层特性，提高了煤层瓦斯抽采效率。在实现定向钻孔对预抽煤巷条带可靠控制的同时，最大程度降低了钻孔工程量、缩短了瓦斯治理周期，为实现矿区“以孔代巷”及高效安全开采提供了技术支撑。     

三软难抽煤层底抽巷抽采方法及效果研究

郑州矿区三软煤层属于低透气性难抽煤层,通过采用穿层钻孔高压水力冲孔增透卸压的方法,释放煤层瓦斯压力,提高煤体透气性,研究了抽采钻孔的封孔方法、分析了高压水力冲孔增透区域的瓦斯抽采效果及其参数,提高了煤体瓦斯预抽效果,解决了矿井煤层透气性差、瓦斯抽放效率低、钻孔工程量大的难题,最终形成一套适合矿井自身条件的穿层钻孔高压水力冲孔卸压增透技术,可为矿井的区域瓦斯治理提供技术支持。     

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。     

水力压裂增透技术在单一低透气性煤层中的应用

豫东地区陈四楼煤矿煤层为单一低透气性突出煤层，瓦斯预抽存在难度大、效率低的问题，严重制约了煤矿安全生产。为增加煤体透气性，提高瓦斯抽采效果，井下水力压裂是一种行之有效的措施。依据瓦斯赋存情况，在煤体瓦斯含量低于5 m³/t区域进行水力压裂增透试验，既能大幅降低钻孔工程量，加快区域治理进度，又能有效保证压裂过程中施工安全，防范压裂期间瓦斯异常涌出，引起瓦斯事故，对低瓦斯区域实现科学治理、精准施策具有重要意义，同时也能为高瓦斯区域进行压裂尝试提供借鉴。     

分段水力压裂技术提高煤层块煤率的试验研究

为了解决陕北侏罗纪厚硬煤层综采能耗大、块煤率低的问题,采用水力压裂造缝技术提高煤层开采的块煤率、降低煤尘。以陕北某国有煤矿为例,在矿区回采工作面进行水力压裂试验及分析,并对试验段和非试验段的块煤率、煤层截割比能耗、含水率和工作面粉尘浓度进行现场统计,得出:水力压裂技术在煤层中的起裂压力、时间及扩散半径等参数。通过回采试验区和非试验区的对比,得出采用水力致裂煤层后,采煤块煤率、工作面粉尘浓度具体的改善程度。研究表明,对煤层进行超前水压预裂,具有清洁高效、提高块煤率及降低煤尘等优点,采用分段水力压裂技术可大幅度提高单孔的造缝率,具有很好的推广价值。     

水力压裂增透范围及其在瓦斯抽采中的应用

为了提高瓦斯抽采率及增加煤层透气性,研究了水力压裂增透范围以及其在瓦斯抽采中的应用,分析了瓦斯渗透率与含水率关系、煤层应力—渗流规律,采用数值模拟软件,研究了孔隙水压力分布、孔隙最大主应力、不同测压系数下最大主应力变化、宏观裂隙长度变化规律以及渗流量、空隙水压、最大主应力的变化曲线。应用实践表明:当采用水力压裂技术时,抽采效果提高了3~5倍。研究可为类似工程条件的瓦斯抽采提供了借鉴。