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。     

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。     

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。     

低透气煤层超高压水力割缝与水力压裂联合增透技术

为了解决矿井瓦斯预抽中存在的问题,提高矿井瓦斯抽采利用效率,杜绝瓦斯灾害事故发生,以新集二矿瓦斯预抽工艺为研究背景,针对矿井采掘接替紧张、煤层透气性差、瓦斯抽采率低等技术难题,提出了超高压水力割缝与水力压裂联合增透技术。基于岩石力学与流体力学理论,分析了超高压水力割缝与水力压裂联合增透机理。并采用数字模拟方法研究确定了沿槽缝延伸方向,缝槽至煤体深部依次形成破碎区、塑性区、弹性区及原岩应力区,被冲割煤体受高压水射流剪、割应力作用影响,原岩应力区向煤体深部转移,煤体渗透率增大。得出水力压裂钻孔布置在超高压水力割缝形成的塑性区范围内能够达到较好的增透效果,并设计了超高压水力割缝与水力压裂一体化联合增透技术工艺:割缝水压为95～100 MPa,旋转水尾转速为40 r/min,割缝间距为1.0～1.2 m,单刀冲割时间为12 min;水力压裂钻孔直径为95 mm,并采用100 mm的钻孔洗扩装置冲、扩钻孔。通过在新集二矿2201采区220108底板巷2号上钻场的应用结果显示:超高压水力割缝与水力压裂协同增透技术能够明显改善煤层透气性,瓦斯抽采30 d以后,协同超高压水力割缝钻孔平均瓦斯抽采纯量为普通钻孔的10.3倍;协同水力压裂钻孔平均瓦斯抽采纯量为普通钻孔的6.4倍,且能够持续保证较高流量和浓度的瓦斯抽采效果。     

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。     

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。     

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。     

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。     

水力割缝技术在提高瓦斯抽采效果中的应用

 为了解决我国矿井在低透气性煤层瓦斯抽采治理中遇到的瓶颈,基于近年来水力割缝技术在矿井石门揭煤、底板巷消除地应力方面取得的发展,探讨性的开展了水力割缝技术在本煤层强化瓦斯抽采方面的研究工作。提出了用水力割缝技术扩大钻孔的直接影响范围的思路,研究了水力割缝技术对扰动煤体的体积、表面积、单孔瓦斯抽采量、钻孔影响半径等参数,对比分析了水力割缝技术和普通钻孔抽采技术的数据,结果表明水力割缝技术扰动煤体体积可提高6~16倍,影响煤体表面积可提高5.3~8.8倍,单孔抽采流量可提高2.0~2.5倍。同时水力割缝技术可增大单孔有效影响半径,在一定程度上可减少施工工程量。     

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%。     

突出煤层卸压增透后封孔技术研究与应用

为了解决突出煤层水力化卸压增透后，普遍存在瓦斯抽放钻孔塌孔严重、钻孔封堵难度系数大、抽采出的瓦斯浓度低、抽采衰减速度快、抽采钻孔经常出现一氧化碳等问题，传统的封孔工艺不能有效解决煤层中的裂隙对瓦斯抽采钻孔的影响，通过对高应力突出松软煤层封孔技术的研究，制定了八矿高应力松软煤层封孔工艺，提出了反压注浆封孔工艺方法。降低了瓦斯抽放钻孔漏气率、增强钻孔密封性、提高抽采浓度、消除钻孔自燃隐患，实现了瓦斯抽采最大化。     

低透气性煤层回采工作面消突技术实践

为了解决低透气性煤层回采工作面采取顺层钻孔抽采后,在预计的抽采时间内未消突且在运输巷补打钻孔后抽采效果依然未达标的问题,提出了在工作面布置瓦斯治理巷,施工顺层倾斜钻孔,与原抽采钻孔形成交叉。通过在602回采工作面进行试验,发现采取瓦斯治理巷,并布置倾斜抽采钻孔技术措施后,回采工作面突出危险性预测超标率为0,割煤期间回风流瓦斯浓度由1.0%降至0.4%,实现了安全回采。证明布置瓦斯治理巷,并施工倾斜抽采钻孔的技术措施,可以有效使煤体卸压,倾斜钻孔可以有效抽采回采期间卸压瓦斯,解决回采期间回风流瓦斯超限的问题。     

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。     

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。     

松软煤层瓦斯抽采钻孔高压气体循环修复增透技术研究

针对松软煤层瓦斯抽采钻孔煤粉堵塞煤层裂隙、煤渣堵塞抽采管路等瓦斯运移通道不畅问题,研究高压气体循环修复增透机理,合理确定循环修复增透气体压力,改造完善高压气体循环修复增透装置,并在赵家寨煤矿进行了现场试验。结果表明:高压气体作用下,煤体解吸收缩产生的拉伸应力是煤体新裂纹生成的主要原因;高压气体对煤体的破壁冲刷作用打通了瓦斯流动通道,实现了抽采钻孔的修复增透;确定了循环修复增透的气体压力的最小值,即解吸收缩产生的拉伸应力应大于煤体的最大抗拉强度;试验钻孔实施修复增透措施后,瓦斯抽采钻孔的瓦斯浓度为修复增透前的1.92倍,瓦斯纯流量为修复增透前的3.24倍,瓦斯抽采效果提升显著。     

云盖山煤矿瓦斯抽采效果考察

随着矿井开采深度的增加和开采强度的增大,煤与瓦斯突出问题越来越严重,煤层瓦斯压力、瓦斯含量、地应力加大致使突出矿井的突出危险性越来越严重,突出频率增加,突出强度增大,大型、特大型突出所占比例越来越大,煤与瓦斯突出已成为严重威胁矿井安全生产的主要问题之一。目前不具备保护层开采条件的煤层,井下钻孔预抽瓦斯是防治煤与瓦斯突出的主要手段之一,钻孔瓦斯抽采效果与煤层瓦斯含量、透气性系数、抽采钻孔直径及负压、抽采目的和时间等因素有关。针对云盖山煤矿在瓦斯治理中采用的不同瓦斯治理钻孔,结合矿井实际生产条件和不同瓦斯治理钻孔的有效抽放半径的现场测试结果,对不同瓦斯治理钻孔的瓦斯抽采效果进行考察,验证了不同瓦斯治理钻孔的有效抽放半径等技术参数。     

顺层钻孔水力压裂有效影响半径确定与抽采效果分析

为了增加煤层透气性，提高煤层瓦斯抽采效果，以某矿501工作面煤层地质条件为工程背景，采用理论分析、数值模拟、现场试验等方法，对某矿煤层起裂压力、单次压裂时间、压裂流量、影响半径、压裂钻孔抽采效果等参数展开研究。结果表明，模拟压裂孔注水1 h后，煤层压力由压裂孔向周围迅速降低，最终呈现出以压裂孔为圆心的圆形区域的致裂范围，最大压裂半径达到8.315 m;当对压裂泵主动升压至38 MPa时，煤层瞬间破裂，压力回降，流量瞬间增大，且达到压裂泵额定流量值，此时，煤体破裂效果完美；4号压裂孔首次压裂已经接近压穿煤体，进行第二次压裂时，流量曲线增加比较平稳，说明该孔在之前已贯通大部分裂隙，压裂半径可达22 m;对水力压裂孔和普通钻孔进行抽采比较发现，压裂3号钻孔的瓦斯浓度平均达到17.68%效果最为显著，与普通钻孔相比其平均浓度为1号普通钻孔的4.77倍、2号普通钻孔的3.12倍。     

功率超声波技术在低透气性煤层增透试验中的应用

为了增加低透气性煤层渗透率,提高预抽煤层瓦斯抽采效率,提出了一种安全高效的新型功率超声波技术来实现对煤层的增透,超声波增透煤层时通过破裂和声波扰动的方式增加了煤层透气性,这些方式的加载使得其原先裂缝不断地扩展、延伸,最终达到增透整个煤层的作用。将功率超声波技术应用于2130矿24312采煤工作面,采用回风巷顺层布孔的方式进行作业,现场试验结果表明:功率超声波增透技术显著提高了煤层瓦斯抽采浓度和抽采纯量,同时降低了瓦斯抽采钻孔的工程量。现场证明功率超声波技术作用于低透气性煤储层,提高了瓦斯抽采效率,对于矿井瓦斯高效抽采具有广阔的应用前景。     

采动影响下煤层瓦斯运移规律研究

煤层中的瓦斯流动是一个瓦斯气体运移与煤层固体变形之间相互耦合的复杂过程。以鹤煤三矿3号煤层4101工作面为研究对象,建立了双重孔隙特性瓦斯运移数学模型,借助有限元方法量化分析了气体运移、钻孔破坏之间的气固耦合现象,分析了塑性破坏对渗透率的影响,并利用Comosol研究了注入空气对瓦斯压力、流量的作用过程。现场试验表明,数值模拟所得结果较好地匹配了现场瓦斯压力结果,数据间的差异可能来自于对煤层赋存环境的理想简化,所建立抽采模型可以用于矿井抽采钻孔参数设计与抽采效果评价。