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%。     

顺层钻孔钻冲一体化卸压增透强化抽采技术应用

针对阳泉矿区松软低透高突煤层钻孔施工难、瓦斯抽采效果差的问题,提出了钻冲一体化水力冲孔造穴瓦斯抽采技术。并结合阳煤新景矿工程实践,设计了掘进工作面水力造穴工艺及方案。应用结果表明,水力冲孔造穴在松软低透高突煤层钻孔抽采瓦斯中,卸压增透效果明显,瓦斯抽采浓度提高10倍,抽采量提高6倍,抽采率提高近1倍,残余瓦斯含量始终未超标。     

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。     

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。     

水力大直径分级造穴卸压效果数值模拟研究

为了提高低透气性煤层瓦斯抽采效果,利用水力大直径分级造穴技术,研究低透气性煤层卸压增透效果。通过对煤体受力平衡方程、瓦斯渗流方程以及耦合方程,分析了煤体中的瓦斯吸附、解吸、渗流过程以及同应力之间的耦合关系。利用COMSOL Multiphysics软件,构建了零透气性边界的抽采、造穴三维计算模型,研究了不同抽采时间和不同造穴半径(0.3 m、0.6 m、0.9 m)条件下的卸压抽采效果。研究结果表明,煤层造穴后随着瓦斯不断抽采,钻孔周围瓦斯压力随之下降,随着抽采时间逐渐增加,瓦斯压力降低区逐渐扩大,卸压范围不断增大。半径0.9 m的造穴孔腔模型瓦斯压力下降速度更为明显,能在更短时间内对煤层进行卸压增透,实现煤层消突。     

玉溪煤矿煤巷掘进工作面增透瓦斯抽采技术研究与应用

为实现1302运输顺槽掘进工作面瓦斯的高效抽采,通过分析水力冲孔造穴增透技术原理、工艺流程,结合工作面的具体地质条件,设计水力冲孔造穴水压为18 MPa,造穴循环距离为100 m,每循环内划分为4个区域,进行变间距造穴方案设计,基于煤层瓦斯含量特征,进行掘进工作面顺层钻孔抽采设计,并在水力冲孔造穴方案实施前后分别进行抽采效果监测分析。结果表明:增透抽采技术实施后,抽采效率显著提升,且抽采方案实施后煤层残余瓦斯含量和钻屑解吸指标均满足规范要求。     

底抽巷穿层钻孔卸压增透技术研究

针对底抽巷穿层钻孔预抽效果差的问题,结合新景公司3煤坚固性系数小、埋深大、瓦斯含量高等特点,提出了利用底抽巷穿层预抽钻孔进行卸压增透的方法,分析了水力冲孔造穴卸压增透和CO_2气相预裂爆破卸压增透技术原理。通过现场试验,与原底抽巷穿层钻孔预抽对比分析,水力冲孔造穴和CO_2气相预裂增透技术卸压增透效果明显,取得了良好的瓦斯抽采效果,为新景公司3煤解决煤层条带瓦斯提供一种新的思路和方法。     

贵州矿区“两高一低”煤层钻冲联动高效抽采技术研究

为提高贵州矿区新田煤矿4煤层瓦斯抽采效果,缩短瓦斯治理时间,增加煤层透气性,针对4煤层瓦斯含量高、压力高、透气性低等特点,在新田煤矿1404工作面运输巷底抽巷实施了水力冲孔卸压增透技术,研究了钻冲一体化卸压增透技术的技术原理和装备选型,设计了钻冲一体化卸压抽采方案,现场应用结果表明,钻冲一体化卸压增透技术加快了1404煤巷掘进抽采效率,减少了抽采达标时间,提升了煤巷掘进速度,有效缓解了"抽、掘、采"接替紧张的局面。     

顺层水力造穴卸荷增透机制及在掘进工作面瓦斯抽采中的应用

以新景矿3号煤层掘进工作面顺层水力造穴强化瓦斯抽采为工程背景，采用FLAC^3D数值模拟软件对顺层水力造穴的卸荷增透机制进行数值分析；研发出履带式钻冲一体化水力造穴装备，建立了高低浓度瓦斯抽采系统，并对顺层水力造穴技术在掘进工作面瓦斯抽采过程中的应用情况进行了系统性考察。数值分析结果表明，采用新技术后，造穴洞室四周煤体渗透率显著改善；造穴半径越大，造穴长度越长，煤体的卸荷增透区域效果越好。现场应用情况表明，采用新技术后，掘进工作面的瓦斯抽采效果显著改善，钻孔工程量降低了75.0%,平均瓦斯抽采纯量和平均瓦斯抽采浓度分别提高了4.6倍和1.5倍，巷道掘进过程中实测的钻屑指标K₁值和S值均显著降低。     

基于COMSOL的煤层分段水力造穴卸压增透效果数值模拟研究

针对潞安矿区低渗厚煤层开采的复杂条件,以渗流理论及流固耦合机理为基础,利用COMSOL多物理场耦合分析软件建立煤层损伤-应力-渗流耦合数值模型,以高河能源南北翼煤层及瓦斯赋存条件为工程背景,进行高河能源3号煤层水力造穴卸压机制以及增透效果数值模拟研究,其结果表明:造穴半径越大,洞穴周围煤体卸压面积越大,应力集中现象减弱,监测点卸压和渗透率增幅都越明显,瓦斯抽采效果越好;造穴间距越小,洞穴周围煤体卸压面积越大,渗透率增幅和压力降幅越明显,瓦斯抽采效果越好。     

水力冲孔压裂卸压增透抽采瓦斯技术研究

为了提升煤层瓦斯抽采效率,减少矿井瓦斯抽采工程量和抽采时间,讨论了水力冲压卸压增透机制,详细阐述了水力冲压卸压增透技术的工程实施模式,并将该技术应用于贵州新田煤矿煤巷条带瓦斯治理工作中,监测技术实施前后钻孔瓦斯抽采参数,数据分析结果表明:水力冲孔孔洞最大半径在0.23～0.72 m,水力压裂时的煤层破裂压力在13～26 MPa,冲孔后的平均瓦斯抽采体积分数提高了35%左右、瓦斯抽采纯量提高了1.1～5.0倍,冲压一体化作业后,钻场抽采浓度相较于冲孔后提高了0.8倍以上,钻场抽采纯量再次提高了3～5倍,卸压增透效果较为显著。工程试验结果证明水力冲压卸压增透技术能够实现煤层卸压增透,大幅提升煤层瓦斯抽采效率,对矿井安全高效生产有着重要的工程意义。     

煤储层造缝及卸压增透实验研究

煤矿井下瓦斯抽采难易程度取决于煤体渗透性,煤体增透是瓦斯抽采研究的关键之一。以煤岩体加载作用下的渗透率测试实验为前提,揭示了不同结构煤体水力强化的造缝和卸压两种增透机理;提出了硬煤(原生结构煤和碎裂煤)可通过水力压裂造缝提升渗透率,软煤(碎粒煤和糜棱煤)可通过冲孔出煤卸压增透或顶底板围岩水力压裂抽采的两种工艺,从而形成了基于煤体结构的水力强化增透瓦斯抽采技术。现场应用结果充分说明了实验室研究结论的正确性。     

水力造穴增透技术在余吾煤业的应用

余吾煤业所采的3#煤层具有低透气性、瓦斯含量高等特点,为提高顺层钻孔的抽采效率,缩短抽采达标时间,开展了水力造穴增透技术应用。先后对钻孔间距、造穴布置形式、造穴工序、配套设备进行了改进,建立了视频监控煤量验收机制,形成了一套适合余吾煤业的水力造穴技术参数。8个推广地点的应用证明,水力造穴增透技术可大幅度提升巷道钻孔的成孔深度、瓦斯抽采浓度、万米抽采量,实现了高瓦斯煤层的高效抽采。     

五阳煤矿水力造穴周边钻孔应力变化试验研究

五阳煤矿属于高瓦斯矿井,主采3~#煤层为较难抽采煤层,通过多次试验并考虑到塌孔因素,决定在7612掘进工作面应用水力造穴增透技术。通过对比分析水力造穴技术应用前后瓦斯抽采量和周边钻孔应力变化,研究水力造穴对周边煤体的卸压作用。结果表明:在水力造穴钻孔周边1.0～2.5 m处均有较为明显的卸压作用,2.5～3.5 m范围内卸压持续时间、卸压速率、卸压幅度均有所降低,而在3.5 m的范围卸压作用则十分微弱。     

高河能源低渗煤层分段水力造穴增透技术

高河能源3~#煤层属高瓦斯低渗煤层,随着煤层开采强度的增大,单一普通钻孔瓦斯抽采难以快速降低煤层瓦斯含量,采掘接替紧张问题日趋凸显。因此,为提高本煤层瓦斯抽采效率,强化煤层瓦斯抽采效果,有效缓减采掘接替紧张,对本煤层实施了分段水力造穴增透技术。现场试验结果表明,实施分段水力造穴增透技术后,与普通瓦斯抽采钻孔相比,单孔平均瓦斯抽采纯量可增加3～4倍,增透效果显著,但受钻孔倾角影响,水力造穴钻孔抽采瓦斯浓度普遍低于普通预抽钻孔,出现高流量低浓度的瓦斯抽采规律。研究成果可为其它低渗煤层分段水力造穴增透技术实施及相关参数选择提供科学借鉴。     

低透气性高瓦斯煤层钻冲一体化卸压抽采技术研究与应用

为了消除低透气性高瓦斯煤层的突出危险性,以安阳矿区龙山煤矿25051下底抽巷为研究背景,对穿层水力钻冲一体化增透技术的施工工艺及增透效果进行了研究。工业性试验表明,钻冲一体化卸压增透作业可提高煤层的瓦斯抽采效果,从而解决低透气性煤层开采过程中的瓦斯问题。     

水力造穴增透技术在红阳二矿的应用研究

研究了水力射流造穴卸压增透的机理,并在红阳二矿1205运顺底抽巷进行应用。根据现场应用可知:水力造穴可以在煤层中形成可控的松散空间,给煤体流变提供空间,给瓦斯运移提供通道。根据对比结果发现,水力造穴相对于普通密集钻孔,日平均瓦斯抽采量可提高7.72倍,可以大幅度的缩短工作面预抽周期。水力造穴技术是一种适合突出煤层的卸压增透技术,具有较好的应用和推广前景。     

新元煤矿水力冲孔增透技术试验研究

松软低透高瓦斯突出煤层瓦斯含量高、透气性差、突出危险性大、瓦斯抽采效率低、治理难度大,严重制约着安全生产。研究结果表明:采用高效钻冲一体化设备进行水力冲孔造穴可有效解决松软低透高瓦斯突出煤层抽采效率低等问题;气相压裂、水力冲孔造穴联合方案抽采效果较差,现场不宜划分高瓦斯区域和瓦斯异常区域,统一按高瓦斯治理方案执行;确定出煤率为新元煤矿水力冲孔造穴实施效果的考察指标,残余瓦斯含量与出煤率呈负相关,3煤的出煤率不应小于2. 15‰。     

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。     

低透气性煤层群井下增透技术

针对松藻矿区可采煤层透气性差、难于抽采问题,根据矿区煤层赋存特点,试验研究了水力压裂增透技术,形成了保护层开采卸压增透技术和高压水力压裂增透技术相结合的有效增透技术方法。矿区采取保护层开采卸压增透后,使被保护层渗透率增长倍数最高达2.03×104倍。采用高压水力压裂增透技术提高保护层透气性后,水力压裂增透半径可达70 m;增透后平均单孔抽采量提高3~5倍,抽采瓦斯体积分数提高3%~20%。松藻矿区采用这2项增透技术后,实现了低透气性煤层群瓦斯的顺利抽采,同时保证了矿井煤炭资源的安全开采。