煤岩复合体水力压裂裂缝穿层扩展实验研究

为进一步研究煤岩复合体水力压裂过程中裂缝的穿层扩展规律,开展了真三轴煤岩复合体水力压裂实验,通过改变应力差、压裂管的布置方向及注水点位置来比较裂缝的扩展效果和起裂难度。研究结果表明：水压裂缝的扩展方向受制于最大主应力,当最大水平主应力与最大垂直应力接近时,裂缝沿应力的合力方向扩展;应力差的增大有利于水压裂缝的穿层扩展,且穿层后的扩展距离增大,而对初始起裂压力和时间的影响较小;裂缝由岩层扩展进入煤层后,压裂压力会出现骤降与二次抬升,多数声发射事件位于煤层;若穿层失败,压力表现为持续波动。此外,在岩层中以垂直于交界面的方向布置压裂管,注水起裂点设在岩层中起裂难度较低,且穿层扩展后在煤层中形成的裂缝渗流通道较为完整,为工程中煤层增渗与顶板致裂卸压的应用提供理论基础。     

煤岩体水力压裂动态演化物理模拟试验研究

为了掌握煤体水力压裂过程中压裂孔附近应力场、水压力场的时空演化规律,利用多场耦合煤层气开采物理模拟试验系统进行试验研究。试验结果表明:水力压裂全过程可以分为4个阶段,分别为应力积累阶段、微破裂发育阶段、裂缝失稳扩展阶段、破裂后阶段;在水力压裂过程中压裂孔径向应力会发生显著变化,而平行于压裂孔方向的应力变化不明显,且在裂缝扩展范围内距离压裂段越远的位置发生应力升高的时间越晚;水力压裂过程中水压力场的演化与裂缝的发育、扩展有着密切的联系,水压力等值线更倾向于沿着裂缝扩展的方向发展,且水压力等值线沿最大主应力方向的扩展速度明显大于沿中间主应力和最小主应力方向的扩展速度,表明水力压裂裂缝主要沿最大主应力方向扩展。     

松软低透气性煤层水力压裂增透瓦斯抽采技术研究

为解决松软低透气性煤层瓦斯抽采难度大、效率低的难题,以新景煤矿3^#煤层为研究对象,采用PFC^2D颗粒流数值模拟软件和控制变量法,研究不同注水流量和压裂时间对煤层水力压裂半径、裂缝最大开度和裂缝数目的影响。研究结果表明：松软低透气性煤层水力压裂半径、裂缝最大开度和裂缝数目与注水流量和压裂时间均呈幂函数形式增长。基于松软低透气性煤层的特点,引入压裂液效率,得到了压裂半径、裂缝最大开度和裂缝数目的修正计算公式。基于新景煤矿3^#煤层实际工程地质条件,在南五底抽巷进行了现场水力压裂试验。试验结果表明：当泵注压力为20~25 MPa、注水量为90~100 m³时,水力压裂半径约为50 m;水力压裂区域煤层透气性系数、平均抽采瓦斯浓度、百米巷道瓦斯抽采量和单孔平均抽采瓦斯纯流量分别为未压裂区域煤层的22.0、2.2、2.4、2.7倍,为新景煤矿3^#煤层水力压裂参数选取和瓦斯抽采设计提供了技术指导。     

水力压裂增透技术在南桐煤矿的应用研究

为探索低渗煤层的瓦斯抽采增产关键技术,提高瓦斯抽采效率,缩短抽采达标时间,针对南桐煤矿瓦斯治理中的难题,开展了煤矿井下水力压裂增透抽采瓦斯技术研究。研究结果表明:水力压裂可在煤层中形成一组沿最大主应力方向延伸、最小主应力方向张开的径向张性裂缝,明显提高煤层的透气性;南桐煤矿K2煤层最大破裂压力为32.0MPa,选择压力为38.0MPa的设备工况进行压裂,单孔平均压入水量400m3左右;-325m7511工作面压裂后钻孔平均每米抽采贡献量是传统工艺的49倍,减少了预抽钻孔工程量,降低了成本,提高了瓦斯抽采效果。     

顶板虚拟储层水力压裂物理模拟试验

针对单一低渗松软煤层,采取顶板虚拟储层水力压裂的方式可实现煤层增透。利用多场耦合煤层气开采物理模拟试验系统,开展了顶板虚拟储层水力压裂物理模拟试验。试验结果表明:通过在顶板及煤层中布置压力传感器,可以较好地监测水力压裂过程中煤层及顶板虚拟储层中裂缝的开裂扩展演化过程;顶板虚拟储层水力压裂一方面对煤层产生卸压作用,另一方面压裂裂缝沿钻孔向煤层方向扩展并形成裂隙缝网,煤层瓦斯可通过裂隙缝网扩展至顶板虚拟储层钻孔,增加了瓦斯渗流通道,有效提高了煤层瓦斯抽采效率。     

定向水力压裂工作面煤体应力监测及其演化规律

为研究水力压裂的机理和评价压裂效果,采用空心包体应变计,对水力压裂前后钻孔附近煤层应力的变化,及水力压裂实施后,随着工作面推进,前方煤层应力的变化进行了监测。通过分析监测数据,得到以下应力演化规律与结论：① 水力压裂前后,在压裂钻孔附近煤层中的主应力增量值、倾角和方位角均会出现突变。突变程度与至压裂孔的距离、水压、裂缝扩展方式及煤层力学性质等多种因素有关;压裂后主应力增量得到恢复,但比压裂前均有所降低,水力压裂可改变煤层的应力状态。②顶板压裂后,再受到工作面采动影响,煤层垂直应力增加,水平应力有降低的趋势,但采动引起的主应力增量变化幅度远小于压裂引起的变化,而且采动对主应力增量的倾角和方位角的影响不大;水力压裂可使顶板来压强度降低,工作面超前支承压力的影响减弱。③ 晋城王台铺煤矿坚硬顶板综采工作面进行水力压裂后,顶板的整体性和强度得到弱化,工作面采动影响减弱,顶板能够紧随工作面推进及时垮落,说明水力压裂效果良好。     

水力裂缝经层面时扩展方向及孔压变化规律分析

在坚硬顶板水力压裂工程中,为使水力裂缝更易穿过岩层层面,增大水力裂缝在顶板内的扩展范围,通过理论计算分析了水力裂缝经层面时扩展方向变化的影响因素,并采用ABAQUS数值模拟软件,建立了基于Cohesive单元的水力裂缝经过层面时裂缝扩展二维模型,分析在不同地应力条件和与层面夹角下,水力裂缝经层面时的扩展方向和孔内压力变化规律。结合益东煤矿1109工作面不同钻孔角度下压裂时孔压监测数据,对模拟结果进行验证。研究结果表明：水力裂缝穿过层面一般与垂直于层面方向应力、逼近角、层面摩擦因数有关;垂直于层面方向应力越大,水力裂缝越易穿过岩层层面;在其他条件一定时,水力裂缝逼近角α与穿过层面所需最小垂直应力S_y存在二次关系,且逼近角在70°左右时,水力裂缝最易直接穿过天然裂缝;若水力裂缝沿天然裂缝转向,则液压会有明显二次下降现象。     

水力压裂技术在野川煤矿初次放顶中的应用

针对野川煤矿3^#煤顶板岩层与工作面初采特点,分析顶板岩层水力压裂的分层弱化与初次垮落特点。通过观察基本顶及老顶岩层结构和强度,确定水力压裂钻孔长度和单孔压裂次数。研究结果表明:采用S孔和L孔分别多次压裂方法可有效弱化、分层顶板,顶板分层、分区域、分次及时垮落,保证工作面初采安全;压裂钻孔间距10 m,水压10~20 MPa。与爆破强制放顶方法相比,水力压裂初次放顶法更为安全、环保、健康、友好。     

煤矿井下定向钻孔水力压裂岩层控制技术及应用

水力压裂技术在煤矿坚硬、完整顶板岩层弱化及高应力巷道卸压方面得到越来越广泛的应用。以陕西曹家滩煤矿特厚煤层综放开采工作面、特厚稳定顶板岩层为工程背景，开展了顶板岩层地质力学测试、可压性试验，水力裂缝扩展理论分析及三维数值模拟，提出井下工作面定向钻孔区域水力压裂顶板层位、压裂钻孔布置与参数确定方法及压裂工艺。在井下进行了工业性试验和系统的地面微震实时监测，获得了顶板水力压裂裂缝空间展布特征。同时，进行了液压支架工作阻力，工作面周期来压步距及持续距离，来压动载系数及顶板岩层破断能量监测与分析，综合评价了水力压裂效果。初步建立了集压裂层位确定与参数设计，井下定向钻孔压裂工艺与装备，水力裂缝空间展布监测与压裂效果综合评价为一体的煤矿井下定向钻孔水力压裂成套技术。井下试验结果表明：在曹家滩煤矿井下地应力状态下（最小主应力为垂直应力），水力裂缝以水平裂缝为主，沿钻孔两侧扩展平均距离为80 m左右，有效弱化了工作面范围内上覆坚硬、完整顶板，实现了区域顶板改造。压裂区域工作面强矿压显现显著减弱，确保了工作面安全生产。最后，分析了水力压裂存在的问题，展望了技术发展方向。     

煤矿井上下联合抽采瓦斯关键技术研究及应用

为解决煤矿井下压裂增透效果较差难以高效抽采瓦斯的问题，提出了煤矿井上下联合抽采瓦斯的模式，建立了基于地面井与井下钻孔抽采的方法；利用地面老井和井下钻孔通道，形成了一套长距离、多拐弯、大排量及可携砂的地面压裂井下对接技术。获得了水力压裂裂缝破裂扩展规律，给出了不同条件下煤层水力压裂裂缝形态，得到了压裂半径理论计算公式。提出了井上下联合地面井位置优选原则，给出了基于井上下联合的水力压裂设计方案。在寺河矿开展了井上下联合2个压裂孔的增透抽采试验，试验结果表明：1^#压裂孔累积抽采量为50.31万m³,2^#压裂孔的顺层考察孔2和顺层考察孔3抽采瓦斯纯量分别为238.35万m³和129.29万m³，压裂孔及对比考察孔抽采效果分别提高6.34倍、43.8倍及31.37倍，压裂后平均抽采量比原始钻孔提高33.14倍，压裂后煤层具有较好的增透抽采效果。实现了井上下联合抽采瓦斯，对于同类型的矿井具有较好的指导价值。     

煤矸石中炭的浮选回收利用研究

对某堆存煤矸石中残存的煤(固定碳品位为28.92%)进行了系统的浮选实验研究(矿物学分析、磨矿细度试验、浮选药剂试验,以及开路、闭路流程试验),重点考察了常用3种调整剂(石灰、硅酸钠及六偏磷酸钠)对该煤矸石中煤浮选精矿品位和回收率的影响,最终获得固定碳可作为动力原煤使用,大大提高了该煤矸石的利用价值,实现了煤矸石的资源化利用。     

司马矿选煤厂浮选尾煤中回收精煤的研究

针对司马矿浮选尾煤灰分低,且销售价格低、销售不畅、占用大量工业场地等问题,对浮选尾煤的特性进行充分分析的基础上,综合现有先进选煤工艺分析比较,给出司马选煤厂尾煤回收的建议。     

配煤入洗选煤厂中煤炭发热量的预测研究

发热量是动力煤主要计价指标;对于单一矿区的煤,可通过测量煤炭灰分、水分预测发热量。但配煤入洗时煤质特性不均一,难以简单地建立模型预测。本文基于配煤入洗中的发热量可加性原则,分别建立单一煤炭的发热量预测模型,然后根据配煤比例加权平均获得最终公式,从而利用灰分、水分等指标预测配煤产品发热量。     

高低硫煤配煤系统技术改造

针对辛置洗煤厂入洗高低硫煤人工配煤,准确度低,不及时,经常出现精煤硫分波动,造成销售损失,提出改造配煤系统方案.改造后,保证了配煤硫分达到要求指标(＜10 %).     

煤炭转化中的煤炭液化技术

随着社会、经济的快速发展,在未来几十年内中国的石油消费量将大大增加,石油供应的缺口将越来越大,中国作为富煤贫油的国家,采用液化技术是实现煤炭高技术转化和实现煤炭工业可持续发展的重要途径。     

煤与瓦斯(CO2)突出矿井揭煤技术

介绍了海石湾矿井借鉴煤与瓦斯防突技术,实现煤、气、油共生突出矿井上山安全揭煤的方法。     

超化矿西煤场平煤器的改造

随着矿井的不断升级改造,原平煤器已满足不了生产需要,针对平煤器的特点进行了液压、电控改造,改造后的平煤器自动化程度较高,使用效果较好。     

榆木桥煤田聚煤古构造及含煤性

通过聚煤古构造的研究,分析了影响榆木桥煤盆地含煤段形成时的控制作用,探讨了含煤段与含煤性及煤田构造形态与聚煤古构造的关系,对煤矿开采及煤田外围普查、预测具有指导作用。     

火石咀煤矿选煤厂选煤工艺设计

分析了火石咀煤矿选煤厂的煤质及可选性,对选煤厂整体工艺系统进行了分析,确定采用块煤斜轮重介+中块原煤三产品旋流器重介+末煤不入洗的工艺流程,并对各工艺特点进行了详细分析,经过生产实践,表明该流程具有灵活性强,流程简便、生产环节少,分选效果好等特点。     

强化煤质管理 提高煤炭质量

杏花煤矿通过建立严格的煤质管理机制,实行三级煤质管理体系,制定整改措施,加强井下采、掘段队煤质管理,增加综合煤炭回收率,提高煤炭质量,提高洗煤产品回收率,增加了企业收入,树立了企业产品品牌。