井下水力压裂钻孔封孔技术研究与实践

针对平顶山矿区突出煤层井下高压水力压裂的具体情况,研究适应各种情况的耐高压组合封孔技术,优化有机和无机材料组合封孔工艺.在井下水力压裂钻孔封孔的实际操作过程中,密封效果非常明显.研究结果对有效提高井下水力压裂封孔成功率具有重要的指导意义.     

东大煤矿水力压裂技术工艺与现场实验

为降低东大煤矿3号煤层瓦斯突出危险性,采用水力压裂技术强化瓦斯抽采效果。通过理论分析与数值模拟探究水力压裂裂缝扩展机理,并分析了压裂时间与注入量对裂纹扩展规律的影响。结果表明：水力裂缝的起裂压力约为4 MPa,实施水力压裂技术后,瓦斯抽采体积分数提高了3.05倍,抽采流量提高了2.95倍,瓦斯抽采纯量提高了11.7倍。     

新义煤矿水力压裂试验与效果分析

新义矿是煤与瓦斯突出矿井,煤层构造发育齐全,煤厚变化较大,破坏严重,构造煤全层发育,煤层松软,煤层透气性差,瓦斯预抽困难,抽放钻孔成孔质量较差。为提高抽放效率,确保煤巷安全快速掘进,通过水力压裂增透技术试验,取得了较好效果,达到了预期目的,为新义煤矿探索出了有效的瓦斯治理方案。     

新型耐高压钻孔密封方法试验研究

针对高压水力压裂、高压注水等卸压增透措施中封孔困难的问题,在分析现有封孔方法不足的基础上,提出了一种耐高压钻孔密封方法.通过进行实验室模拟钻孔试验和现场工业性试验,得出新型耐高压钻孔密封方法具备很高的抗压强度和优异的封孔性能,可显著提高高压水力压裂、高压注水钻孔的封孔成功率,保证卸压增透措施的实施效果.     

水力压裂技术在煤矿瓦斯治理方面的应用

为了提高煤层的透气性,改善瓦斯抽采效果,许多煤矿对水力压裂技术进行了研究和应用实践。介绍了水力压裂技术原理及工艺,分析了该技术的煤体增透、改变煤体强度、平衡地应力等多重效应。通过实施水力压裂技术,平煤十矿单孔瓦斯抽采时间由原来的7~9d延长到80多d,单孔瓦斯抽采量最大提高120多倍;神火集团梁北矿"三软"煤层单孔瓦斯抽采浓度由4.4%提高到95.0%,瓦斯抽采总量由237.9m3/d提高到1404.4m3/d;贵州六枝工矿2372机巷、1470中巷实施10次水力压裂后,瓦斯抽采时间大幅延长,抽采效率明显提高,消突效果达到预期目标。     

煤矿井下水力压裂安全保障体系研究

为了提高井下水力压裂技术的安全保障能力,以系统工程原理为指导,从施工危险等级划分、区域定向卸压、施工组织管理、多重安全综合防护和突发事件应急救援5个环节构建了井下水力压裂五位一体安全保障体系,有力的保障了水力压裂的安全顺利进行。     

渝阳煤矿高压水力压裂技术石门揭煤分析

石门揭穿突出煤层瓦斯突出严重,安全威胁大、耗时长,严重制约矿井安全生产的同时影响正常采掘部署。针对这一现状,在渝阳煤矿N3704中部二号上山揭煤中采用高压水力压裂技术,使煤岩体产生新的裂隙通道,从而提高煤层透气性;解决了渝阳煤矿深部水平因煤层埋深较深、地应力大、瓦斯含量大、瓦斯压力大、煤层透气性差造成的瓦斯抽采难,石门揭煤工作耗工耗时、突出危险性大等问题。     

煤矿井下水力压裂增透抽采机理及应用研究

通过借鉴地面水力压裂技术的成功模式,研究了煤矿井下水力压裂增透抽采机理,针对单一、低渗高突煤层的特点,研发了一套井下压裂增透抽采技术及装备,并进行了工业性试验。应用效果表明：通过井下对煤体进行水力压裂,中平能化十矿24110工作面煤层渗透率提高了800倍,单孔瓦斯抽放量提高了120倍;鹤壁六矿2115运输巷掘进期间水力压裂后突出危险性效检指标超标率显著下降,瓦斯体积分数普遍降到临界值0.8%以下,大幅降低了煤与瓦斯突出危险性。     

钻孔角度对水力冲孔效果影响的试验研究

为了研究钻孔角度对水力冲孔效果的影响,采取试验研究的方法在中马村矿27001底板回风巷开展水力冲孔试验,利用冲煤量统计、瓦斯抽采量检测、数据分析等技术手段,研究了同等条件下不同角度钻孔的冲煤量及瓦斯抽采效果,结果表明水力冲孔冲煤量及瓦斯抽采效果随钻孔角度的减小而增大;获得中马村煤矿水力冲孔钻孔最佳单位冲煤量:大角度孔(50°及以上)的单位冲煤量为1~1.5 t/m,小角度钻孔(50°以下)单位冲煤量为1.5~2 t/m。     

煤岩体水力压裂过程视电阻率响应实验

为了探索水力压裂半径的有效考察手段,进行了小尺度煤岩体水力压裂过程视电阻率响应实验。分析了水力压裂过程视电阻率响应原理,建立了水力压裂视电阻率响应实验系统,在此基础上,研究了水力压裂过程煤岩体视电阻率的响应特征规律。研究表明,由于压力水的参与以及煤岩体自身结构的破坏能够引起内部电流场分布状态的改变,引起了煤岩体视电阻率的变化;水力压裂实验中,煤岩体视电阻率具有较好的响应,水力压裂影响区域煤岩体视电阻率会出现显著变小的现象;视电阻率在空间上的分布不是均匀的,试样不同位置的视电阻率在时间上的演化也不是同步的,视电阻率的响应与煤岩体内部裂隙及压力水的分布及演化密切相关。     

煤矿水力压裂耐高压水力封孔器的研制

介绍了水力压裂消突技术在煤矿突出煤层中的应用并进行了分析研究。阐述了研制的水力压裂耐高压水力封孔器的结构特点和工作原理。该水力封孔器具有结构简单,封孔可靠,注水压力高,可重复利用等优点。     

水力压裂技术在成庄煤矿低透气性突出煤层的应用及效果

为了解决成庄煤矿高瓦斯含量、低透气性煤层在开采过程中遇到的瓦斯难以抽采的问题,在该煤矿进行了水力压裂现场试验并优化钻孔布置,定量分析水力压裂的影响范围及效果。结果表明：采用水力压裂技术后的煤层透气性系数提高了26.3倍、煤层内瓦斯压力降低了53.5%,消除了煤与瓦斯突出的潜在危险,同时瓦斯抽采纯流量及其抽采浓度也有了大幅度的提高。通过优化钻孔布置,有效降低了成庄煤矿的瓦斯治理成本。     

“三软”突出煤层穿层钻孔水力压裂增透抽采瓦斯技术研究

告成煤矿为煤与瓦斯突出矿井,其主采二1煤层为突出煤层,且较难抽放。为有效解决低透气性突出煤层瓦斯治理难题,开展了穿层钻孔水力压裂增透抽采瓦斯技术研究。研究表明:穿层钻孔水力压裂可显著提高煤层透气性,并使瓦斯抽采浓度及纯量大大增加,有效解决了低透气性煤层瓦斯难以抽采的问题,可作为高瓦斯矿井、突出矿井瓦斯治理的常规手段之一。     

动载作用下的混凝土水力劈裂试验研究

针对现有水力劈裂试验中密封装置采用环氧树脂胶存在的密封强度不够、密封装置改变了混凝土材料力学参数的缺点,研发了一种新型的密封装置。密封装置由夹板、夹子和硅胶板3部分组成,其中硅胶板延展性较好,可适应较大的水压变形。首先进行有无密封装置的对比试验,论证了新型密封装置对混凝土断裂参数的改变较小;然后进行不同加载速率下的水力劈裂试验,得到了裂缝扩展路径上的水压分布规律。结果表明,CMOD相同时动载作用下裂缝扩展路径上相同位置的水压较静载时要小。     

水力压裂技术在王行庄煤矿的应用

针对王行庄矿二1煤层透气性、瓦斯预抽率低等问题,提出了水力压裂增透技术,分析了水力压裂增加煤层透气性机理,确定了水力压裂工艺及参数,并在二1煤层11091运输巷进行了水力压裂技术试验。结果表明:实施水力压裂后,煤层瓦斯平均抽采浓度提高了5.3倍,瓦斯抽采量提高了6.1倍,提高煤层透气性和瓦斯抽采率的效果较理想。     

割缝钻孔水压致裂增透过程的数值模拟

利用岩石破裂过程渗流-应力耦合分析系统RFPA2D-Flow,对比分析了单孔和割缝钻孔水力压裂失稳破裂过程。结果表明:割缝钻孔预制缝槽转移集中应力达到卸压效果,诱导高压水流沿缝槽形成主裂隙向外扩展,有效削弱煤岩的强度和整体性达到水压致裂增透的效果;水压致裂裂隙路径的粗糙度和不规则展布受围岩非均匀性的影响十分显著。     

水力压裂对煤层应力影响的实验研究

为了研究水力压裂过程中注水压力和周围煤层应力的变化规律,在实验室开展了相似材料模拟实验,结果表明：注水压力的增加、煤体破裂的速度均受地应力影响,地应力越大,注水压力越大、煤体破裂的速度越慢;距注水孔半径75 mm圆形区域内为钻孔水力压裂实验的卸压范围,注水后煤体应力往深部方向转移;裂隙以水力压裂孔为中心,沿半径方向延伸分为3个等级,即半径40 mm圆形区域内裂隙范围最大,40~65 mm圆环区域裂隙范围次之,65~80 mm圆环区域裂隙范围最小。根据实验结果,在小庄煤矿40201工作面开切眼以内200 m区域进行现场应用,抽采瓦斯浓度相比常规抽采提高了20%,钻孔抽采瓦斯流量相比常规抽采提高了40%。     

瓦斯抽采钻孔封孔用新型胶体材料性能及其封堵效果

为了改善煤层瓦斯抽采效果,其关键在于改进钻孔的密封方法。针对本煤层顺层瓦斯抽采钻孔,研制了以粉煤灰为基料,辅以纤维素类增稠剂、树脂、膨胀剂、保水剂、超细水泥和表面活性剂的新型胶体材料,通过实验确定新型胶体材料的黏度、膨胀性和密封性能,在煤矿现场以每4个近水平本煤层顺层钻孔为1组进行对照实验,对比常规水泥砂浆、聚氨酯和新型胶体材料的封堵效果。结果表明,传统封孔方式密封钻孔30 d后抽采瓦斯浓度(甲烷体积分数)均在10%以下,而采用新型胶体材料封孔的可达到40%以上。采用新型胶体材料封孔技术的钻孔,其抽采瓦斯浓度和流量明显高于常规封孔方式,并且当钻孔发生变形后可进行二次补浆,实时封堵钻孔产生的新生裂隙,有利于煤矿瓦斯高效持续抽采。