肖家洼煤矿液态CO_2预裂增透技术试验研究

为了提高肖家洼煤矿的瓦斯抽采效果,提出采用液态CO_2致裂煤层增透技术对原始煤体进行预裂增透的方法。研究结果表明:肖家洼煤矿爆破孔的间距为4 m时,煤层的爆破效果最理想;煤体预裂后钻孔百米钻孔瓦斯流量平均为0. 026m~3/(min·hm),同比原始钻孔的百米钻孔瓦斯流量0. 013m~3/(min·hm)提高了2倍;致裂增透后钻孔的平均抽采量比致裂前钻孔抽采量提高了2. 4倍。     

基于井下水力压裂强化抽采瓦斯技术应用研究

针对车集煤矿煤层透气性较差,采用常规的抽采方法抽采效率低的问题,在2706上巷车场进行了水力压裂卸压增透强化抽采瓦斯现场试验,考察压裂前后瓦斯参数的变化。试验结果表明:压裂前的煤层透气性系数为0.5822 m~2/(MPa~2·d),压裂后为7.3030 m~2/(MPa~2·d),提高了12倍以上,使钻孔瓦斯流量衰减系数大大减小,通过分析对比,水力压裂使车集煤矿由难抽煤层变为可抽煤层,大大减弱及消除了煤与瓦斯的突出危险性。     

煤矿井下长钻孔水力压裂技术研究

为了实现煤矿井下长钻孔的有效大规模压裂,结合中马村矿羽状长钻孔施工情况,采用HTB500型水力压裂泵组进行重复水力压裂试验,并使用大地电场岩性探测仪对水力压裂有效范围进行探测。试验结果表明,抽采瓦斯纯量由压裂前几近为0增大至739.8 m3/d;抽采体积分数由0增大为44.1%~99.9%;煤层透气性系数由压裂前的3.2~4.0 m2/(MPa2·d)增大至25.6~44.8m2/(MPa2·d);压裂有效范围以压裂孔为中心呈不对称形式展布,长度沿钻孔延伸方向达370 m,宽度为30~60 m。     

屯兰煤矿高瓦斯煤层液态CO_2增透技术的试验研究

为了改善屯兰煤矿的瓦斯抽采效果,采用液态CO_2预裂技术对原始煤体进行预裂增透。研究结果表明:液态CO_2预裂技术对原始煤体增透后,预裂钻孔百米钻孔瓦斯流量平均为0.029 m~3/(min·hm),相比于未预裂钻孔的百米钻孔瓦斯流量0.01 m~3/(min·hm)提高了3倍;预裂钻孔平均抽采量为0.061 3 m~3/min、而未预裂钻孔抽采量仅为0.023 m~3/min,预裂钻孔抽采量比未预裂钻孔抽采量提高了2.66倍。     

应用水力压裂技术提高单一低渗煤层瓦斯抽采效果

针对单一低渗煤层瓦斯抽采困难的问题,提出采用水力压裂技术压裂煤层增大其透气性,提高瓦斯抽采效果。以鹤壁中泰矿业33071抽放巷为试验点,考察了压裂前后百米钻孔瓦斯流量、瓦斯抽采浓度、抽采流量等参数变化情况。试验结果表明:百米钻孔瓦斯流量提高了1.80～2.68倍,单孔抽采浓度和流量比压裂前分别增大了7.5倍和95倍,煤层透气性系数增加了9～18倍,衰减系数减小了210%～280%。     

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。     

井上下联合抽采瓦斯技术的研究及应用

为了解决低渗透煤层工作面瓦斯突出问题,提出了井上下联合抽采瓦斯技术,并将这一新的瓦斯治理技术在寺河矿进行了工业性试验。由第一阶段的压裂效果可以看出,压裂后最高瓦斯抽采量为8.82m~3/min,平均瓦斯抽采量为5.38m~3/min,折算每米每天的瓦斯抽采量为56.07m~3/(d·m),压裂后每米每天瓦斯抽采量是参照孔的4倍;由第二阶段的压裂效果可以看出,抽采期间的平均瓦斯抽采量为17.01m~3/min,折算每米每天瓦斯抽采量为62.88m~3/(d·m),每米每天瓦斯抽采量是参照孔的23.55倍,效果非常显著。     

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。     

定向顺层钻孔“钻-冲-护”一体化增透技术试验

针对松软低透煤层瓦斯抽采钻孔塌孔严重、瓦斯抽采效果差、抽采达标周期长、抽掘采衔接紧张等问题,基于现有装备,提出了定向顺层钻孔"钻-冲-护"一体化低透煤层高效促抽瓦斯技术,该技术在长平煤矿实践表明:大功率定向钻机施工煤段长度达到340 m,煤段水力冲孔后总返煤量260.46 t,扩孔孔径φ0.87 m。对冲孔方式进行考察,发现回转冲孔方式和交叉冲孔方式效率优于水平冲孔方式。未采取下筛管工艺抽采钻孔平均瓦斯浓度为25.05%;全程下筛管护孔抽采钻孔平均瓦斯浓度为49.10%,一体化工艺下抽采钻孔百米瓦斯纯流量比普通钻孔水力冲孔护孔后抽采钻孔百米瓦斯纯流量提高了约11倍,瓦斯流量衰减系数降低了9.4%。瓦斯抽采浓度提高约2倍,百米抽采瓦斯纯量由0.08 m³/min增至0.94 m³/min,瓦斯抽采效果明显,保障了矿井的安全高效生产。     

千米深井高瓦斯煤层W-S-W水力压裂强化增透试验研究

水力压裂是增加煤岩体透气性的有效方法之一,针对深部水力压裂存在的问题,提出了"水-砂-水"(W-S-W)水力压裂强化增透技术,以千米深井高瓦斯煤层为研究背景,开展了W-SW水力压裂强化增透试验和常规水力压裂试验,并对增透效果进行了考察。结果表明:煤体的非均质性和孔隙裂隙分布的非均匀性导致了煤体非对称性增透,在水力压裂的作用下裂缝的扩展演化是递进循环式的,并依次经历了能量缓慢增长、微裂隙萌生、局部损伤破坏、裂缝迅速扩展、裂缝网络循环扩展演化5个阶段。高压水对煤体内部结构产生切割,形成一种高压水驱动裂隙弱面不断扩展、延伸的连锁效应,并使支撑剂(砂)楔入到裂缝端部,抑制了裂缝的闭合,增加了煤体的透气性。采用W-S-W水力压裂强化增透区域煤层的百孔抽采量最高达1.2 m~3/min,平均百孔抽采量与瓦斯体积分数分别为0.77 m~3/min,52%,与常规水力压裂区域的平均百孔抽采量0.44 m~3/min和瓦斯体积分数31%相比分别提高了0.75倍、0.68倍,与未压裂区域的平均百孔抽采量0.32 m~3/min和瓦斯体积分数24%相比分别提高了1.4倍、1.2倍,W-S-W水力压裂强化增透区域煤层的百孔抽采量与瓦斯体积分数均具有明显的峰值阶段,且稳定抽采阶段可持续45 d以上,瓦斯抽采时效性明显,实现了千米深井高瓦斯煤层大范围增透和长时高效抽采瓦斯。     

基于底抽巷的上向水力压裂增透试验研究

为解决高瓦斯煤层透气性低、瓦斯抽采难度大、抽采时间长等问题,依据淮南潘三煤矿11-2煤及1232(1)底抽巷的地质条件,开展了基于底抽巷的上向水力压裂增透试验。结果表明:增透区域抽采60 d,平均抽采瓦斯浓度达59%,提高了1.36倍;百米抽采瓦斯纯量最高达1.25 m~3/min,平均百米抽采瓦斯纯量为0.68 m~3/min,提高了1.12倍,取得了明显的增透效果,提高了瓦斯抽采率,减少了瓦斯抽采时间。     

特厚煤层定向长钻孔水力压裂瓦斯抽采技术及应用

为解决大佛寺煤矿特厚煤层透气性和瓦斯赋存差异性较大而导致的矿井抽掘采接替问题,提出“分段压裂延展裂隙+整体压裂沟通网络”的定向长钻孔水力压裂技术,通过增加煤层渗透性来提高矿井瓦斯抽采效率,并在40103工作面进行工程应用试验。共完成4个定向长钻孔分段水力压裂施工,累计压裂工程量2 190 m,最大泵注压力17.83 MPa,累计压裂注水量4 535 m³,总压裂时间10 853 min。相比于未压裂的预抽钻孔,压裂后瓦斯抽采浓度提高了2.20～4.22倍,百米抽采流量提高了4.93～11.03倍。试验结果表明,通过水力压裂后煤层渗透特性增加,瓦斯抽采效果显著提升,初步证实了长钻孔水力压裂强化瓦斯抽采技术的适用性,为彬长矿区的矿井瓦斯高效抽采提供了技术支撑。     

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。     

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。     

碎软煤层井下多点定向长钻孔水力压裂技术

针对低透气性碎软煤层普遍存在的瓦斯抽采效果差的技术问题,研究了多点定向长钻孔水力压裂高效瓦斯抽采技术,探讨了碎软低透气性煤层的水力压裂增透机理;在施工多点定向长钻孔、井下水力压裂快速封孔装备的基础上,进行了煤矿井下水力压裂现场试验;分析了压裂过程中参数变化规律,提出了水力压裂影响范围、压裂效果和瓦斯抽采效果评价方法,并进行了效果考察。结果表明:该技术提高了井下水力压裂封孔效率和施工质量,改善了试验区域的煤储层参数,水分提高了4.31倍,透气性提高了4.88倍;水力压裂影响范围沿钻孔径向影响范围50~60 m;沿着钻孔轴向最大影响范围约40 m。压裂后连续抽采233 d累计抽采纯瓦斯量为25.14×10~4m~3,日最高抽采量3 077.41 m~3/d,瓦斯含量降低了34.67%。     

煤层水力压裂增透技术研究与应用

为了解决坦家冲煤矿2264-1N-S采煤工作面回风巷瓦斯浓度频繁超限问题,提高本煤层钻孔瓦斯抽采率,降低煤与瓦斯突出危险性,提出采用水力压裂增透技术提高煤层透气性.通过对压裂孔周围煤体环向拉应力进行分析,结合环向最大拉应力理论,计算得到煤体裂纹起裂临界水压为15.7 MPa.采用研制出的水力压裂设备进行现场试验后表明:单孔瓦斯抽采流量及抽采浓度均有明显提高,且煤层瓦斯流量衰减系数较低.     

斜沟煤矿液态CO_2相变致裂增透技术试验研究

为了提高斜沟煤矿的瓦斯抽采效率,提出采用液态CO_2预裂增透技术对原始煤体进行预裂爆破。研究结果表明:斜沟煤矿18205工作面爆破孔的合理间距为7 m;钻孔爆破后,预裂钻孔百米钻孔瓦斯流量平均为0.029 m~3/min·hm,相比于未预裂钻孔的百米钻孔瓦斯流量0.01 m~3/min·hm0.0613 m~3/min、而未预裂钻孔抽采量仅为0.023 m~3/min,预裂钻孔抽采量比未预裂钻孔抽采量提高了2.66倍。     

煤矿井下水力压裂增透抽采技术的研究与应用

瓦斯预抽增透一直是瓦斯治理工作的瓶颈,为了解决这一难题,提出水力压裂增透技术,分析了水力压裂增透技术的原理、水力压裂设备及钻孔布置工艺。在潘一煤矿32321底板巷开展了A组煤水力压裂增透试验,试验表明:压裂区域钻孔抽采半径为原始煤体的2倍;单孔瓦斯预抽纯量为原始煤体的3.5倍;煤层预抽达标时间缩短了51.6%;压裂有效影响半径倾向上达50 m,走向上达70 m,压裂后抽采半径走向上12 m,倾向上10 m,比原始抽采半径5 m增大1倍。     

煤矿井下大直径定向钻进技术在水力压裂中的应用

为了解决碎软、低透气性煤层水力压裂非定向顺层钻孔成孔率低、成孔后易塌孔导致钻孔堵塞和非定向穿层钻孔有效孔段短的问题,提出了将煤矿井下底板穿层梳状定向钻进技术与水力射流冲孔技术相结合的增透方案,形成一套适应煤矿井下水力压裂的大直径定向钻进技术。现场应用结果表明：该技术既解决了成孔率低和成孔后塌孔导致的钻孔堵塞的问题,又解决了钻孔有效距离短、压裂后影响范围小造成的瓦斯抽采效果差问题|抽采最大浓度平均为5.22%,抽采流量平均为4.60m3/min,日均瓦斯抽采量平均值334.81m3/d,与普通穿层钻孔抽采数据对比,压裂增透后钻孔瓦斯抽采流量提高约5.23倍。对该矿区碎软煤层条件下的瓦斯强化抽采具有较强的指导意义。     

煤矿井下大直径定向钻进技术在水力压裂中的应用

为了解决碎软、低透气性煤层水力压裂非定向顺层钻孔成孔率低、成孔后易塌孔导致钻孔堵塞和非定向穿层钻孔有效孔段短的问题,提出了将煤矿井下底板穿层梳状定向钻进技术与水力射流冲孔技术相结合的增透方案,形成一套适应煤矿井下水力压裂的大直径定向钻进技术。现场应用结果表明：该技术既解决了成孔率低和成孔后塌孔导致的钻孔堵塞的问题,又解决了钻孔有效距离短、压裂后影响范围小造成的瓦斯抽采效果差问题|抽采最大浓度平均为5.22%,抽采流量平均为4.60m3/min,日均瓦斯抽采量平均值334.81m3/d,与普通穿层钻孔抽采数据对比,压裂增透后钻孔瓦斯抽采流量提高约5.23倍。对该矿区碎软煤层条件下的瓦斯强化抽采具有较强的指导意义。