水力压裂增透技术在鱼田堡煤矿低透气性突出煤层中的试验研究

为解决鱼田堡煤矿煤层透气性差,单一穿层钻孔、水力割缝等工艺后抽采效果不理想,区域防突措施实施不到位,造成较大空白带问题,在34区-350 m西抽对5~#煤层进行高压水力压裂增透技术试验。通过现场试验确定了适合鱼田堡煤矿5~#煤层的水力压裂工艺,并"反演"出注水压力理论计算公式中ps宜取值为最高泵站压力的10%~15%。水力压裂效果考察分析表明:在水力压裂有效影响范围内煤层平均含水率为原始的2.15倍,煤层平均透气性系数为原始的112倍,瓦斯平均抽采浓度为原始的2.3倍,瓦斯抽采纯量为原始的3.9倍,并通过综合分析瓦斯抽采的浓度、纯量以及含水率、透气性系数等参数得到单孔水力压裂沿煤层走向的有效影响范围为50 m左右。     

肥田煤矿水力压裂增透技术试验

肥田煤矿煤层透气性差,瓦斯含量高,抽采效率低,为了提高煤巷条带穿层钻孔的预抽效果,增加煤层透气性,提出在肥田煤矿103底板瓦斯抽放巷内对9#煤层实施条带水力压裂增透试验。试验结果表明:在经过水力压裂后,煤层透气性系数λ变为原始煤层的2. 3倍,瓦斯平均抽采浓度提高到原始区域煤层平均抽采浓度的1. 39倍,单孔瓦斯抽采纯量较未进行压裂区域提升近1. 24倍。     

突出矿井水力压裂增透技术应用研究

针对煤与瓦斯突出矿井煤层透气性差、瓦斯较难抽采的现状,为提高突出矿井的抽采效果,改善矿井抽掘采衔接紧张的局面,提出采用水力压裂增透技术,结合保安矿现场实际考察应用情况,详细介绍了适用于矿井的水力压裂工艺流程及参数。现场实践表明,水力压裂后,掘进条带区域的煤层瓦斯抽采纯量相比原始未压裂煤体的瓦斯抽采纯量提高1倍以上,煤层透气性系数相比原始煤层透气性系数提高8倍以上。水力压裂技术可精准提高矿井煤层的透气性,增大瓦斯抽采浓度和抽采量,大大缩短了瓦斯预抽时间,可进一步提升瓦斯抽采钻孔的抽采能力,有效缩短抽采达标时间,为采煤工作面本煤层预抽提供了瓦斯抽采空间,解决了矿井抽掘采衔接紧张问题,可为相似地质条件矿井提供参考。     

水力冲孔卸压增透技术在平舒煤矿的应用研究

针对低透气性煤层瓦斯抽采效率低、钻孔施工量大等问题,提出水力冲孔增透技术来改善煤层透气性。通过理论计算、数值模拟及现场试验的方法对水力冲孔增透技术进行研究。结果表明:15109工作面本煤层进行水力冲孔处理后透气性系数增大了22.4倍,抽采半径增大了4倍,瓦斯平均抽采浓度较未经水力冲孔处理的瓦斯抽采浓度提高约3.69倍,抽采纯量提高约11倍,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。     

突出低渗煤层水力压裂增透技术应用研究

针对绿塘煤矿井田区域可采煤层瓦斯含量大、压力高,透气系数低带来煤层瓦斯抽采困难等技术难题,设计采用BZW-200型水力压裂系统进行水力压裂试验,考察压裂前后煤层含水率、瓦斯抽采浓度、瓦斯抽采纯量等参数来检验压裂试验的效果并优化钻孔布置。应用研究表明:水力压裂对于该矿6_中煤层具有显著增透作用,透气性系数提高约25倍;水力压裂试验明显改善了煤层瓦斯基础参数;实施水力压裂后煤层瓦斯抽采浓度及抽采量显著增大,能有效提高瓦斯抽采效率,保证工作面安全回采。     

循环往复式水力压裂技术在顺煤层瓦斯治理中的应用

水力压裂增透是提高煤层瓦斯抽采效率的常用措施之一,在常规水力压裂原理的基础上,提出了循环往复式水力压裂作用于煤层的增透技术,在红阳三矿705回采工作面进行了顺煤层循环往复式水力压裂现场试验。试验结果表明,循环往复式水力压裂与常规水力压裂相比,压裂影响范围及透气性等均得到大幅度提升,同时瓦斯抽采浓度及纯量均得到提高,压裂增透效果改善明显,与原始煤层及常规压裂的瓦斯抽采方法相比,循环往复式水力压裂措施减少了瓦斯抽采钻孔数量,提高了瓦斯抽采纯量总量,提升了瓦斯抽采效率。循环往复式水力压裂技术可以作为改善常规压裂增透效果的一种方法。     

穿层钻孔水力压裂增透防突技术在红阳二矿的应用

对深部矿井红阳二矿瓦斯突出防治中的难题进行了分析,针对井下条件开展了水力压裂增透防突技术研究。对水力压裂钻孔注水量、注水压力、钻孔布孔方式等参数进行了设计,通过考察注水时间、保压效果等参数对水力压裂注水效果,提出了影响水力压裂注水效果的关键因素;通过水力压裂后压裂影响范围内3个关键区域瓦斯抽采量与未压裂区域的对比考察,对水力压裂增透范围和增透效果进行了分析。从增透范围和增透效果看,水力压裂技术提高了煤层透气性,增加了煤层瓦斯抽采量,加快了煤层消突速度,保证了煤矿的采掘接替和安全生产,对相似条件的深部矿井瓦斯突出防治工作具有较好的借鉴作用。     

高应力和构造应力区联合增透抽采技术研究

为了解决矿井高应力和构造应力影响作用下煤层透气性差、钻孔塑性变形垮孔严重的问题,以松藻煤电公司逢春煤矿M7、M8煤层为试验对象,采用水力压裂和水力割缝相结合的方式,对煤层进行增透,以提高瓦斯抽采效率。介绍了穿层钻孔区域防突措施设计方案,开展了水力压裂钻孔、瓦斯抽采钻孔设计以及注水压力、注水量和保压时间等水力压裂工艺参数试验。通过比较水力压裂、水力割缝增透措施结合硬套管封孔技术及普通钻孔瓦斯抽采情况,表明水力压裂和水力割缝后钻孔瓦斯抽采浓度分别提高16%~36%和4%~16%,瓦斯抽采量（纯量）分别提高了6倍和3倍,可为同类地质条件瓦斯抽采提供参考。现场试验结果表明,复杂地质低渗煤层水力压裂—割缝综合瓦斯增透技术在煤层强化抽采中有较好的实际应用价值。     

突出煤层采煤工作面顺层钻孔水力压裂增透技术

为了解决采煤工作面顺层钻孔消突效果不均匀、效率较低等问题,以淮南地区谢桥煤矿低透气性煤层为试验对象,采用顺层钻孔水力压裂技术对煤层进行增透,以提高瓦斯治理效率。介绍了顺层钻孔区域防突措施设计方案,对水力压裂半径进行了考察;开展了水力压裂钻孔及瓦斯抽采钻孔设计,以及注水压力、注水量和保压时间等水力压裂工艺参数试验。水力压裂和未压裂顺层钻孔瓦斯抽采效果对比表明,水力压裂后钻孔抽采平均瓦斯浓度提高54%,平均单孔抽采瓦斯纯流量提高280%,抽采达标时间缩短了1个月;防突效果检验指标均达标,工作面回采期间未出现瓦斯浓度超限现象。     

水力压裂消突技术在低透气性煤层瓦斯治理的应用

为提高低透气性突出煤层瓦斯治理效果,基于水力压裂的低温、高压、瓦斯解吸快等特性,对低透气性煤层进行水力压裂消突增透试验。试验表明:压裂周围形成裂隙发育区,压裂区域抽采效果提升显著,煤层平均含水率增大1.8倍,单孔抽采浓度提高3.12倍,抽采率提高40%~50%。由于增加裂隙发育以及水驱气的双重作用下,抽采半径由原来的的3 m增加到20 m。水力压裂增透消突技术更加安全、高效。     

低透煤层井下重复水力压裂后含水率与瓦斯含量变化规律研究

目前水力压裂技术已广泛用于低透气性区域煤层的消突增透,注水量是水力压裂工艺重要的控制参数,也是决定压裂效果的关键指标,但是如何准确定量一直是水力压裂技术的难题。以探讨井下低透煤层水力压裂后含水率与瓦斯含量的变化规律为出发点,在平煤股份十二矿低透煤层开展了重复水力压裂增透及效果考察试验,通过详细分析考察孔的含水率和瓦斯含量,获得了压裂后煤层含水率、瓦斯含量及其关系规律,并初步确定了水力压裂区域有效注水量临界值。研究表明:压裂后煤层含水率的变化规律与瓦斯含量相反,含水率增幅较大的区域瓦斯含量降幅较小,含水率增幅较小的区域瓦斯含量降幅较大;含水率小于3%的区域瓦斯含量平均较低且差值较小,而含水率大于3%区域的瓦斯含量平均较高且差值较大;由此判断水力压裂区域有效注水量最高为含水率3%。研究结果可为低透煤层水力压裂泵注量的计算、压裂后煤巷安全高效的掘进与抽采钻孔的优化提供参考。     

冲压一体化联合增透技术在软煤层瓦斯治理中的应用研究

针对单项水力化增透措施存在一定缺陷及软煤层存在着瓦斯治理难等问题,在分析水力冲孔及水力压裂作用于煤层的基础上,将水力冲孔及压裂对软煤层进行联合增透,并得出一套施工工艺流程,将该技术应用于红阳二矿西三下部采区1202工作面,现场试验表明：试验区域经过水力冲孔压裂后,瓦斯含量及瓦斯压力明显降低,透气性系数得到大幅度提高,增透效果明显,并且对三个区域进行瓦斯抽采情况对比,冲压一体化增透区域单孔瓦斯抽采浓度、纯量均高于对比试验考察区域,并且连续接抽200余天,瓦斯纯量抽采总量上亦明显占优。从中可以说明,冲压一体化为软煤层现场瓦斯治理提供了新思路。     

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。     

水力压裂影响范围数值模拟研究

为了对水力压裂措施压裂煤层裂缝的起裂效果在直观上有一个感性的认识,采用RF-PA2D-Flow软件对平煤集团十矿己15-31010工作面进行数值模拟。模拟软件清晰地展现了水力压裂时裂缝的起裂、扩展和延伸的过程,并且通过对抽采孔和压裂孔孔间距分别为5、6、7 m时进行数值模拟,模拟结果表明:煤体经水力压裂后,透气性发生了明显的变化,透气系数增大到4～6倍左右,最高能增大到近10倍,增透效果明显,另外还表明:在煤体硬度、水压、钻孔直径等因素一定的条件下,水力压裂的影响范围是一定的。     

松软煤层穿层钻孔超高压水力压裂技术研究及应用

为了增大煤层透气性,提高煤层的瓦斯抽采效率,保障工作面的安全生产,在N3704西瓦斯巷设计了穿层钻孔超高压水力压裂实施方案,并对压裂效果进行初步考察。结果表明,通过在7号煤层进行煤岩合层压裂,得出压裂后瓦斯抽采纯量效率提高10倍以上,煤层由难以抽采煤层、可抽煤层变为易抽采煤层,煤层透气性系数提高50倍以上|同时,7号煤层在埋深750m条件下,水量达109.72m3时,压裂之后的抽采半径可以达到50～70m,提高瓦斯抽采效率,改善由于瓦斯制约而不利于生产的被动局面。     

基于坚硬煤层条件的顺层钻孔增透技术研究

为了解决低透气性坚硬煤层顺层钻孔抽采影响范围小、抽采效果差等问题,分析了坚硬煤层高压水射流破坏过程,采用数值模拟的方法研究了超高压水射流环形割缝卸压增透机制,研制了新型超高压水力割缝成套装置,并现场考察了坚硬煤层煤巷条带顺层钻孔超高压水力割缝应用效果。结果表明:采用超高压水力割缝后,坚硬煤层透气性提升约20倍,钻孔平均抽采瓦斯纯量提高2.0~2.5倍,抽采达标时间缩短67%以上,月掘进速度提高约50%,掘进期间无瓦斯异常现象,实现了坚硬煤层煤巷条带安全、快速掘进。     

气相压裂增透技术强化煤层瓦斯抽采效果的研究

针对高瓦斯低透煤层瓦斯抽采效果差、抽采成本高、抽采时间长等问题,通过应用气相压裂增透技术来强化煤层的瓦斯抽采效果,实验和现场测试分析压裂前后煤样的孔隙裂隙基本参数变化情况,明确增透强化的机理。结果表明:气相压裂煤层孔容和比表面积均以大孔为主;在不同吸附平衡压力和粒径下,压裂煤层的扩散系数随着时间的延长减小的幅度存在差异;气相压裂后煤层孔隙裂隙基本参数都呈现增大的趋势,有利于缩短瓦斯扩散路径,提高瓦斯扩散系数;气相压裂后,钻孔有效抽采半径、煤层透气性系数和渗透率分别提高了2.1~4.3倍、54~96倍和7.54~30.40倍,从而判定压裂煤层由原始难抽采煤层转化为易抽采煤层,气相压裂增透强化瓦斯抽采效果明显。