碎软低透煤层底板梳状长钻孔分段水力压裂增透技术研究

针对碎软低渗煤层成孔难、瓦斯抽采浓度及流量衰减速度快、抽采有效影响半径小、达标期长等问题。以千米定向长钻孔为基础,结合自主研发的分段水力压裂成套装备,提出了底板梳状长钻孔分段水力压裂强化增透技术并开展了碎软煤层典型矿区工程应用试验。研究结果表明:①实现了一次性裸眼分5段压裂增透施工,累计注水量达到2 865 m~3,最大注水压力达17.18MPa;②压裂增透后,煤层透气性系数增加至压裂前的16.63倍,钻孔瓦斯流量衰减系数降低至压裂前的7.6%,最大压裂影响半径达60m,与普通穿层压裂钻孔相比,采用底板梳状长钻孔分段水力压裂后钻孔抽采浓度提高了12.8倍,瓦斯日抽采纯量提高了2.53倍;③压裂增透过程可分为"高压注水通道打开—煤层起裂—周期性明显破裂"3个阶段。保压阶段孔内压力具有"快速下降—缓慢降低—平衡不变"的变化特征。④分析认为压裂增透过程可分为"高压注水通道打开—煤层起裂—周期性明显破裂"3个阶段变化。分段水力压裂增透过程中,通过高压注水作用下,周期性携带离散煤颗粒形成封堵带,压裂段循环增压,形成多点段三维立体裂隙网络。将压裂增透区域划分为紊流区、渗流区、过渡低渗及扩散区,通过卸压裂隙带的渗流及扩散和高压水的甲烷置换作用,加速瓦斯解吸和增大瓦斯裂隙运移通道,实现碎软煤层瓦斯增透高效抽采。     

碎软低透突出煤层定向长钻孔整体水力压裂高效增透技术

针对碎软低透突出煤层增透范围小、衰减速度快、抽采有效周期短等问题,以阳泉矿区15#煤层为研究对象,分析了长钻孔压裂增透机理,提出与煤层定向长钻孔相结合的煤矿井下长钻孔整体压裂增透技术。结合自主研发的整体压裂装备和工艺技术,实现了压裂钻孔的快速、稳定封孔,一次性压裂段孔长202 m的整体水力压裂施工,累计注水量2865m~3,最大泵注瞬时流量57.75 m~3/h,最大注水压力14.8 MPa。检测结果表明:压裂增透施工后,煤层透气性系数提高了4.88倍,最大影响半径达到了60m,流量衰减系数降低至压裂前的0.13倍,瓦斯含量降低至原始含量的0.55倍,实现了增透范围大、抽采时效长的瓦斯抽采效果,为碎软低透突出煤层强化增透和井下瓦斯高效抽采提供了技术保障。     

低透煤层水力压裂增透技术应用

为了提高低透高突煤层瓦斯抽采效率,达到快速消突的目的,提出了水力压裂优化技术,主要包括采用了大流量、高压力的水力压裂成套设备;优化了压裂钻孔的封孔技术;改进了水力压裂的施工工艺,将压裂过程中注水压力设计成逐渐升高过程,并对改进后的压裂技术进行增透效果考察。试验结果表明:通过对水力压裂进行优化后,压裂的影响半径可达60m;相同抽采条件下,瓦斯抽采纯量与增透前相比平均提高了2.2倍,与采用普通水力压裂相比平均提高了1.3倍;煤层透气性系数提高了6.0倍,达到了提高瓦斯抽采效率和快速消突的目的。     

低渗透性煤层均匀水力压裂增透技术研究

针对井下煤层裂缝数量少且分布不均匀问题,提出了均匀水力压裂增透技术,即预先对煤层进行深孔爆破作业,制造出大量预裂缝,再运用水力压裂技术进行增透。基于流体力学与岩石损伤力学,分析了预裂缝存在前提下水力压裂增透机理及均匀水力压裂原理。运用ABAQUS模拟软件首先模拟了传统水力压裂主裂缝随注水水压的发育情况,并对不同注水水压条件下水力压裂裂缝与深孔预裂裂缝相交程度进行模拟。同时在马堡煤矿15号煤层二采区15205工作面开展工业试验,并且选取现场煤样进行扫描电镜试验,在宏观和微观上对比均匀水力压裂与传统水力压裂增透效果。结果表明：水力压裂裂缝与预裂缝的相交程度受注水水压影响,在水压p=24MPa时充分相交;运用均匀水力压裂增透技术后,煤层透气性显著提高,试验组观测孔的初始瓦斯涌出量是对照组的3.19倍,瓦斯含量的衰减强度降低了71.6%;与传统水力压裂技术相比,煤体经过均匀水力压裂技术增透后,裂纹数量更多且分布均匀,煤体损伤程度大。模拟与工业试验的结果均证明：均匀水力压裂增透技术能极大地提高煤层透气性,提高瓦斯抽采效率,与传统水力压裂相比增透效果更佳。     

低透气性煤层水力压裂增透技术应用

 针对大兴煤矿煤层透气性差、瓦斯抽采效率低、钻孔施工量大等问题,提出了水力压裂增透技术。研究了水力压裂增透机理,分析了水力压裂提高煤层透气性的过程。结合理论研究与现场经验,进行了高压钻孔密封,确定了工艺参数,完成了现场实施。应用效果证明：实施水力压裂后,水力压裂孔及影响区域内瓦斯抽采孔保持了较高的抽采水平,相对于普通抽采孔瓦斯抽采量提高了7.2倍,水力压裂影响区域内煤层透气性系数提高了79~272倍。     

高瓦斯低透气性煤层水力压裂增透技术研究

为提高中兴煤矿松软煤层透气性,有效解决传统钻孔瓦斯抽采难题,通过现场工业试验及瓦斯抽采效果对比相结合的方法,对2号松软煤层水力压裂增透技术及工艺进行了研究。结果表明：水力压裂方案实施后,煤层透气性提高明显,瓦斯抽采浓度、流量分别增幅3.6倍、2.7倍,抽采巷风排瓦斯量平均降低0.68m³/min,减幅27%,水力压裂可有效提升煤层瓦斯抽采效率。     

低透气性煤层水力压裂卸压增透技术

针对新景煤矿3#煤层瓦斯含量高、抽采效率低的难题,提出水力压裂技术。阐述了水力压裂增透技术的作用机理,分析了压裂后煤层透气性及抽采效果,结果表明:水力压裂增透技术在低透气性突出煤层能起到明显的增透、降尘作用,水力压裂影响区域内煤层透气性提高了26倍,煤层走向上的影响半径可达到40~60 m,达到了增大煤层透气性、提高瓦斯抽采效率的目的。     

潘北矿分段水力压裂增透技术研究

在潘北矿开展了分段水力压裂增透技术试验,通过设计分段水力压裂钻孔组与未采取水力压裂的考察钻孔组进行对比试验研究,结果表明:采用了分段水力压裂钻孔组其关键指标参数远高于未采取水力压裂的考察钻孔组,试验取得了预期效果,极大地有利于矿井的瓦斯治理。     

深部低透气性煤层水力压裂强化增透技术研究

利用数值模拟计算与现场工程技术试验相结合的方法,系统的研究了在底板抽采巷实施水力压裂技术对煤层的强化增透效应与效果;研究获得了水力压裂过程中裂隙发育规律、应力重新分布规律以及渗透系数变化规律,分析获得了增透范围,并利用现场工程技术试验的方法进行了验证。将数值模拟效果应用于工程实践,实现了煤层瓦斯的高效抽采,在压裂后的1个月里,压裂区瓦斯抽采纯量达到未压裂区的3.6倍,抽采达标时间与未压裂区相比缩短了近40%,实现了煤层的长时间增透和瓦斯高效抽采。     

低透气突出煤层水力压裂增透技术应用研究

针对低透气性突出煤层瓦斯难以抽采的问题,在压裂机理研究的基础上,提出定向水力压裂增透技术并对影响裂隙定向扩展的因素进行分析.将该技术应用于平顶山矿区现场试验,结果表明,水力压裂前平均百米钻孔瓦斯流量为8.15×10<'-4>m<'3>/min,压裂后10 d内流量达到2.241×10<'-2> m<'3>/min,是压裂前的27.5倍,该技术对低透气性突出煤层起到均匀卸压作用,消除了煤与瓦斯突出危险性.     

东保卫矿低透气性煤层水力压裂增透技术研究

针对东保卫煤矿开拓延伸进入深部开采区域,主体煤层面临瓦斯升级,而煤层低透气性造成瓦斯抽采效果不佳技术难题,通过国内增透技术对比分析,结合该矿实际条件,提出水力压裂增透技术,并确定具体技术参数,通过现场工业试验取得较好的效果,具有推广应用价值。     

豫西“三软”煤层水力压裂增透技术研究

水力压裂卸压增透技术是提高单一、低渗、高突煤层煤巷掘进工作面瓦斯抽采效率、降低其突出危险性的有效方法之一。通过理论分析、数值计算、数理统计等方法,对豫西"三软"煤层水力压裂后瓦斯抽采浓度、流量、起裂压力和裂缝形态等进行了研究。结果表明:水力压裂技术具有较好的增透效果,裂缝形态及起裂压力受地应力控制,该研究在相似瓦斯地质条件的矿区有良好的推广应用价值。     

煤层定向分段水力压裂增透装置应用试验研究

煤层定向分段水力压裂技术是增加煤层透气性的有效方法,通过介绍定向分段水力压裂增透技术的基本原理,在实验室内试验了考察所研制的分段水力压裂关键装置的特性,并在淮南潘四东煤矿进行了现场工业试验,结果表明:高压封孔胶囊具有良好的膨胀性和抗收缩性,封孔效果良好,注水器的端堵扭矩在现场应用中应设定在3 N·m以上,13-1煤层的起裂压力在28～30 MPa,单段压裂10 m距离所用的时间为1 h,耗水量10～13 t,压裂时间和耗水量均远小于全孔段水力压裂工艺;实施定向分段水力压裂增透措施后,煤层的平均瓦斯体积分数提高了1.72～3.04倍,平均混合流量提高了2.00～4.04倍,平均日抽采量提高了2.94～10.87倍,能够有效增加煤层透气性。     

“三软”低透气性难抽煤层水力压裂增透技术研究

"三软"低透气性煤层抽放钻孔施工过后,钻孔抽放周期短、抽放浓度衰减快、瓦斯抽放量低一直是困扰煤与瓦斯突出矿井的一个难题,为解决这一难题。大平矿在21121底板抽放巷采取了水力压裂增透卸压技术,通过几个月以来的观测,对水力压裂影响区域及未采取水力压裂措施区域抽放浓度进行对比分析,采取水力压裂措施后,能够有效增加钻孔的透气性,使钻孔抽放浓度衰减时间增长,瓦斯抽放量得到大幅提高,并且在水力压裂过后,施工其余钻孔期间,钻孔的产尘量明显降低。     

“三软”低透气性难抽煤层水力压裂增透技术研究

"三软"低透气性煤层抽放钻孔施工过后,钻孔抽放周期短、抽放浓度衰减快、瓦斯抽放量低一直是困扰煤与瓦斯突出矿井的一个难题,为解决这一难题。大平矿在21121底板抽放巷采取了水力压裂增透卸压技术,通过几个月以来的观测,对水力压裂影响区域及未采取水力压裂措施区域抽放浓度进行对比分析,采取水力压裂措施后,能够有效增加钻孔的透气性,使钻孔抽放浓度衰减时间增长,瓦斯抽放量得到大幅提高,并且在水力压裂过后,施工其余钻孔期间,钻孔的产尘量明显降低。     

低透气突出煤层水力压裂增透试验研究

针对赶家桥矿煤层单一、松软、透气性差、穿层钻孔预抽效果不好的实际,借鉴石油水力压裂技术,通过压裂增透,提高煤层的透气性,以达到抽采消突目的。本文主要介绍了水力压裂试验在该矿+200m水平首采区试验时的试验孔布置与施工、压裂设备选择和试验效果考察等。试验证明,穿层水力压裂后的钻孔瓦斯抽采浓度提高90个百分点,抽采纯量提高30倍,钻孔工程量减少80%以上,瓦斯治理时间与抽采达标时间均大幅缩短,取得了较好效果。     

低透气性煤层水力压裂增透数值模拟研究

针对高瓦斯低透气性煤层抽采率低下、钻孔工程量大及抽采周期长的难题,提出水力压裂卸压增透技术。借助RFPA2D-Flow软件模拟分析了压裂时压裂孔附近煤体从发生破裂、裂隙裂纹的生成演化、扩展延伸到最终贯通的完整过程,得到钻孔附近煤体的裂隙裂纹演化规律。通过在斜沟煤矿18205材料巷实施水力压裂现场试验,发现当水压升高至16MPa时有效影响半径为7m,试验结果与模拟结果基本一致;水力压裂影响范围内煤层的透气性系数提升14倍,瓦斯抽采浓度提高了4.43倍,抽采纯量提升了9.62倍,抽采效果显著提高。     

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.     

本煤层钻孔水力压裂增透技术研究

为了解决五阳煤矿煤层瓦斯含量高、煤层透气性低、瓦斯抽采效率低下的问题,在7806上巷进行了水力压裂增透现场试验,对本次压裂选择合适的配套设备,对水力压裂的工艺流程进行合理的分析说明,提出了一种新型的封孔方法"倾斜布袋式带压封孔技术"。该封孔技术满足压裂孔的封孔质量标准;对2号孔进行了重复压裂,对于3号孔进行了一次压裂,压裂后2号钻孔自然瓦斯流量是压前的3.79倍,瓦斯流量衰减系数降低56.65%,煤层透气性系数为压前的5.69倍,3号钻孔瓦斯流量是压前的3.57倍,瓦斯流量衰减系数降低69.04%,压后煤层透气性系数是压前的5.08倍;最后确定了本次水力压裂半径不小于11.7 m。