水力致裂增透技术在瓦斯抽采中的应用

为提高煤层的透气性,提高瓦斯抽放效果,采取水力致裂增透技术,分析了水力致裂钻孔的设计参数,通过对水力致裂前后的基础参数测试、瓦斯抽采浓度及抽采量的数据对比分析得出:水力致裂钻孔的有效控制半径为25m左右,在有效半径范围内,瓦斯抽放效果较好。     

煤层瓦斯抽采效果影响因素分析及技术对策

根据瓦斯抽采理论和现场实践,分析认为煤层瓦斯非稳定流场、低渗透性、封孔气密性、钻孔塌孔、孔内瓦斯流动状态和钻孔布置参数等是影响钻孔瓦斯抽采效果的主要因素,基于以上影响因素,系统总结了提高钻孔瓦斯抽采效果的技术途径为:煤层开采卸压、煤层致裂增渗(包括预裂爆破、CO2爆破、水力压裂)、扩大钻孔影响半径(提高钻孔直径、水力割缝、水力扩孔、水力冲孔等)、采用新型封孔工艺、改善钻孔瓦斯流动状态(合理负压分布、下筛管等)和优化钻孔布置参数等。     

乌兰煤矿8~#煤层瓦斯抽采钻孔有效半径考察分析

瓦斯抽采是防治煤矿突出瓦斯灾害事故的根本措施,而防突钻孔的有效抽采半径是影响瓦斯抽放效果最主要的参数之一。以乌兰煤矿为背景,通过现场测定与理论分析研究瓦斯抽采钻孔有效抽采半径,得出了不同水平煤层抽采半径与抽采时间的关系,确定了瓦斯抽采钻孔的有效抽采半径,为瓦斯抽采钻孔的合理布置提供科学依据,提高了防突措施的有效性。     

水力压裂增透技术在瓦斯抽采中的应用

为了提高低透气性突出煤层的瓦斯抽采量,达到抽采消突的目的,在李子垭南二井进行了水力压裂增透技术现场试验,对水力压裂技术在高瓦斯、低透气性突出煤层中的运用效果进行了试验考察,并分析了水力压裂煤体致裂增透机理.试验结果表明:对煤层进行钻孔水力压裂后可有效提高煤层的透气性和钻孔瓦斯抽采效果,压裂前后钻孔瓦斯自然流量提高127.6倍以上,水力压裂钻孔在煤层走向方向上的影响半径可达50m以上.     

底抽巷穿层钻孔液态CO2相变致裂增透技术研究

为了提高松软、低渗煤层的瓦斯抽采效率,采用底抽巷穿层钻孔进行了液态CO2相变致裂试验。结果表明：煤层经历致裂后,致裂钻孔直径明显增大,瓦斯抽采影响半径为10m左右|钻孔瓦斯纯流量和瓦斯浓度均得到大幅提升,虽然每次致裂后期呈现一定程度衰减,但依然维持较高水平|与水力冲孔措施相比,液态CO2相变致裂后的前期增透效果更佳|液态CO2致裂不仅增强了煤层瓦斯抽采效率,也提高了矿井掘进速度,具有显著的安全和经济效益。     

阳煤集团新景矿3~#煤抽放半径考察

抽放半径是瓦斯抽放钻孔布置的基础参数,以阳煤集团新景矿3#煤层为背景,通过分析瓦斯抽放有效半径的测试原理及方法,采用了压降法进行试验研究,为瓦斯抽采设计提供了科学依据,从而提高瓦斯抽放的效果。     

穿层钻孔瓦斯抽采半径效果考察研究

钻孔间距是影响瓦斯抽放效果的重要因素,钻孔间距过大,在抽放范围内容易形成抽放盲区,达不到消突的目的,钻孔间距过小,容易造成人力、物力的浪费。采用压降法进行瓦斯抽采半径考察,得出瓦斯有效抽放半径结论。通过该项目确定:(1)C23、C25煤层穿层瓦斯抽采钻孔有效有效半径,从而确定我矿井C25煤层顺槽预抽条带钻孔的抽采有效半径;(2)确定需要抽采的各煤层各项瓦斯参数,通过实地测定计算得出。根据得出的各项参数(煤层的透气性系数、瓦斯含量等)计算出理论的瓦斯抽采半径;(3)最后确定实际的瓦斯抽采半径。     

马堡煤矿15号煤层水力压裂增透技术研究

针对马堡矿15号煤层瓦斯含量高、煤层透气性差、钻孔施工量大、瓦斯抽采率低等问题,提出以15108综放工作面为试验地点进行水力压裂增透试验来增加煤层透气性。通过对水力压裂增透技术原理的研究,分析了水力压裂试验流程,确定了试验设备仪器、压裂工艺参数,最终成功完成了水力压裂试验。并通过对注水压力的变化分析和试验前后抽采效果的对比,总结得出通过对煤层进行水力压裂,可大幅度提高煤层透气性和钻孔瓦斯抽采效果、增加煤层瓦斯抽采半径、缩短抽采周期,有效解决马堡矿瓦斯治理难题。     

平行层理方向钻孔有效半径测试研究

为优化抽放效果、提高抽采效率,在理论分析的基础上,探索煤层钻孔瓦斯压力和瓦斯流量变化关系,得到钻孔平行层理方向瓦斯压力分布图,提出预测抽采钻孔有效影响半径的方法。以上社煤矿实际情况为例,先进行瓦斯抽采半径的压降测定,为避免多个测压孔之间相互影响,仅打一抽放孔和一测试孔,并用流量法对有效半径进行验证。     

本煤层分段水力造穴钻孔抽采半径考察试验研究

针对本煤层分段水力造穴钻孔抽采半径定义不明确、难以确定的问题,以古城煤矿3号煤层为背景,开展本煤层分段水力造穴钻孔抽采半径考察现场试验研究,结合不同试验钻孔的瓦斯抽采流量现场监测,运用瓦斯储量法考察了本煤层分段水力造穴钻孔和普通钻孔的抽采半径,获得了不同类型试验钻孔的抽采半径时变规律以及本煤层分段水力造穴对瓦斯抽采半径的扩大作用。结果表明:①在相同抽采时间内,前进式本煤层分段水力造穴钻孔和后退式本煤层分段水力造穴钻孔的抽采瓦斯纯量平均值分别是普通钻孔的3.08倍和3.79倍,抽采半径分别是普通钻孔的2.14～5.62倍和2.58～5.88倍,本煤层分段水力造穴钻孔能够显著提高钻孔瓦斯抽采纯量,有效扩大钻孔瓦斯抽采半径,且后退式本煤层分段水力造穴钻孔的扩大作用更加显著;②普通本煤层抽采钻孔和本煤层分段水力造穴钻孔的瓦斯抽采半径均具有时变特性,即抽采半径随着抽采时间的延长而相应扩大,并逐渐趋于某一极限值;抽采240 d后,普通钻孔的抽采半径基本达到极限,60 d内仅增长了0.01 m左右,钻孔瓦斯流量逐渐衰竭,而本煤层分段水力造穴钻孔的抽采半径仍能随时间延长而有效增长,瓦斯流量仍保持稳定,说明本煤层分段水力造穴钻孔的有效抽采时间和钻孔抽采寿命比普通本煤层钻孔更长。     

液态CO2相变致裂对抽采有效半径影响的试验研究

针对轿子山煤矿M9煤层渗透率低、瓦斯含量高、压力大等特点,将液态CO_2相变致裂技术应用于本煤层增透工程试验。从多角度探究了CO_2相变致裂增透原理,通过分组对比试验,重点考察致裂孔不同施工顺序、不同装液量对有效抽采半径的影响。结果表明:预抽时间相同时,先施工辅助钻孔致裂时会提供更多的裂隙通道,应力波传播时阻力降低更多,从而使瓦斯抽采有效半径更大;预抽时间90d内致裂孔瓦斯抽采有效半径与装液量呈正相关,预抽时间在90～150d时,在构造应力作用下,钻孔变形大,装液量越多的致裂孔瓦斯抽采有效半径越小;致裂后钻孔瓦斯抽采有效半径是普通孔的3.6～4.2倍,单孔抽采瓦斯纯流量平均增加2.9～5.8倍,瓦斯抽采浓度增加2.3～3.1倍,瓦斯有效预抽时间缩短65%以上。研究结果可为瓦斯抽采钻孔的合理布置提供参考依据。     

液态CO_2相变致裂影响有效抽采半径试验研究

为掌握液态CO_2相变致裂对有效抽采半径的影响规律,在确定有效抽采半径评价指标的基础上,采用分组试验方法对CO_2相变致裂前后的有效抽采半径进行了测定,得出了液态CO_2相变致裂对有效抽采半径的影响参数。研究结果表明:采用液态CO_2相变致裂技术对煤层进行爆破致裂后,瓦斯运移速率提高,使煤层瓦斯压力加速下降,在相同的抽采时间下,CO_2致裂后煤层的有效抽采半径较未致裂的煤层扩大约1 m。达到相同有效抽采半径1、2、3 m,CO_2致裂后的煤层所需预抽时间较未致裂的煤层分别缩短了15、29、47 d,瓦斯抽采效率平均提高43%。CO_2致裂前期对瓦斯抽采效率的提高作用明显,随着抽采时间的延长,致裂增透作用不断减弱直至消失,即CO_2相变致裂对提高煤层透气性存在一个极限影响范围。     

液态CO2相变爆破技术布孔参数优化研究

瓦斯抽采是防止瓦斯灾害最常用的技术手段之一,为了解决高瓦斯低渗透煤层抽采难、抽采效果不好的技术难题.采用液态CO2相变爆破增透技术,通过理论分析、数值模拟计算、工业试验,研究了液态CO2相变爆破增透技术致裂区裂纹扩展延伸规律,采用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件模拟分析了单孔爆破有效影响半径范围,研究了钻孔间距、致裂器间距及致裂器布置方式对致裂效果的影响,将模拟得到的抽采参数在三元煤矿1312采区进行瓦斯抽采试验,对比爆破前后的瓦斯涌出量及煤层透气性系数.研究结果表明:爆破后钻孔瓦斯涌出量衰减强度降低了77.3％,煤层透气性提高为原来的45倍.液态CO2爆破钻孔布置参数优化后,可使煤层增透效果更佳,从而提高瓦斯的抽采效率,在高瓦斯低渗透煤层卸压增透方面起到了积极作用.     

穿层钻孔预抽煤层瓦斯水力增透关键技术研究

由于我国煤矿煤层透气性低,原始煤层预抽煤层瓦斯效果差,抽放时间长,为提高低透气性高瓦斯突出煤层的瓦斯抽采效果,在振兴二矿11031下副巷底抽巷对比非增透区试验考察了水力冲孔增透区、水力冲孔+压裂增透区预抽瓦斯效果。试验结果表明,实施水力增透措施后,有效扩大了钻孔抽采瓦斯影响半径,提高了煤层的透气性,增加了瓦斯抽采量,区域瓦斯治理效果明显。     

基于瓦斯含量的相对压力测定有效半径技术

针对现有煤层瓦斯有效抽放半径测定方法实用性差的问题,基于瓦斯压力和瓦斯含量的抛物线方程关系,推导出瓦斯压力变化与瓦斯抽采率的关系,发明了基于瓦斯含量的相对压力测定有效半径技术。利用瓦斯压力随抽放时间的变化情况确定煤层瓦斯抽放半径与抽放时间的关系,进而确定抽放钻孔间距、抽放时间等抽放参数,避免了在设计抽放钻孔过程中出现抽放空白带和钻孔的无效重叠,提高了煤层瓦斯的抽采率。     

水力压裂瓦斯驱替机理研究及工程实践

针对西部某矿松软低透煤层,以含瓦斯煤层水力致裂裂隙内流场为研究对象,基于现场试验,结合理论分析等方法研究了低透气性煤层水力致裂裂隙内流场驱替机理。结果表明:水力压裂技术能够有效提高煤岩体的透气性及钻孔瓦斯抽采效果。     

煤层底板穿层钻孔水力冲孔技术的应用及效果考察

采用底抽巷穿层钻孔水力冲孔卸压增透措施,可以有效增强煤层的透气性、扩大抽采半径和提高瓦斯抽采效果。基于水力冲孔卸压增透原理,对郑州矿区振兴二矿突出煤层实施底板穿层水力冲孔,考察水力冲孔前后瓦斯抽放浓度、煤层透气性和瓦斯流量衰减系数等的变化。试验结果表明:单孔平均瓦斯抽放浓度在水力冲孔后为11.02%,较未采取增透措施时的2.14%,提高了4倍;煤层透气性系数在采取措施后提高了39倍;瓦斯流量衰减系数则减小了近3倍。同时运用压力法测得该矿水力冲孔有效抽放半径为10 m。     

某矿相邻钻孔预抽瓦斯耦合效应数值模拟分析

为分析瓦斯抽放钻孔布置方式对瓦斯的耦合效应,以某矿3#煤层为例,结合Comsol Multiphysics软件对单孔抽采影响半径、相邻钻孔耦合抽采影响半径进行了数值解算,根据钻孔内瓦斯压力随抽采时间的变化规律,确定了瓦斯钻孔抽采影响半径,可为确定合理的瓦斯抽放钻孔参数提供参考。     

底位巷水力冲孔有效影响半径考察及治理效果研究

底位巷水力冲孔是以岩柱作为安全屏障,在上覆所保护的煤层中冲出一定量的煤体,形成一个孔径较大的孔洞,其卸压影响半径比常规抽放钻孔半径要大几倍。通过对首山一矿水力冲孔有效影响半径及治理效果的考察,水力冲孔有效抽放半径比常规抽放半径增加了1.1倍以上,水力冲孔钻孔单孔流量大幅度提高,相同时间内瓦斯抽放量是未采取水力冲孔的抽放钻孔瓦斯抽放量的4倍,水力冲孔瓦斯治理效果显著,解决了常规穿层钻孔预抽煤层瓦斯的不足。     

急倾斜煤层切槽定向致裂瓦斯高效抽采技术研究

由于急倾斜煤层地质条件与开采工艺的特殊性,在采用水平分层开采方式时下部卸压煤体释放的大量瓦斯流向回采工作面造成安全问题。为了治理急倾斜煤层综采工作面底部煤体瓦斯的威胁,降低急倾斜煤层底部煤体瓦斯流向回采工作面的浓度,提出了将水射流割缝与高压水力压裂相结合,形成切槽定向致裂增透急倾斜煤层底部区域煤体的瓦斯高效抽采技术。在神新集团乌东煤矿北区+500 m水平45号煤层东翼南巷40—400 m至上分层+525 m水平进行了工程试验研究。讨论与分析了急倾斜煤层切槽定向致裂瓦斯高效抽采技术的增透原理与工艺流程,制定了详细的现场工程试验方案,优选出了适用于急倾斜煤层切槽定向致裂瓦斯高效抽采技术的整套工艺技术装备。研究结果表明:采用切槽定向致裂瓦斯高效抽采技术增透急倾斜煤层回采工作面底部煤体瓦斯富集区域后,切槽定向致裂钻孔在注水压力为20 MPa条件下的瓦斯抽采纯量较普通瓦斯抽采钻孔提升了6.7倍,割缝钻孔瓦斯抽采纯量较普通瓦斯抽采钻孔提升了3.0倍;增透直接扰动半径约为6 m,70 d的抽采时间内影响半径已达到8 m以上。研究结果表明应用此技术治理急倾斜煤层回采工作面底部煤体瓦斯效果明显,有效保障了上分层回采工作面的安全生产。