大直径长钻孔定向水力割缝增抽瓦斯技术及应用

针对低透气性煤层瓦斯抽采量少,抽采时间长,煤层整体卸压增透效果差等问题,提出了大直径长钻孔定向水力割缝增透技术。以吉宁煤矿2107胶带运输巷为研究背景,分析了水力割缝增透机理,采用大直径长钻孔技术实现钻孔间煤体定向水力压穿,形成贯穿裂隙并通过高压水携带出大量煤屑,实现煤层卸压和增加煤层透气性。研究结果表明:采用水力割缝后平均抽采流量是普通钻孔的5.5倍,割缝孔平均瓦斯抽采纯量是普通孔平均瓦斯抽采纯量的8.06倍,平均浓度提高33.92%,水力割缝有效增加了煤层透气性,提高了瓦斯抽采率。     

低透气煤层超高压水力割缝与水力压裂联合增透技术

为了解决矿井瓦斯预抽中存在的问题,提高矿井瓦斯抽采利用效率,杜绝瓦斯灾害事故发生,以新集二矿瓦斯预抽工艺为研究背景,针对矿井采掘接替紧张、煤层透气性差、瓦斯抽采率低等技术难题,提出了超高压水力割缝与水力压裂联合增透技术。基于岩石力学与流体力学理论,分析了超高压水力割缝与水力压裂联合增透机理。并采用数字模拟方法研究确定了沿槽缝延伸方向,缝槽至煤体深部依次形成破碎区、塑性区、弹性区及原岩应力区,被冲割煤体受高压水射流剪、割应力作用影响,原岩应力区向煤体深部转移,煤体渗透率增大。得出水力压裂钻孔布置在超高压水力割缝形成的塑性区范围内能够达到较好的增透效果,并设计了超高压水力割缝与水力压裂一体化联合增透技术工艺:割缝水压为95～100 MPa,旋转水尾转速为40 r/min,割缝间距为1.0～1.2 m,单刀冲割时间为12 min;水力压裂钻孔直径为95 mm,并采用100 mm的钻孔洗扩装置冲、扩钻孔。通过在新集二矿2201采区220108底板巷2号上钻场的应用结果显示:超高压水力割缝与水力压裂协同增透技术能够明显改善煤层透气性,瓦斯抽采30 d以后,协同超高压水力割缝钻孔平均瓦斯抽采纯量为普通钻孔的10.3倍;协同水力压裂钻孔平均瓦斯抽采纯量为普通钻孔的6.4倍,且能够持续保证较高流量和浓度的瓦斯抽采效果。     

水力割缝增透技术在石门揭煤中的应用

石门揭穿突出煤层具有突出强度大、密度大、对矿井安全生产造成严重威胁的特点,为保证安全高效地实现石门揭穿突出煤层,通过在白龙山煤矿一井一采区下部车场石门揭C7+8突出煤层施工瓦斯预抽钻孔期间,对部分钻孔采取水力割缝增透技术措施,大大提高煤层透气性,在提高抽采效果的同时降低煤层瓦斯压力和瓦斯含量、缩短石门揭煤工期,实现安全高效揭煤的目的。试验结果表明:采取水力割缝增透措施后,单孔平均抽采浓度24.7%,最高78.6%,较普通工艺钻孔提高8.2倍;日抽采瓦斯纯量最高1713.6m~3,较普通工艺钻孔提高6倍;采用水力割缝增透工艺的石门揭煤区域预抽时间提前60%。     

水力割缝技术在提高瓦斯抽采效果中的应用

 为了解决我国矿井在低透气性煤层瓦斯抽采治理中遇到的瓶颈,基于近年来水力割缝技术在矿井石门揭煤、底板巷消除地应力方面取得的发展,探讨性的开展了水力割缝技术在本煤层强化瓦斯抽采方面的研究工作。提出了用水力割缝技术扩大钻孔的直接影响范围的思路,研究了水力割缝技术对扰动煤体的体积、表面积、单孔瓦斯抽采量、钻孔影响半径等参数,对比分析了水力割缝技术和普通钻孔抽采技术的数据,结果表明水力割缝技术扰动煤体体积可提高6~16倍,影响煤体表面积可提高5.3~8.8倍,单孔抽采流量可提高2.0~2.5倍。同时水力割缝技术可增大单孔有效影响半径,在一定程度上可减少施工工程量。     

水力化增透技术在碎软煤层瓦斯抽采中的应用研究#br# #br#

为了解决新疆地区碎软突出煤层透气性差、瓦斯抽采难度大的问题,将多种水力化增透措施应用于碎软突出煤层瓦斯抽采中。通过在新疆艾维尔沟矿区4号煤层开展了高压水力割缝和水力压裂试验,并从抽采浓度、纯流量、衰减及工期等方面做了比较分析。研究表明：水力割缝和水力压裂后抽采浓度和抽采纯流量均呈现出先升高、后衰减、最后平稳的形态|单孔平均浓度与普通密集抽采孔相比分别提高了7.7和5.7倍,单孔平均纯流量分别提高了3.4和2.1倍|返排期后,抽采纯流量呈指数函数规律快速衰减,且前者明显比后者衰减快。采取水力化增透措施后,钻孔工程量大幅减少、总工期大幅缩短。     

石门揭穿严重突出危险煤层防突技术研究

为了解决由于松藻矿区地质条件复杂,煤层透气性系数低,地质构造带揭煤地点的地应力、构造应力、瓦斯压力大而导致揭煤时突出危险性增加,揭煤周期长的问题,提出采用超前探测、预测预报、高压水力割缝增透、底板瓦斯巷超前预抽、环形金属骨架钻孔注浆、锚网锚索喷浆加强支护、渐近式的综合石门揭煤技术,并在渝阳煤矿进行了应用。结果表明：采用综合石门揭煤技术瓦斯平均抽采浓度比未割缝钻孔平均抽采浓度提高59%,高压水力割缝后单孔平均抽采纯量增大2.92倍,揭煤时间缩短了17 d。     

碎软煤层顺层钻孔水力割缝增透技术研究

为了解决碎软突出煤层透气性差、瓦斯抽采时间长、抽采难度大的问题,将高压水力割缝技术应用于碎软突出煤层顺层钻孔瓦斯抽采中。在新疆艾维尔沟矿区4号煤层开展了水力割缝试验,施工了7个高压水力割缝钻孔和7个普通抽采钻孔,考察了割缝压力和割缝半径,比较了瓦斯抽采效果。研究表明:4号煤层的割缝压力在55 MPa左右较为合理。在55 MPa割缝压力下割缝5 min,割缝半径大约为0.89 m;下向钻孔不适合采用高压水力割缝措施。水力割缝钻孔与普通抽采孔抽采效果相比,日单孔抽采浓度、单孔抽采流量和抽采纯量至少能提高2倍以上。水力割缝钻孔抽采的前22 d抽采效果明显优于普通抽采孔,但衰减速度很快,大约30 d后,二者抽采效果基本接近。     

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。     

低渗煤层“切槽-压裂”卸压增透技术研究

针对阳泉矿区煤层透气性低瓦斯难以抽采特点,研究提出了水力切槽及脉冲水力压裂相结合的新型煤层增透技术,该技术利用水力切割缝槽卸载钻孔周围应力并形成初始导向裂缝,采用定向脉动水力压裂致裂煤体,提高煤体渗透率和卸压增透范围,改变煤体应力场和瓦斯流动场。研究结果表明:切槽钻孔单孔瓦斯抽采累计混合量约是常规孔的10倍以上,单孔抽采混合量约是常规钻孔的20倍以上,钻孔瓦斯抽采最高浓度是常规组钻孔的2~3倍,有效提高阳泉矿区低渗煤层穿层钻孔瓦斯抽采能力,达到煤层整体卸压增透及瓦斯高效抽采的目的。     

低透气性煤层群井下增透技术

针对松藻矿区可采煤层透气性差、难于抽采问题,根据矿区煤层赋存特点,试验研究了水力压裂增透技术,形成了保护层开采卸压增透技术和高压水力压裂增透技术相结合的有效增透技术方法。矿区采取保护层开采卸压增透后,使被保护层渗透率增长倍数最高达2.03×104倍。采用高压水力压裂增透技术提高保护层透气性后,水力压裂增透半径可达70 m;增透后平均单孔抽采量提高3~5倍,抽采瓦斯体积分数提高3%~20%。松藻矿区采用这2项增透技术后,实现了低透气性煤层群瓦斯的顺利抽采,同时保证了矿井煤炭资源的安全开采。     

新安煤田高压水射流石门揭煤快速消突技术及应用

为了解决新安煤田煤层突出危险性大,煤层松软,透气性差,抽采困难的状况,提出了高压水射流石门揭煤快速消突技术。通过在孟津煤矿11031运输巷揭煤工作面采用高压水射流割缝卸压增透技术,对该揭煤区域实现了高效快速瓦斯抽采,应用表明采用该技术后平均瓦斯抽采浓度提高3倍以上,平均单孔瓦斯抽采纯量提高5倍以上;采用该技术可使瓦斯抽采钻孔量缩减82%,揭煤时间缩短73%,节约了生产成本,缓解了矿井的抽、采接替矛盾。     

梁北煤矿井下水力压裂增透试验

为了改善煤层透气性,提高煤层瓦斯抽采钻孔的抽采量,在梁北煤矿进行水力压裂试验,对水力压裂增透试验效果进行了分析。试验证明：对煤层进行水力压裂后,煤层透气性增加,单孔抽采瓦斯纯量最高为原来的51.5倍,钻场平均抽采瓦斯纯量最高为原来的10.28倍。     

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。     

多煤层联合水压裂缝扩展规律应用研究

为进一步研究多煤层联合水压裂缝扩展规律,采用物理相似模拟实验和工程试验相结合的方法,进行地应力作用下2个煤层联合压裂的试验研究.结果表明:1)模拟煤层与煤岩体水力压裂具有相似的特性,水压裂缝为垂直缝,裂缝沿垂直于最小水平主应力方向扩展,沿平行于最大主应力方向延伸;2)在2个煤层的联合压裂过程中,水压裂缝可以在2个煤层中扩展延伸;3)多煤层的石门揭煤实施联合水力压裂后,相比未进行水力压裂的石门揭煤,其平均瓦斯抽采体积分数提高了83％,平均瓦斯抽采纯量提高1.4倍,瓦斯平均单孔抽采纯量提高约1倍,压裂后的石门揭煤时间比未压裂的揭煤时间缩短了43 d,实现了石门的快速揭煤.     

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。     

煤矿井下水力压裂技术抽采煤层瓦斯应用及前景

南桐矿区属高突高瓦斯区域,煤层透气性系数0.005~0.007m~2/(MPa~2·d),抽采难度大。为此在所属矿井的保护层采面和未受保护的被保护煤层应用水力压裂技术抽采煤层瓦斯。试验结果表明:压裂后,压裂孔瓦斯抽采浓度和抽采量呈现"波浪形(高位)长时间稳定缓慢下降"特点,压裂孔瓦斯抽采量大幅提升,单孔产气量比水力割缝孔和普通抽采孔分别提高430倍和570倍。而压裂影响区内抽采孔瓦斯抽采浓度和抽采量呈现"高位较快下降到零"的特点。水力压裂技术抽采煤层瓦斯效果明显。     

脉冲射流割缝控制压裂技术关键参数研究及应用

为解决常规水压裂缝受地应力影响,导致扩展形态单一、易在裂缝两侧遗留增透空白带等问题,结合脉冲射流破煤岩特点与缝槽-孔隙水压联合诱导裂缝定向扩展作用,研究了煤矿井下脉冲射流割缝控制压裂技术。通过冲击应力波效应分析了脉冲射流充分利用水锤压力高效破碎煤体割缝机理,阐明了脉冲射流割缝控制压裂大幅增加煤层透气性原理,明晰了脉冲射流割缝压力、割缝控制压裂实施压力和压裂钻孔封孔长度等关键参数,探讨了割缝控制压裂技术的工艺流程,并在逢春煤矿开展了割缝控制压裂、常规压裂和钻孔抽采三种现场试验,对比考察了三种方式的煤层瓦斯抽采效果。现场试验结果表明:由于缝槽卸压和孔隙压力场的存在,脉冲射流割缝控制压裂能降低煤层压裂时的实施压力;通过分析压裂后不同距离煤体瓦斯含量和含水率变化规律,得出割缝控制压裂技术比常规压裂的影响范围更远,提高约33%;煤层实施割缝控制压裂后单孔瓦斯抽采纯量为0.034m³/min,较常规压裂和传统钻孔抽采技术提高了3.7倍和10.6倍,瓦斯抽采汇总浓度约为73%,提高了1.7倍和2.25倍。     

高瓦斯煤层高压水力割缝增透技术试验研究

为解决高瓦斯低透气性煤层瓦斯含量高、透气性差、抽采效率低的难题,对切割压力高达100 MPa的高压水力割缝增透技术及装备进行试验研究,研究结果表明:长治矿区3#煤层的合理切割压力75 MPa左右、切割影响范围达6 m,经水力切割增透措施后瓦斯抽采量相比原始钻孔瓦斯抽采量最大提高到12.52倍,高压水力割缝技术大大增加了煤层透气性,提高了煤层瓦斯抽采效率。     

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。     

高压水力割缝和压裂联合增透技术及应用

针对白皎煤矿突出煤层构造应力高、透气性系数低、瓦斯抽采效果差等问题,在238底板瓦斯抽采巷对B4煤层采用了水力割缝和压裂联合增透技术,应用结果表明该技术相比水力压裂技术和普通抽采技术提高了煤层透气性,瓦斯抽采纯量较水力压裂钻孔提高了1.33倍,瓦斯体积分数是普通抽采钻孔的2.76倍,联合增透钻孔汇总瓦斯体积分数保持在30%以上且无衰减,具有良好的抽采效果。