低瓦斯煤层工作面高位瓦斯抽采技术应用实践

基于“先抽后采,以风定产,监测监控”的瓦斯治理方针,结合屯宝煤矿生产实际情况,分析了对工作面采空区进行瓦斯抽采的必要性和可行性。对1153综放工作面进行了瓦斯抽采可行性评价,对高位钻孔法与埋管法抽采采空区瓦斯进行了技术和经济比较,确定采空区瓦斯进行高位钻孔抽采技术方案。经过现场实践,得到了该地质条件下采空区瓦斯抽采高位钻孔布置参数,验证了高位钻孔抽采采空区瓦斯是治理矿井瓦斯的有效技术措施。     

低渗透砂岩油层渗流启动压力梯度研究

选取10块不同渗透率的低渗透岩心进行室内单相渗流实验。对实验数据进行回归分析，获得了低渗透岩心的启动压力梯度与流度的关系式。根据所得到的关系式，绘制了低渗透油田渗流流态判断图版。通过流态判断图版可以确定流体在低渗透岩心中的流态，为合理开发低渗透油田提供理论依据。     

钻孔抽放瓦斯渗流特性的气固耦合模型

随着矿井开采深度的增加,地应力、瓦斯压力、煤体特性等因素的变化对瓦斯渗流的影响越来越明显。根据钻孔抽放瓦斯的渗流特性与固体变形的基本理论,引入了固体力学和多孔介质流耦合的控制方程,同时考虑了分子滑脱效应对渗流的影响。建立了考虑抽放钻孔在不同的地应力、不同初始渗透率和不同抽放负压条件下,瓦斯运移与煤体变形相耦合作用的数学模型。通过研究钻孔抽放瓦斯过程中,在不同地应力和瓦斯压力的影响下,得出煤层渗透率和瓦斯运移的变化规律。     

钻孔抽放瓦斯渗流特性的气固耦合模型

随着矿井开采深度的增加,地应力、瓦斯压力、煤体特性等因素的变化对瓦斯渗流的影响越来越明显。根据钻孔抽放瓦斯的渗流特性与固体变形的基本理论,引入了固体力学和多孔介质流耦合的控制方程,同时考虑了分子滑脱效应对渗流的影响。建立了考虑抽放钻孔在不同的地应力、不同初始渗透率和不同抽放负压条件下,瓦斯运移与煤体变形相耦合作用的数学模型。通过研究钻孔抽放瓦斯过程中,在不同地应力和瓦斯压力的影响下,得出煤层渗透率和瓦斯运移的变化规律。     

单一低渗透煤层注水促抽瓦斯效果评价及其应用

为确定合理的煤层注水促抽钻孔注水参数,提高单一低渗透煤层瓦斯抽采效果。对煤层注水促抽瓦斯难易程度进行可拓综合评价,经计算:可拓评价变量特征值为2.65,3#煤层注水促抽瓦斯偏难,注水促抽时需采取相关措施。提出“一注一抽”的注水孔-抽采孔间隔布置实施间歇性高压煤层注水促抽技术,钻孔布置间距5 m,注水压力8 MPa。经试验抽采结果:注水期间,煤层注水促抽以水驱瓦斯作用为主,注水停止后,以水置换解吸瓦斯作用为主,常村煤矿注水驱替促抽瓦斯持续周期为12 d左右,煤层注水后,瓦斯含量、解吸量、初始瓦斯解吸速度均明显降低,煤层注水促抽瓦斯取得较好的效果。     

顺层钻孔抽采煤层瓦斯固气耦合模型的建立与应用

将煤体看作双重孔隙单渗透率的特殊多孔介质,考虑煤层变形引起的孔隙率及渗透率变化,瓦斯的渗流扩散及吸附瓦斯解吸过程,建立了煤层瓦斯抽采固气耦合数学物理模型。利用COMSOL软件,模拟研究了钻孔抽采过程中煤层瓦斯的运移规律。研究结果表明:煤层中某一位置的渗流速度变化曲线会随着其与钻孔距离的变化而变化,距离钻孔越远渗流速度达到最大值所用的时间越长,渗流速度最大值也越小。研究结果对治理煤层瓦斯具有重要意义。     

低透气性煤层瓦斯抽采技术及应用分析

过度开采造成煤炭的资源越来越少,开采难度逐渐加大,尤其是在深层处低透气性煤层,瓦斯含量较高,抽采难度较大,直接影响着煤矿开采的安全,提高瓦斯抽采技术是安全保证的前提。本文阐述常用的瓦斯抽采技术,并结合司马矿实际进行应用分析。     

含水煤层热流固耦合模型建立及数值模拟研究

为优化含水煤层瓦斯抽采孔的布置方式,在考虑气—水两相流、应力及温度因素的基础上,建立了能够描述煤层在瓦斯抽采过程中的热流固耦合模型。以平顶山某矿工作面的相关物性参数为基础进行了数值模拟,采用COMSOL Multiphysics高效模拟软件进行科学数值计算模拟。研究得出,含水饱和度对气体的相对渗透率影响显著,而且随着抽采的进行,钻孔周边含水饱和度随之而提高,阻碍了瓦斯抽采工作的进行;在瓦斯抽采过程中,随着抽采时间的进行,压力的变化梯度逐渐变小,且呈现非线性关系;瓦斯抽采过程中需要考虑温度对其影响,温度的变化对煤层渗透率的变化有着重要的作用。故在对煤体进行水力化处理时,需要优先采用排水手段,结果表明在煤体中注入水蒸气可有效提高瓦斯抽采效率。     

低渗透煤层注水驱替促抽治理瓦斯技术

为解决单一低渗透煤层存在瓦斯抽采技术难度大、抽采成本高等问题,以夏店煤矿3116工作面低渗透3^#煤层瓦斯抽采为工程背景,研究提出了高压注水驱替促抽治理瓦斯技术。钻孔采用注-抽钻孔间隔布置,利用高压水对煤层瓦斯的驱替作用和水对瓦斯的置换解吸作用,达到提高相邻抽采孔的瓦斯浓度和瓦斯流量的目的。     

低透气性煤层瓦斯抽采技术与应用

在煤矿开采中,瓦斯灾害一直是威胁煤矿安全生产的主要灾害之一。随着煤层开采深度的增加,煤层透气性随之减小,从而严重影响了煤层瓦斯的抽采率和瓦斯抽采效果。针对我国煤矿绝大部分煤层属于低透气性煤层的情况,论述和分析了低透气性煤层瓦斯抽采的各种技术原理及应用。给低透气性煤层瓦斯抽采提供技术指导,解决矿区实际问题。研究低透气性煤层瓦斯抽采具有广阔的应用前景与应用价值。     

低透气性煤层高压水力压裂—冲孔联合增透技术研究及应用

针对深部开采煤层普遍存在的构造应力复杂、透气性系数低、抽采效果差等问题,为探究最优的瓦斯抽采技术方案,以水溪煤矿K₁松软煤层为研究对象,分别采用水力压裂、水力冲孔、普通抽采和高压水力压裂—冲孔联合增透4种技术,进行现场对比应用试验。结果表明：高压水力压裂—冲孔联合增透技术对煤层透气性系数的提高程度分别为水力压裂、水力冲孔和普通抽采方案的1.85、1.61、6.30倍,抽采瓦斯纯流量分别提高了1.42、1.33、2.32倍,此外,抽采汇总瓦斯浓度(CH₄体积分数)保持在42.6%以上,抽采效率为四者之中最高。现场应用结果表明,高压水力压裂—冲孔联合增透技术具有明显的技术优势。     

低透气性构造软煤瓦斯抽采技术应用

为解决白坪煤矿低透气性构造软煤瓦斯抽采质量差的问题,理论分析了影响低透气性构造软煤瓦斯抽采效果的主控因素,提出了基于封孔工艺、"钻孔修复+二次卸压增透"的穿层钻孔瓦斯抽采成套工艺技术体系。通过优化封孔工艺、"钻孔修复+二次卸压增透"新工艺技术现场应用,使得瓦斯抽采平均浓度提高了约1.41～1.85倍,单孔平均瓦斯抽采量提高了约3.11～3.85倍,证实了该工艺技术在白坪煤矿低透气性且应力敏感性强的全层构造软煤瓦斯抽采中的优势,旨在为该类煤层瓦斯抽采新工艺技术大面积推广应用提供相应的技术支撑。     

基于启动压力梯度的煤层瓦斯流动状态快速判识方法

为探讨低渗煤层瓦斯流动的非达西特征,基于GSI煤体分类体系与砂岩启动压力梯度测试方法,进行了不同煤体结构煤样的启动压力梯度测试,建立了启动压力梯度与煤体结构的回归关系,实现了煤层瓦斯流动状态的快速判识。研究表明:在煤矿井下采集煤样或直接观测煤壁,获取其煤体结构,并与GSI煤体分类体系进行比对,确定煤样GSI值后,通过启动压力梯度测试并建立其与GSI的关系,即可实现不同煤体结构煤层启动压力梯度的快速获取与瓦斯流动状态的快速判识。     

考虑扩散-渗流作用的瓦斯流动模型及抽采半径确定

为找到一种能够准确测定低渗松软煤层有效抽采半径的方法,及确定合理的抽采钻孔参数,以煤介质的双重孔隙结构特征以及瓦斯流动理论为基础,根据质量守恒定律、Fick定律以及Darcy定律,建立了考虑扩散-渗流作用的瓦斯流动模型。并以余吾煤业低渗松软的3#煤层为例,将建立的瓦斯流动模型植入到COMSOL中开展计算,得到了抽采钻孔周围瓦斯流动规律及不同抽采时间的有效抽采半径,计算数据与现场测试结果的吻合证实了所建立的瓦斯流动模型的有效性,形成了一种确定低渗松软煤层抽采钻孔附近的瓦斯流动规律及抽采半径的方法。     

低透气性煤层水力冲孔和抽采钻孔瓦斯治理模拟研究

为消除平煤十矿己_15-16-24100工作面在准备和回采过程中的突出危险,精细化模拟研究了水力冲孔结合抽采钻孔的瓦斯治理过程。分析了瓦斯解吸、渗流及煤岩变形的相互作用,构建了煤层瓦斯运移应力—渗流耦合数学方程,采用有限元软件对其求解,通过数值模拟己_15-16-24100工作面顺层钻孔、底板巷穿层钻孔、水力冲孔掩护风巷、机巷和开切眼掘进及本煤层回采全过程,研究瓦斯抽采对降低工作面突出危险性的影响,并结合现场监测结果对抽采效果进行验证。研究结果表明:对己_15-16煤层进行\     

低渗透煤层钻孔与水力割缝瓦斯排放的实验研究

介绍了特大煤样采用水力割缝提高瓦斯渗透率的实验研究。实验表明,割缝能提高瓦斯的排放量;当埋深400m时,割缝较钻孔的瓦斯排放量提高25％;相同埋深的煤层,割缝后,初期瓦斯排放速度急增,为钻孔的2．0－2．5倍。     

长钻孔分段压裂增透技术在抽采煤层瓦斯中的研究与应用

针对重庆地区地质条件的复杂性,在研究定向长钻孔分段压裂技术装备的基础上,成功在松藻煤矿实施了定向分枝长钻孔分段压裂试验,实现对每个分支孔的单独压裂施工。与该煤矿常规压裂钻孔相比,定向分支长钻孔分段压裂后,平均瓦斯抽采流量提高了7.12倍,平均瓦斯抽采浓度在30%以上,取得了良好的效果,达到了大幅提高煤矿瓦斯抽采效率、缩短抽采达标时间、降低瓦斯治理成本的目的,提升了煤矿的安全水平,为煤矿安全高效生产奠定了基础。     

Technique of coal mining and gas extraction without coal pillar in multi-seam with low permeability

Aimed at the low mining efficiency in deep multi-seams because of high crustalstress,high gas content,low permeability,the compound three soft roof and the trouble-somesafety situation encountered in deep level coal exploitation,proposed a new idea ofgob-side retaining without a coal-pillar and Y-style ventilation in the first-mined key pressure-relieved coal seam and a new method of coal mining and gas extraction.The followingwere discovered:the dynamic evolution law of the crannies in the roof is infl...     

低透煤层化学改性增透技术研究现状及展望

我国煤储层的赋存特征概括为微孔隙、强吸附、低渗透,这些赋存特征严重抑制了煤层气的开采,在此基础上,储层改造技术被广泛提出.针对低透气性煤层,国内外学者提出水力压裂、水力割缝、预裂爆破等储层增透技术,这些技术均存在增透范围小、裂隙闭合快、水锁效应等问题.有学者提出采用化学方法改造煤层,利用化学试剂改变煤层理化性质继而达到...     

水力压裂技术在低透气性煤层瓦斯抽采中的应用

为了解决某煤矿低透气性煤层难抽采的问题,分析了水力压裂增透裂缝扩展规律以及煤层水力压裂卸压增透机理,采用PFPA-2D数值模拟软件,研究了单注水孔以及双注水孔的水力压裂过程中的裂缝扩展规律及煤体位移和应力变化规律,实现大范围裂隙网的形成、贯通和发育,提高了煤体的透气性。通过现场试验,实现了低透气性煤层卸压增透的目的,验证了低透气性煤层水力压裂增透技术的安全性、有效性和适用性。