冲击波增透煤层装备在煤矿中的应用北大核心

针对我国煤矿低透气性煤层抽采瓦斯困难、浓度低,提出了一种基于冲击波技术的煤层增透技术装备的设计思路;通过实际测试试验,煤层增透效果明显,瓦斯浓度由10%提高到了13.98%,提高了约40%;增透作业后,增透效果保持时间较长,能够满足矿井抽采瓦斯的需要。冲击波增透技术装备满足煤矿井下使用的技术要求,设备尺寸小、质量轻、移动操作方便。     

黄陵二号煤矿引进冲击波煤层增透技术

正陕西煤业化工集团黄陵二号煤矿引进了电脉冲可控冲击波煤层增透技术,此项技术工艺便捷,能使抽放钻孔周边煤层产生更多的裂隙,增加煤体透气性,使瓦斯抽采更加充分,大幅提升瓦斯抽采率,保证安全生产。可控冲击波技术是利用水中高压放电的脉冲大电流或金属丝电爆炸,在局部范围内形成能量的快速沉积,     

可控冲击波增透保德煤矿8~#煤层的先导性试验

介绍了可控冲击波技术在保德煤矿的煤层增透先导性试验。试验设计了1个试验孔,2个近区观测孔和2个远区观测孔,对作业有效增透区域进行分析。试验结果表明:试验孔近区1号和2号观测孔瓦斯抽采量显著增加且呈明显的递增趋势,远区3号和4号观测孔瓦斯抽采量虽显著增加但递增不明显;揭示可控冲击波作业后裂隙场在近区发育丰富,远区相对较少的增透特点;初步确定冲击波致裂增透煤层的有效半径大于15 m。通过数据对比分析证明冲击波增透煤层存在最佳作用次数。     

吉宁煤矿可控冲击波增透技术应用分析

吉宁煤矿2~#煤层属于高瓦斯低透气性的厚煤层,现有的瓦斯治理方法无法快速有效地抽采瓦斯,为了增加煤层的透气性,提高钻孔的抽采效率,减少作业时间,提高抽采量,该矿采用了可控冲击波技术。通过专门的试验设计,利用考察钻孔和冲击钻孔的交互布置,实现各项参数的获取。经过一阶段的试验,发现可控冲击波技术可以将单孔抽采量增加11倍,钻孔有效抽采半径增加7.5倍,有效降低了60%以上的瓦斯治理时间,适于低透气性高瓦斯煤层瓦斯治理。     

可控冲击波增透松软煤层的工程实践

煤层增透改造是煤层气高效开发和煤矿瓦斯治理面临的首要技术难题,利用可控冲击波增透煤层是一种安全有效的新型煤层增透技术,冲击波通过破裂、撕裂、弹性声波扰动等方式增加煤层透气性,这些方式重复加载对煤层的疲劳效应使得煤层裂隙不断扩展、沟通和丰富,最终达到增透整个煤层的效果。本文介绍了一项将可控冲击波技术应用于松软煤层增透的工程实践。该实践中,通过在钻孔内使用筛管支护的方法解决了松软煤层钻孔垮塌对可控冲击波设备应用的限制,成功地在一个工作面的多个掘进孔和顺层孔中实施了冲击波增透作业。现场实践结果表明:可控冲击波增透技术显著提高了钻孔瓦斯抽采量,延长了钻孔瓦斯抽采周期,增加了瓦斯抽采总量及钻孔瓦斯抽采纯量,降低了区域煤层瓦斯含量和瓦斯压力,消除了瓦斯突出危险性。证实了可控冲击波技术在松软煤层改造及瓦斯抽采中的效益和有效性,并显示出地面煤层气井煤储层改造的可观前景。     

可控冲击波增透技术在吉宁低孔低渗松软煤层的应用

吉宁煤矿是典型的低透气性煤矿,可控冲击波技术是目前低透气性煤层增透的理想措施之一。适合于该矿的可控冲击波作业点间距、单点作业次数和孔口保留深度等参数尚未解决。针对上述问题,在吉宁煤矿低透气性煤层采帮区和非采帮区开展了可控冲击波增透技术的合理作业参数设计。考虑安全和作业效果因素设计了0～30m和0～40m两种孔口保留深度,考虑冲击波叠加和单孔作业效率影响设计了6m和9m两种作业点间距,考虑煤层物性差距设计了6次、8次和9次三种单点作业次数。试验结果:非采帮区3~#增透孔采取冲击点间距9m、单点冲击6次参数施工后钻孔平均抽采纯量最高,非采帮区增透钻孔平均日抽采量提高5倍,采帮区增透钻孔平均日抽采量提高5.9倍;孔口保留深度对增透效果的影响无规律可循;距离增透钻孔60m处的1-2~#观测孔抽采量明显高于本组增透孔。结果表明:吉宁煤矿可控冲击波作业参数以9m冲击点间距、6次单点冲击次数最佳;孔口保留深度对增透效果影响无规律可循,根据现场施工经验维持在0～40m较为合适;可控冲击波对吉宁煤矿煤层最大增透影响距离达60m左右。     

煤矿井下控制水力压裂煤层增透关键技术及应用

为了减少低透气性煤层瓦斯抽采钻孔工程量和提高瓦斯抽采效率,对低透气性煤层增透理论及技术应用进行了研究,基于煤层控制水力压裂概念,开发了煤矿井下水力压裂数值模拟与优化设计软件,提出了高承压上向孔和近水平孔的封堵方法,形成了压裂水分布范围探测关键技术,并进行现场应用。结果表明,通过定点定向定区域压裂实现了目标区域煤层的增透,控制水力压裂前后相比单孔瓦斯抽采量提高了5倍以上,部分工作面瓦斯抽采钻孔工程量减少了1/3,采掘工作面单产单进大幅提高,煤矿井下控制水力压裂是对常规水力压裂技术的改进和创新,能有效促进目标区域煤层增透、提高瓦斯治理效果。     

孟村煤矿煤层高压水力割缝增透技术应用

彬长矿区煤层透气性系数普遍较低,采前瓦斯抽采困难.为了增加煤层的透气性,提高煤层瓦斯预抽率,解决瓦斯灾害治理难题,孟村煤矿引进了超高压水力割缝增透技术,在401102工作面进行了高压水力割缝增透实验.结果表明,孟村煤矿高压水力割缝间距确定为10 m,水力割缝半径为0.8 m,水力割缝宽度平均为6 cm,单刀最佳割缝时长...     

中厚低透气性高瓦斯煤层可控冲击波增透关键技术研究与应用

由华晋焦煤有限责任公司、西安交通大学、中国矿业大学、山西华晋吉宁煤业有限责任公司、西安闪光能源科技有限公司共同完成的“中厚低透气性高瓦斯煤层可控冲击波增透关键技术研究与应用”项目获2020年中国煤炭工业协会科学技术一等奖。2010年以来,项目团队基于前期核技术领域的研究基础。     

可控冲击波煤层增透与注气驱替瓦斯治理

针对杜儿坪矿北三8号煤层透气性及煤层瓦斯的渗流速度低的问题,在杜儿坪煤矿北一胶带机大巷后部实施可控冲击波技术与注气驱替联合抽采技术。该技术主要利用气体的驱动作用和置换作用,促进瓦斯的解吸扩散,提高瓦斯采收速率。通过可控冲击波对煤层增透以后,可显著改善煤层渗透性能,注入高压气体提高了煤层能量,加快了煤层瓦斯的渗流速度,进一步促进瓦斯的解吸扩散,缩短了瓦斯采收时间,有利于矿山瓦斯治理。提前完成对目标区域的瓦斯抽采,能保证矿井抽采达标及正常生产接续,进一步降低生产成本,保障矿井生产安全,为杜儿坪煤矿的瓦斯治理探寻新的技术途径。     

复合增透技术在高瓦斯低渗透煤层中的应用

针对高瓦斯低渗透煤层透气性差、渗透率低导致瓦斯抽采效率低,制约矿井安全高效开采等问题,提出水力压裂与CO_2相变气爆致裂复合作用增加煤层透气性的技术方案。采用RFPA~(2D)-Flow软件对不同水压作用下钻孔周边煤体裂纹形成过程及向四周延展的规律进行模拟分析,采用FLAC~(3D)软件对在不同长度预裂缝条件下CO_2相变气爆致裂作用的影响程度进行模拟分析,同时在常村煤矿3106工作面进行工业试验。模拟分析和现场验证结果表明:水力压裂试验中,水压达到28 MPa时,作用的有效影响半径达到2.5 m;CO_2相变气爆致裂作用影响区域范围与预裂缝长度之间呈线性关系,采用复合增透法能够使煤体的有效影响作用半径由2.5 m提高到7 m,通过30 d的现场数据采集分析,瓦斯压力由原0.43 MPa降低到0.15 MPa,瓦斯抽采效果显著,为类似条件下煤层瓦斯抽采提供技术参考。     

水力冲孔增透技术在突出煤层中的应用实践

针对松软突出煤层预抽煤巷条带瓦斯中存在的问题,需要采取卸压增透的方法,介绍了穿层钻孔钻-冲耦合增透技术基本工艺流程及机理,研究了增透技术在松软低透突出煤层区域消突措施中的应用效果。实践表明,日瓦斯涌出量约降低8.8%,保证了巷道的安全高效掘进,同时煤层瓦斯含量下降15%~20%,动力现象明显减小,达到了煤体消突目的。     

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。     

水力压裂增透技术在昌兴煤矿松软低透煤层瓦斯治理中的试验研究

为提高昌兴煤矿松软低透煤层瓦斯抽采效果,拟对2101和2102运输巷掘进条带区域进行水力压裂增透技术试验,在1320运输石门钻场设计施工5个压裂钻孔,并对钻孔进行套管和固孔,根据10号煤层性质确定压裂参数和压裂泵选型,经过水力压裂,由瓦斯参数统计分析结果可知,试验增透效果较为明显,压裂区单孔抽采瓦斯浓度及抽采量得到大幅度提升,该技术的成功试验为矿区类似条件的煤层瓦斯治理提供了参考。     

高压空气爆破煤层增透关键技术与装备研发

针对我国低透气性煤层难以增透的现状,研究了高压空气爆破致裂煤层的增透机理,研发了煤层高压空气爆破的增透装备,实现了远程爆破控制及其监控,成功进行了多次室外露天试爆,从而形成了高压空气爆破增透成套技术,并进行了现场工业性试验。结果表明:高压空气爆破致裂增透技术能够在低透气性煤层取得较好的增透效果,可大幅增加煤层瓦斯的涌出量与抽采量,能够缩短工作面的预抽时间,可加快工作面的推进速度,能有效提高煤炭及煤层气产量,为改善我国煤层的低透气性难题开辟了一条新的途径。     

坚硬厚煤层可控冲击波增透技术应用

为了解决坚硬厚煤层瓦斯治理中煤储层增透技术优化的难题,介绍了一种可控冲击波煤储层增透技术,并以吉宁煤矿为工程背景,分析了冲击波增透后的钻孔抽采效果,结果表明：可控冲击波通过迫使煤储层内部结构发生破坏,促进原生裂隙间相互沟通形成渗透裂隙网,显著提高煤层透气性,使冲击钻孔有效半径增大至17m|单孔抽采量为普通钻孔的8.9倍,瓦斯抽采达标时间缩短了64%左右,并且随着冲击波单点冲击次数增大,增透效果更加显著。     

二氧化碳爆破增透技术在低透气性煤层中的应用研究

新田煤矿主采4号煤层,该煤层瓦斯含量高,瓦斯压力大,且煤层透气性系数较低,瓦斯抽采难度较大。为解决新田煤矿瓦斯抽采的难题,通过向4号煤层实施穿层和顺层钻孔,采用二氧化碳爆破增透技术提高煤层透气性、瓦斯抽采量和抽采效率,为新田煤矿后期瓦斯治理提供新技术支撑。     

新型增透技术在致密煤层瓦斯开采中的应用研究

我国地下煤矿部分煤层密实度较高、透气性系数低,因此采用常规瓦斯抽采工艺在低透气煤层中抽采效果较差。为有效提升低透气煤层的透气性,本文依托山西某煤矿瓦斯预抽工程,提出了一种新型致密煤层复合增透技术,并基于现场试验验证了复合增透技术在致密低透煤层瓦斯开采中的可行性与高效性,有效提高了钻孔的瓦斯抽采效率,研究成果为我国煤矿致密煤层瓦斯开采提供了一定的借鉴作用。     

水力压裂增透技术在单一低透气性煤层中的应用

豫东地区陈四楼煤矿煤层为单一低透气性突出煤层,瓦斯预抽存在难度大、效率低的问题,严重制约了煤矿安全生产。为增加煤体透气性,提高瓦斯抽采效果,井下水力压裂是一种行之有效的措施。依据瓦斯赋存情况,在煤体瓦斯含量低于5 m³/t区域进行水力压裂增透试验,既能大幅降低钻孔工程量,加快区域治理进度,又能有效保证压裂过程中施工安全,防范压裂期间瓦斯异常涌出,引起瓦斯事故,对低瓦斯区域实现科学治理、精准施策具有重要意义,同时也能为高瓦斯区域进行压裂尝试提供借鉴。