突出煤层掘进工作面CO_2可控相变致裂防突技术

针对试验矿井煤层掘进工作面煤层透气性差,预抽煤层瓦斯困难,地应力大的特点,为了实现突出煤层快速、安全掘进,通过理论分析及工业试验的方法,提出了适合试验矿井掘进工作面的CO_2可控相变致裂防突技术工艺;系统评价了CO_2可控相变致裂防突技术的有效性、适应性和安全性。研究结果表明:CO_2可控相变致裂防突技术主要是利用液态CO_2瞬间气化过程中产生的能量剪断剪切片,产生应力波及高压气体,使周围煤体产生裂隙,以提高煤层渗透率,达到防治煤与瓦斯突出的目的。通过试验矿井掘进500 m巷道的防突技术应用表明:掘进工作面采用CO_2可控相变致裂防突技术后,钻屑瓦斯解吸指标Δh2较采用常规密集排放钻孔消突技术时下降近50%,瓦斯抽采量提高近2倍,巷道安全掘进速度提高1.5倍以上。     

液态CO_2相变致裂技术在金佳煤矿的应用

为更好地在低渗透、高瓦斯、强突出煤层中应用CO_2致裂技术,在金佳煤矿11224运输巷与212石门进行CO_2相变致裂的防突预抽现场试验,通过比较煤层致裂后的瓦斯压力与含量变化,确定CO_2致裂技术在顺层孔与穿层孔中的差异,研究结果表明:一次液态CO_2相变致裂时间为2.0～2.5 h,且需要多次注入液态CO_2致裂才能提高瓦斯抽采效果;采用液态CO_2致裂技术可在原来基础上减少煤层瓦斯含量6%～12%,减少煤层瓦斯压力9%～12%,并且运用在穿层孔的效果要优于顺层孔,但是穿层孔的规律不如顺层孔稳定;液态CO_2致裂技术的致裂半径为6 m,为提高致裂效果可采用叠加致裂的布孔方式,增大钻孔群的抽采效果。该对比研究结果为液态CO_2相变致裂技术运用在煤矿瓦斯突出与防治领域提供了有效依据。     

低渗煤层液态CO_2相变定向射孔致裂增透技术及应用

如何实现深部煤层瓦斯的高效抽采是保障我国煤炭企业安全生产的重要问题,而低透气性煤层瓦斯储层增产改造则是其中的核心技术和热点问题。为解决低透气性煤层瓦斯高效抽采技术难题,研究提出了地应力条件下优势射孔致裂方向的确定方法及低渗煤层液态CO_2相变定向射孔致裂增透技术,现场试验及应用研究形成了液态CO_2相变定向射孔致裂增透网格式瓦斯抽采方法。研究表明:孔壁破裂压力受钻孔方位角、倾角影响具有明显的方向性,并确定了试验区液态CO_2相变定向射孔优势致裂方向;该技术可有效增加煤样孔隙度、孔径、比表面积、可见孔比例等,改善煤岩体内孔隙结构及渗流能力,提高瓦斯抽采纯流量9~12倍,降低煤层瓦斯抽采流量衰减系数92%;现场试验及PFC2D数值模拟研究确定了该技术的影响半径为9~13 m;应用表明液态CO_2相变定向射孔致裂增透网格式瓦斯抽采方法,可有效预防低透气高突煤层巷道掘进期间的瓦斯超限问题,提高巷道掘进速度4~5倍。     

液态CO_2相变致裂增透技术在高瓦斯低透煤层的应用

针对平煤十三矿煤层的高瓦斯低透气性现状,为了提高矿井的瓦斯抽采量,采用了液态CO_2相变致裂技术进行强化抽采,试验研究了液态CO_2相变致裂技术在高瓦斯低透气性煤层中的增透机理和消突增透效果。通过对己15.17-11111运输巷底抽巷采取液态CO_2相变致裂技术,利用专门的液态CO_2相变致裂装置,在穿层钻孔中致裂爆破,可以使周围煤体产生裂隙,煤层透气性系数增大,试验结果表明:单孔瓦斯平均抽采体积分数是试验前的1.42倍,单孔瓦斯日平均抽采纯量是试验前的2.17倍,抽采衰减周期至少延长2倍以上,可有效提高煤层瓦斯预抽效果。     

高瓦斯煤层液态CO_2致裂消突巷道快速掘进技术

针对高瓦斯煤层煤巷掘进工作面钻屑敏感指标值较大、掘进困难等问题,利用高压液态CO_2致裂器掘进头短钻孔预裂消突技术,通过理论分析和现场试验手段研究发现:采用高压CO2致裂器在掘进头进行短钻孔预裂爆破,可以促进煤层裂隙发育,提高煤层透气性,降低瓦斯解吸指标,提高钻孔瓦斯抽采量,达到掘进头消突的目的。现场试验数据显示:致裂后钻屑瓦斯解吸指标△h2最大值为150 Pa,钻屑量S值也相对减小,达到消突目的。致裂后4 h内钻孔瓦斯抽采量超过未进行致裂时抽采量的2倍,短时间内煤层瓦斯含量降低,有效保证了煤巷掘进头安全快速掘进。     

煤与瓦斯突出煤层CO_2相变致裂增透技术试验研究

针对车集煤矿煤层瓦斯压力较高、透气性差、瓦斯预抽难度大等问题,提出了在二_2煤层进行CO_2相变致裂增透技术试验。进行了CO_2相变致裂技术原理和CO_2致裂装置研究,设计了CO_2相变致裂增透影响半径试验方案和CO_2相变致裂增透瓦斯抽采效果试验方案。现场试验结果表明,本次CO_2相变致裂增透试验的影响半径为4 m;在观测的15 d内,致裂组的平均瓦斯抽采流量为普通抽采组平均瓦斯抽采流量的1.7倍。     

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。     

CO_2相变致裂增透技术在高瓦斯低渗透性厚煤层应用研究

针对石泉煤矿3#煤层瓦斯赋存高,较难抽采,抽采效率低下,提出应用CO_2相变致裂增透技术,提高煤层透气性。CO_2致裂具有预裂后无炮烟,不产生一氧化碳、氮氧化物等有毒气体,不会引起CO_2超限,也不会对巷道稳定性产生影响的优点,通过理论分析和实地实验以及石泉矿实际实验情况分析了CO_2相变致裂增透的优势及可行性。     

液态CO_2相变致裂增透强化抽采技术研究

针对高瓦斯低透气性煤层效率低,提出CO_2相变致裂爆破增透技术来提高抽采效率。通过理论分析和FLAC3D数值模型研究分析液态CO_2相变致裂爆破煤层增透效果,并进行了现场试验。结果表明:当爆破参数为CO_2爆破器间距5m、爆破孔间距7.5m,此时多孔连续爆破煤层增透效果最好;爆破后煤体透气性距爆破孔由远及近的变化规律为非线性增加。18205材料巷实施液态CO_2相变致裂爆破增透技术后,透气性系数增大了16.89~20.97倍,平均瓦斯抽采混量和浓度分别提高43.1%和55.8%,保证了矿井安全生产和煤层气资源的有效利用。     

高瓦斯掘进工作面深孔控制预裂技术

为降低高瓦斯掘进工作面掘进期间的突出危险性,增大煤层透气性,余吾煤业公司引进了CO2气相压裂增透消突技术,主要通过在工作面施工的压裂钻孔进行爆破增透。在原先单孔预裂的基础上,通过施工控制孔进行了控制预裂试验。试验证明,控制预裂对煤层的防突指标、瓦斯涌出均匀性及钻孔瓦斯抽采量都产生了良好的效果。     

常村煤矿液态CO_2循环爆破致裂增透技术研究

研究了液态CO_2相变致裂对煤体的致裂效果,对比分析了不同情况起爆的应力波的影响范围与煤层裂隙发育状态。试验分析了瓦斯抽采量的变化情况。研究结果表明:液态CO_2相变致裂后瓦斯浓度、瓦斯抽采纯量与煤层渗透性均明显增加;延时起爆钻孔中煤层渗透性提升较为明显。     

低透煤层CO_2气相致裂卸压增透技术研究

针对高瓦斯低透气性煤层效率低,提出CO_2相变致裂爆破增透技术来提高抽采效率。通过理论分析和FLAC~(3D)数值模型研究分析液态CO_2相变致裂爆破煤层增透效果,并进行了现场试验,结果证明:当爆破参数为CO_2爆破器间距5 m、爆破孔间距7.5 m,此时多孔连续爆破煤层增透效果最好;爆破后煤体透气性距爆破孔由远及近的变化规律为非线性增加。1312材料巷实施液态CO_2相变致裂爆破增透技术后,透气性系数增大了16.89～20.97倍,平均瓦斯抽采混量和浓度分别提高43.1%和55.8%,保证了矿井安全生产和煤层气资源的有效利用。     

深部采区低渗透性煤层CO_2致裂增透试验研究

为了提高深部采区低透气性煤层瓦斯抽采效果,通过对CO_2致裂增透的基本理论、致裂增透机理和工艺的研究,分析了CO_2致裂增透过程中致裂瞬间煤层裂隙产生原理及裂隙发展,提出了深部采区低透气性煤层CO_2致裂增透技术。以11403工作面回风巷为研究对象,进行了现场工业性试验。试验结果表明:CO_2致裂增透技术在深部采区低渗透性煤层增透作用明显,通过近3个月的抽采试验,该区域通过致裂后煤层透气性提高约8倍;瓦斯抽采浓度和百米瓦斯抽采量分别提高约4. 6倍和5倍;通过测试K1值数据可知K1值比致裂增透前有大幅度降低,抽采效果明显,为矿井深部采区安全高效开采提供了有力的保障。     

液态CO_2相变致裂机理及应用技术研究

为了更好地将液态CO2相变致裂技术应用到煤层增透领域中,达到经济快速消突的目的,通过理论对致裂过程进行了分析,将致裂过程分成冲击波作用和高压气体作用过程。并根据气体力学和断裂力学理论建立了致裂的力学方程,计算得到了十三矿致裂影响半径为8.2m,同时通过现场试验验证了计算得到的影响半径是准确的,为液态CO2相变致裂技术在增透消突机制、技术参数等方面的研究奠定了基础。     

液态CO_2相变致裂增透技术在低透气性煤层的应用

针对斜沟煤矿8#煤层透气性差、瓦斯抽采效率低的特点,通过理论分析及现场试验的方法,提出CO_2相变致裂增透技术;对比分析斜沟煤矿18205工作面爆破前后的瓦斯抽采参数,结果表明,实施CO_2相变致裂增透技术后,瓦斯抽采浓度和纯量均为实施前4倍以上,煤层透气性系数为实施前13.86倍,有效抽采影响半径为实施前3.75倍。液态CO_2致裂爆破技术有助于解决瓦斯抽采难题,保证了瓦斯抽采效果。     

唐安煤矿液态CO2相变致裂强化增透试验研究

文章基于唐安煤矿3号煤层瓦斯赋存条件,介绍了液态CO_2相变致裂强化增透试验实践经验,对液态CO_2相变致裂效果进行了分析总结。相变致裂后,抽采孔瓦斯浓度平均和瓦斯纯量成倍提高,且衰减速度大幅度降低,效果显著。提出了优化施工参数布置的合理化建议。     

软厚煤层液态CO2相变多点致裂增透技术

针对松软、低透气性高瓦斯突出厚煤层瓦斯抽采效率低、抽采钻孔瓦斯浓度衰减快等问题,利用优化的液态CO_2相变致裂系统,在长平矿4306采区进行了(底板)穿层钻孔多点致裂试验。试验结果表明:CO_2相变多点致裂有效影响半径约为12. 5 m,且与致裂点数无关;瓦斯浓度随致裂点数的增加呈线性增加; CO_2相变致裂提高了瓦斯抽采浓度,随着时间的推移瓦斯浓度逐渐下降。因此,在煤层的不同位置和不同的时间对煤层进行致裂,是维持或提高煤层瓦斯抽采效率的可选方案。     

基于COMSOL数值模拟的液态CO_2相变致裂布孔参数优化

为了能将液态CO_2相变致裂技术高效地应用到低透气煤层强化增透领域,基于COMSL软件对液态CO_2相变致裂技术布孔参数进行数值模拟优化,并在平煤十三矿进行了穿层强化预抽煤层瓦斯试验,对优化结果进行了验证。不同布孔方式、孔排间距参数下模拟试验和现场试验研究结果表明:同孔距下"隔二爆一"布孔方式其致裂后抽采效果优于"隔一爆一"布孔方式,最终确定平煤十三矿最佳布孔方式为孔距为6 m的"隔二爆一"式。     

高瓦斯煤层巷道快速掘进瓦斯抽采技术

针对霍煤腾晖煤矿2-104回采工作面瓦斯涌出量大、钻屑敏感指标值较大、预抽煤层瓦斯困难等严重影响掘进速度的情况,采用液态CO_2相变致裂技术进行强化抽采。实践表明,该工艺能够有效促进煤层裂隙发育,增加煤层透气系数,大大降低钻屑瓦斯解析指标,实现煤层巷道的快速掘进。     

近煤层岩巷掘进防治煤与瓦斯突出技术探讨

通过理论分析、现场工业试验等手段,系统分析了近煤层岩巷掘进的国内外研究现状、煤与瓦斯突出的条件及特点,将近煤层岩巷掘进防突措施大致分为3个阶段,即煤层赋存情况分析、区域防突和局部防突。通过杨柳煤矿的近煤层岩巷掘进工程实践,消除了近煤层岩巷的突出危险,实现了近煤层岩巷的安全快速掘进。