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。     

CO_2爆破增透技术的试验研究

针对低透性高瓦斯煤层透气性差,瓦斯含量高,预抽采难度大、效率低等难题,研发出CO_2致裂器爆破增透技术,采用井下试验和数值模拟相结合的方法,研究发现:CO_2致裂器爆破煤层,会促使煤层产生大量裂隙,并使得原有裂隙得到扩展,从而达到提高煤层透气性的目的。     

高瓦斯低渗透煤层切槽致裂增透机理及数值模拟研究

为实现高瓦斯低渗透煤层煤与瓦斯安全高效共采的目标,提出煤层切槽致裂增透新技术。理论分析了水力切槽与脉冲水力压裂联合作用于煤体时应力场-损伤场的重构和裂隙网构建效应,建立了煤层内预制切槽导向水压致裂的卸压增透模型,分析了煤层切槽与水压致裂的应力损伤联控机制,获得了切槽煤层水压致裂下的裂纹扩展及渗透率演化规律,实现了切槽卸压场与水压致裂场的有效结合,控制了水力压裂裂隙扩展方向,破除了孔槽周围应力集中圈的瓶颈效应,提高了煤层内整体增透效果。     

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。     

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.     

高瓦斯煤矿CO2增透技术

以常村煤矿3号煤层为研究对象,针对煤层透气性差和瓦斯含量高等问题,依据常村煤矿实际生产情况,通过分析了CO2致透原理,创建了高瓦斯量低透气性煤层的FLAC3D模型,模拟分析了单致裂管对巷道围岩塑性变形和不同时刻围岩应力的变化趋势。结果表明:CO2致裂装置在液态CO2相变的过程中增大了围岩的裂隙和增加了围岩的透气性,降低了瓦斯的吸附量。     

煤矿井下穿层水力压裂钻孔布置优化分析及应用

为解决重庆地区低透气性松软煤层瓦斯抽采的难题,提出煤矿井下穿层水力压裂技术,分析得出其增透主要是高压水在煤体裂隙尖端产生拉应力增高区促使原始裂隙扩展、次生裂隙形成的过程,借助数值模拟对不同孔距的穿层水力压裂煤体塑性破坏区随注入高压水压力的变化规律进行研究,得到重庆逢春煤矿7号煤层起裂压力为33~35 MPa,而延伸压力略低于起裂压力,拟合出不同孔径下水力压裂有效范围与注入高压水压力的指数曲线,并将研究成果应用于该矿底板巷瓦斯抽采工程。结果表明:水力压裂后煤层在走向、倾向上单孔压裂有效范围分别达到60 m和50 m,煤层透气性系数提高195~370倍,瓦斯抽采纯量提高3.5倍,瓦斯抽采浓度提高5倍。     

水力压裂-深孔预裂爆破复合增透技术研究

为了增加低渗透高瓦斯煤层的透气性,提高瓦斯的利用率和抽采效率,提出了水力压裂-深孔预裂爆破复合增透技术,分析了水力压裂-深孔预裂爆破复合增透的爆破致裂机理,建立了在爆轰气体作用下的裂纹应力强度因子方程和裂纹二次扩展半径方程。运用RFPA2D-Flow模拟软件对水力压裂后孔壁周围煤岩体裂隙的产生过程与裂隙扩展规律进行模拟。利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析模拟软件对不同长度预裂缝影响深孔预裂爆破后瓦斯抽采增透效果的程度进行模拟。同时在阳泉五矿8410工作面开展了现场工业性试验,以此验证煤矿井下进行水力压裂-深孔预裂爆破复合增透技术后的瓦斯抽采增透效果。结果表明:使用水力压裂-深孔预裂爆破复合增透技术后煤层的透气性与常规的深孔预裂爆破相比有显著提高,致裂孔的初始瓦斯涌出量是普通爆破孔的3.18倍,瓦斯含量的衰减强度降低了77.3%。深孔预裂爆破的有效影响半径随着爆破孔内预裂缝长度的增加而提高,而且二者呈线性关系。该研究中采用复合爆破后的有效影响半径可达到6.98 m,与数值模拟结果得到的有效影响半径6.763 m相近。同时数值模拟与现场工业性试验的结果均证明:提出的水力压裂-深孔预裂爆破复合增透技术,能够有效增加煤岩层的透气性,提高瓦斯的抽采效率,为其他低渗透高瓦斯煤层的瓦斯抽采增透技术提供了参考。     

松软煤层水力冲孔与二氧化碳爆破联合增透技术

为有效解决松软煤层瓦斯透气性低、瓦斯抽采效果差的问题,提出一种水力冲孔与二氧化碳致裂爆破联合增透方法,即在水力冲孔基础上引入二氧化碳致裂爆破措施,加快松软煤体向孔洞移动的速度,进一步提高煤层透气性,延长高瓦斯流量抽采时间。在贵州高山煤矿9号煤层进行对比试验,抽采30d后,联合增透技术抽采钻孔瓦斯抽采量比单独使用水力冲孔措施提高45%;抽采60d后,联合增透技术采区域平均残余瓦斯含量比单独使用水力冲孔增透措施时降低了22%,为其他矿区松软煤层瓦斯抽采提供参考。     

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。