松软煤层水力割缝卸压增透技术研究

为解决赵庄煤业松软煤层瓦斯抽采率低的难题,以水力割缝技术为试验研究基础,在二盘区北回风巷进行了抽放效果对比考察,对不同穿层割缝钻孔布置方式及参数下瓦斯抽采浓度、抽采量等数据进行分析,摸索出适合赵庄煤业的以水力割缝技术增透的技术参数.试验表明,水力割缝钻孔与普通钻孔相比,瓦斯抽采浓度提高了1.49倍,抽采流量增加了3.0...     

煤层穿层钻孔水力割缝卸压增透数值模拟及应用

为研究水力割缝穿层钻孔缝槽直径和钻孔倾角对卸压增透效果的影响,以典型低透气煤层为背景,采用FLAC^3D数值模拟方法对缝槽直径为1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5 m,钻孔倾角为50°、60°、70°、80°、90°的水力割缝模型卸压效果及应力场进行计算和对比分析。结果表明：割缝钻孔周围塑性破坏面积与缝槽直径正线性相关;割缝影响范围与缝槽直径成对数函数关系。割缝钻孔周围塑性破坏面积与钻孔倾角成正相关关系,在钻孔倾角为60°至70°时发生突变;割缝影响范围与钻孔倾角成幂函数关系;缝槽直径对割缝效果影响较大。根据研究结果进行了现场实践,现场数据验证了数值模拟结果,割缝钻孔的平均抽采瓦斯流量为常规钻孔的1.4～2.2倍,瓦斯抽采浓度为常规钻孔的3～4倍,瓦斯抽采纯量为常规钻孔的4.5～10.5倍。研究结果为穿层钻孔水力割缝参数的确定提供了理论依据。     

穿层割缝钻孔对煤体卸压增透效应的研究与应用

采用数学方法对煤层割缝钻孔的卸压增透机理进行分析,针对平宝煤矿地质条件模拟得到该煤矿最优的水力割缝高度和间距分别为0.02 m和4 m。通过现场工业性试验,对比分析了割缝钻孔和普通钻孔的瓦斯抽采情况,结果表明：30 d内割缝钻孔抽采瓦斯流量是普通钻孔的3倍,抽采瓦斯浓度为普通钻孔的2～3倍,并且割缝钻孔的瓦斯浓度能够长时间保持在80%左右;后续巷道掘进月进度也由原来的60～80 m提高至100～120 m,掘进效率提高30%～50%。该项技术能够较好解决煤层瓦斯突出难题,促进煤矿的安全高效生产。     

超高压水力割缝增透卸压规律研究与应用

运用FLAC3D软件模拟不同割缝压力和割缝间距条件下,钻孔周围煤体应力分布特征,分析了穿层钻孔水力割缝煤体卸压规律。通过在赵固二矿实施超高压水力割缝增透技术工艺,有效解决了单一低渗坚硬厚煤层瓦斯抽采技术难题,增大了抽采钻孔卸压范围,大幅提高了煤体透气性。     

松软低透煤层钻孔群大孔径水力冲孔技术

松软、低透煤层瓦斯治理难题一直未得到突破,为了探索解决此类问题办法,在多种卸压增透工程技术实践基础上和通过对煤与瓦斯突出机理的分析,提出钻孔群大孔径水力冲孔技术.经实践研究发现,钻孔孔径越大,越有利于冲孔,冲孔后卸压区越大,单孔瓦斯抽采量明显增加.采用此技术其平均单孔瓦斯抽采量是普通措施孔的4.4倍.     

穿层钻孔割缝增透工艺技术研究

针对岳城煤矿煤层压力大、煤质软、煤层透气性差、区域抽放相关指标不达标等情况,开展了穿层钻孔割缝增透工艺技术及装备研究,确定割缝压力、流量、间距、水力切割、排渣等技术参数和工艺,并对水力割缝效果进行现场检验。使用该技术后,岳城矿钻孔平均瓦斯浓度提升了193.7%,平均瓦斯流量提高了170.6%,有效提升了区域抽采能力。     

水力割缝自卸压增透技术应用

针对低透气性突出煤层钻孔工程量大、抽采时间长的难题,提出水力割缝自卸压处理突出煤层的新思路,对比考察了钻孔割缝前后钻孔瓦斯抽采浓度、抽采量的变化规律,通过区域措施效果检验进一步验证了水力割缝自卸压效果。结果表明:采用割缝自卸压增透技术后,达标时间由112 d缩短至72 d,工程量减少了32.7%。     

余吾煤矿松软煤层水力割缝参数优化研究

为了解决松软煤层条件下水力割缝卸压增透效果差、割缝钻孔排渣困难的问题,开展了松软煤层条件的水力割缝工艺参数研究.在研究松软煤层水力割缝主要控制因素的基础上,分析了不同水力割缝工艺参数对割缝煤层卸压增透效果、钻孔瓦斯抽采的影响;通过现场考察不同工艺参数下水力割缝煤层瓦斯抽采效果、钻孔割缝出煤数据,得到了松软煤层最佳水力割...     

底抽巷穿层钻孔水力割缝压裂增透煤层技术研究

针对屯兰煤矿12507突出煤层工作面的工作面巷道掘进时期的瓦斯治理和突出防治难题,提出并试验了底抽巷穿层钻孔水力割缝压裂增透煤层技术,用以提高低透煤层的透气性系数和煤巷条带瓦斯抽采率,结果表明:(1)采取割缝(压裂)综合增透的钻孔,其瓦斯抽采的平均浓度是常规钻孔的2.86倍;(2)支管瓦斯抽采纯流量是未压裂前的2.6倍;(3)煤层残余瓦斯含量下降了3.618 m3/t;(4)割缝压裂综合作业提高了瓦斯抽采效果和抽采效率,具有明显的煤层增透效果。     

突出煤层水力冲孔卸压增透效果数值模拟研究

为了探究水力冲孔技术对突出煤层的卸压增透效果,选取典型的严重突出煤层工作面作为对象,通过分析水力冲孔对煤层增透卸压的作用机理,进而再考虑有效应力及煤体基质收缩综合作用,引起渗透率动态演化的条件下,构建了煤层瓦斯流动的气固耦合模型,利用COMSOL-Multiphysics数值模拟软件对该矿条件下水力冲孔的增透卸压的影响范围进行模拟。得到了不同冲出煤量情况下煤层瓦斯压力及地应力的分布与变化,从而确定了水力冲孔在不同出煤量时的有效半径和影响半径。     

顺层长钻孔超高压水力割缝增透技术研究与应用

为解决低渗透性中硬煤层顺层钻孔抽采半径影响范围较小、抽采效果较差等问题,研究了工作面顺层长钻孔超高压水力割缝技术。通过应力波效应研究了水射流破煤机理,分析了超高压水力割缝卸压增透原理,研制出工作压力达100 MPa的超高压水力割缝成套装置,实现了超高压状态下不退出钻杆的钻割一体化工艺和远程操作功能,考察了超高压水力割缝参数,形成了顺层钻孔超高压水力割缝工艺技术。现场试验得出：割缝钻孔平均单刀出煤量为0.32 t,等效割缝半径达1.51~2.08 m;割缝后钻孔瓦斯抽采浓度同比提高了1.44倍,瓦斯抽采纯流量提高了3倍,有效抽采半径为对比普通钻孔的3.6倍,钻孔施工时间缩短约30%,抽采达标时间缩短40%左右。应用表明,采用超高压水力割缝增透技术后,煤层的透气性明显改善,达到了快速卸压增透的目的。     

水力割缝空间分布模式对煤层卸压增透的作用规律

水力割缝技术是实现煤层卸压增透的有效手段,目前由水力割缝技术形成的致裂裂缝空间分布模式对煤层卸压增透的作用规律尚不明确。本文采用颗粒流模拟方法(PFC2D)对内含不同角度单缝及不同空间排布方式多缝的煤体开展了单轴压缩数值模拟试验,针对水力割缝周围微裂缝大量发育与连通促使煤层卸压增透的物理机制,提出了评价煤层割缝卸压增透效果的2个指标:加载过程中微裂缝显著产生时的单轴应力门限(σγ)与多条割缝的连通性。其中,σγ越低、多条割缝的连通性越强,割缝间的微裂缝越容易在低应力条件下形成并相互连通,割缝的卸压增透效果越好。模拟结果表明,单条割缝与煤体边界最大主应力方向夹角(α)呈90°时γ最小(3.2MPa);2条割缝(α为90°)排布方向与煤体边界最大主应力方向(割缝排布角β)呈45°时,水力割缝间具有最高的连通性与较低的应力门限(σγ为2.4 MPa);3条割缝(α为90°且β为45°)呈折线型交错排布模式时,割缝间的连通程度最高,且σγ较双割缝进一步降低了16.7%。通过上述模拟结果,确定了有利于煤层卸压增透的割缝最优空间分布模式,即α为90°的多条割缝以45°的排布角(β)交错分布。     

穿层水力冲孔卸压增透效果的研究

分析了水力冲孔增透消突的机理,阐述了水力冲孔的工艺流程,以北辰矿8111工作面底板巷为试验地点,考察了水力冲孔前后抽采影响半径、煤层瓦斯含量、透气性系数、抽采瓦斯浓度和瓦斯流量的变化。并利用RFPA2D-Flow软件模拟了水力冲孔前后煤层裂隙发育过程,研究了水力冲孔后煤层应力和渗透系数对抽采效果的影响。     

深钻孔高压水力割缝增透技术在突出煤层中的应用

水力割缝是一项能够有效提高煤层透气性的本煤层渗透性改性技术。深钻孔与高压水力割缝相结合可以大大提高施工效率。寺家庄煤矿在突出煤层进行了水力割缝的推广试验。根据进行切割半径的试验,在突出煤层中利用60MPa的射流进行切割,切割半径可以达到1.5m;对100m深的钻孔进行割缝,成功率可以达到80%以上;割缝后的瓦斯流速是普通抽放钻孔的4~5倍。试验证实深钻孔高压水力割缝具有良好的经济效益和安全效果。     

松软低渗突出煤层水力冲孔卸压增透研究

针对松软低渗突出煤层瓦斯治理难题,提出水力冲孔物理改性强化增渗瓦斯治理技术。采用理论计算、FLAC3D数值模拟方法对不同钻孔间距条件下孔洞周围煤体的塑性破坏特征进行了分析,对应力演化特征进行了量化表征。研究表明：水力冲孔后孔洞间煤体x向应力明显降低,距离孔洞越近,降低幅度越大;y向应力影响范围与塑性破坏区域范围相当;z向应力峰值应力出现了明显的升高,随着钻孔间距的减小,垂直应力曲线由双峰曲线演化为单峰曲线;孔洞空间为煤体卸压提供了自由面,能够卸除围压,集中应力向孔洞间煤体转移。其后,基于瓦斯煤体渗透率与三向应力和瓦斯压力之间的关系,对不同钻孔间距条件下渗透率演化特征进行了量化表征,孔洞周围煤体渗透率与原始煤体相比大幅提高,促进瓦斯解吸和流动,并确定了合理的钻孔布置间距。现场试验表明：水力冲孔增大了松软煤体暴露面积、为煤体提供卸压增透空间,高负压抽采支管瓦斯流量和浓度明显提升,考察评价单元瓦斯抽采纯量在6.20～9.8 m3/min范围内波动,瓦斯抽采体积分数在34%以上。     

松软煤层水力割缝缝槽形态控制技术研究及应用

为解决松软煤层(f>0.2)超高压水力割缝期间缝槽发育难控制、易垮孔等问题,通过理论分析手段,分析了割缝缝槽周围煤体应力分布规律,获得了割缝缝槽周围煤体塑性区分布影响因素。研究了高压水射流破煤规律,得到了影响割缝缝槽形态的主要因素为割缝压力、喷嘴直径及煤体自身硬度。提出了基于松软煤层特点的超高压水力割缝缝槽形态控制技术,获得了控制松软煤层缝槽深度、宽度以及发育速度的关键参数为割缝压力、喷嘴直径及压力调节速度。通过现场应用表明,针对松软煤层其缝槽形态控制合理参数为：割缝喷嘴直径2.5～3.0 mm,割缝压力70 MPa,割缝调压间隔3～5 min。验证了松软煤层水力割缝缝槽形态控制技术适用性,可效提高松软煤层水力割缝施工成功率及安全性。     

水力割缝(压裂)综合增透技术研究

穿层钻孔预抽低透气性煤层瓦斯,时间长、效果不明显,严重影响矿井采掘交替。基于水射流割缝和水力压裂理论原理,结合红阳二矿开采条件、瓦斯实际情况,在底抽巷实施了穿层钻孔水力割缝(压裂)综合增透技术试验,介绍了布孔技术工艺,对煤层增透效果进行检验。     

低透厚煤层穿层水力割缝增透技术试验研究

孟津煤矿为煤与瓦斯突出矿井,主采二1煤层属高瓦斯低透气性松软煤层且不具备开采保护层的条件,瓦斯抽采难度较大,开孔钻进过程会出现夹钻、顶钻、塌孔和喷孔等现象,造成钻孔钻进深度小,抽放及卸压覆盖范围小,从而造成掘进速度慢.提高煤层瓦斯预抽效果的突破点在于扩大煤层瓦斯抽采有效影响半径、钻孔的合理布置参数及方式.因此,抽采钻孔有效影响半径特性的研究对钻孔进行优化设计有很大帮助,进而提高煤层瓦斯抽采率、钻孔冲煤量、缓解采掘接替紧张具有重大意义.     

基于煤层卸压增透的水力割缝最优出煤量研究

针对钻割一体化技术在高瓦斯松软煤层应用时,割缝钻孔出煤量过多容易引发喷孔和塌孔的问题,通过对不同出煤量割缝钻孔的瓦斯抽采效果进行分析,确定割缝钻孔最优出煤量的方法,得出了割缝钻孔存在最优出煤量的结论,以王行庄矿瓦斯抽采为例,对割缝钻孔出煤量最优值的确定方法进行了说明.     

基于煤层顺层钻孔的水力冲孔増透效果实践

以陈四楼煤矿北部西翼回风联络巷煤巷段为对象进行水力冲孔试验,对比分析了试验区域水力冲孔前后水力冲孔的孔径、冲煤量,煤层顺层钻孔的瓦斯流量、瓦斯浓度、瓦斯含量的变化情况。试验表明水力冲孔措施能够增加煤层透气性,提高瓦斯抽采效率,缩短抽采时间,达到消突的目的。