复合关键层综放开采瓦斯运移与抽采耦合规律研究

针对复合关键层工作面开采后覆岩裂隙演化及瓦斯运移涌出耦合规律,以王家岭煤矿12313综放工作面为工程背景,通过研究工作面推进后覆岩活动、裂隙演化情况,得到工作面覆岩裂隙分布特征,建立数值模型,分析卸压瓦斯运移规律。最终将研究结果应用于12313综放工作面现场瓦斯治理及效果检验。结果表明：12313综放工作面复合关键层初次破断步距为49.84m,走向模型的垮落带和裂隙带组成的“两带”高度为121.1m,切眼侧和工作面一侧的裂隙区宽度分别为45.6m和44.6m,切眼和工作面的垮落角分别为62°和60°,倾向模型的垮落带和裂隙带组成的“两带”高度为115m,运输巷一侧和回风巷一侧的裂隙区宽度分别为37m和40m,运输巷和回风巷的垮落角分别为62°和63°;12313综放工作面施加“高位定向钻孔+回风巷埋管”抽采措施后,回采过程中上隅角最大瓦斯浓度能够保持在安全范围内,当埋管口深度为17.3m时,上隅角瓦斯浓度达到0.478%,有效解决了上隅角瓦斯超限及积聚问题,可为类似条件下采煤工作面瓦斯治理提供参考。     

高瓦斯易自燃综放工作面瓦斯防治技术研究

通过针对40106综放工作面高瓦斯易自燃厚煤层综放工作面瓦斯治理工作进行实践,采用马丽散有效封堵钻孔渗水取得很好的封孔效果,并对不同层位钻孔瓦斯抽放效果进行比较分析,最终得出采用终孔布置在裂隙带层位的抽放钻孔进行瓦斯抽放可以解决采空区瓦斯涌出量大的问题,有效控制了上隅角瓦斯超限.     

老采空区瓦斯储量预测方法研究

以采动上覆瓦斯卸压运移的“三带”理论为基础确定了老采空区瓦斯的赋存范围,给出了考虑覆岩关键层结构的导气裂隙带和卸压解吸带高度计算方法。根据老采空区瓦斯来源,利用分源法建立了基于瓦斯卸压运移“三带”理论的老采空区瓦斯储量预测模型。结合阳泉三矿K8108综放工作面的生产地质条件,对K8108综放工作面覆岩导气裂隙带和卸压解吸带高度进行了计算,其覆岩导气裂隙带和卸压解吸带高度分别为115.3和157.7 m。利用老采空区瓦斯储量预测模型对K8108综放工作面老采空区瓦斯储量进行预测,该工作面老采空区瓦斯储量预计为3 078万m3。同时,利用物质平衡法对模型预测结果进行了验证,结果表明,两种方法的计算结果相差较小。     

综放工作面瓦斯涌出特征及防治技术

针对综放开采条件下瓦斯涌出问题,选取阳煤五矿为研究对象,基于现场通风、瓦斯数据,统计分析综放工作面的瓦斯涌出特征,结合阳煤五矿瓦斯赋存规律及覆岩裂隙演化规律,对综放条件下瓦斯涌出特征的原因进行分析,理清了综放工作面瓦斯涌出规律,基于此规律总结分析了综放工作面瓦斯防治技术,通过布置内错尾巷以构建"U+I"型通风方式实现了上隅角瓦斯治理,通过布置走向高抽巷实现了邻近层瓦斯卸压抽采,抽采量高达100m3/min,抽采率超过90%。     

高瓦斯综放工作面瓦斯抽采综合技术研究

针对3125综放工作面瓦斯治理困难问题,通过数值计算及理论分析,对工作面前方塑性区宽度、上覆岩层裂隙带高度及O型圈分布进行确定。基于此提出了本煤层顺层水平预抽钻孔和顶板走向高位长钻孔技术措施对工作面瓦斯进行综合治理,取得了良好的技术及经济效果。     

厚煤层采动覆岩裂隙分布特征及卸压瓦斯抽采技术

针对崔家沟煤矿2303综放工作面瓦斯涌出量高易造成瓦斯超限的安全难题,应用采动裂隙椭抛带理论,在分析特厚煤层综放开采覆岩破坏特征的基础上,采用物理相似模拟和UDEC数值模拟试验研究了采空区覆岩"三带"演化规律,建立了采动裂隙椭抛带数学模型,确定出了覆岩裂隙瓦斯抽采有利区,提出了低-中-高位钻孔相组合的瓦斯抽采方案,并进行了工程应用。结果表明:2303综放工作面垮落带高度为33 m,断裂带高度为110 m,距离煤层底板35 m以上55 m以下与外椭抛面交集的范围为瓦斯抽采的有利区域;通过低-中-高位钻孔抽采方案的实施,上隅角瓦斯浓度小于0.6%,回风巷瓦斯浓度小于0.5%,有力保障了工作面的安全高效回采。     

覆岩采动裂隙演化规律相似材料模拟试验

针对综放工作面的覆岩采动裂隙演化规律问题,基于陕西彬长集团小庄煤矿40309综放工作面的煤层赋存条件,采用相似材料物理模拟试验及理论分析的方法,研究了综放开采过程中的覆岩采动裂隙演化规律.研究结果表明,在工作面推采过程中,上覆岩层在纵向上逐渐演化为冒落带、裂隙带、弯曲下沉带的"竖三带"分布,并在梯形台两侧形成了瓦斯上浮...     

低位综放工作面瓦斯治理技术研究

为解决高瓦斯厚煤层低位综放工作面回采期间上隅角瓦斯管理困难的问题,根据工作面生产现状和瓦斯治理存在问题,在加强通风的前提下,研究改进上隅角埋管抽采、上隅角封闭抽采、回风巷顶板裂隙带抽采等新技术,取得了较好的瓦斯抽采效果,有效地控制了工作面回采期间瓦斯涌出,保证了安全生产。     

高位瓦斯抽放巷治理综放工作面瓦斯

针对3119综放工作面瓦斯涌出量大,瓦斯超限,改进抽放方式,介绍了3119综放面高位瓦斯抽放巷布置及效果,分析了3119综放工作面瓦斯超限的原因和瓦斯涌出规律。     

高瓦斯煤层综放工作面瓦斯运移规律实测研究

以某矿S2205综放工作面为例,通过长期现场观测并结合数值模拟对综放工作面的瓦斯涌出规律进行研究,得到S2205工作面瓦斯涌出量的不同来源及各自所占比例,其中采空区内的瓦斯涌出量约占到工作面风排瓦斯涌出量的48.1%。同时对开采初期和正常回采期间的瓦斯涌出变化情况进行了统计和分析,发现瓦斯涌出量的变化与工作面矿压显现有着直接的联系,基本顶的垮落造成工作面前方煤体裂隙扩大和增加,并挤压采空区而导致瓦斯涌入工作面,造成工作面瓦斯涌出量的增大甚至超限。通过对综放工作面瓦斯涌出规律的分析,可以为高瓦斯综放工作面的瓦斯防治提供指导依据。     

巨厚火成岩下采动裂隙场与瓦斯流动场耦合规律研究

为考察巨厚火成岩下远程下保护层开采覆岩采动裂隙场与瓦斯流动场耦合规律,通过采用理论分析、相似模拟试验、数值模拟实验及现场观测的方法,分析了覆岩垮落变形和裂隙发育规律,研究了巨厚火成岩下瓦斯储运规律。结果表明：巨厚火成岩控制着其上覆岩层的全部运动,弯曲带内存在裂隙与离层长期不闭合的区域,即离层区;弯曲带内离层区存在大量离层裂隙和少数穿层裂隙,其中裂隙成为瓦斯运移的通道,离层成为瓦斯的富集区;巨厚火成岩下断裂带与离层区内气体运移与煤岩体变形之间存在着复杂的相互作用,它是渗流场、浓度场和裂隙场（包括离层）之间耦合的一个动态平衡体系。     

暂堵技术在致密砂岩气藏压裂中的应用

鄂尔多斯地区蕴藏着大量的天然气,拥有典型的低渗透、低压、低产、多层系、非均质性较高的致密气资源。常规压裂法开采工艺不佳,无法实现预期的开采效益,为此,提出暂堵技术在致密砂岩气藏压裂中的应用。针对储层地质特征的特点,采用高强度、高封堵性能、易降解的暂堵剂,在纵向上完成多层系统的临时封堵和分层迁移,达到缝内转向的目的,形成新的分支裂缝,使气藏的改型容积和气密性得到明显的改善。该工艺应用后,暂堵区的压力平均提高了3 MPa。断裂的平均长度比普通压裂段增加5.8%,断裂长度增加12.5%,保证复杂缝网的生成结果,可广泛地进行实际应用。     

煤层气井低产原因及二次改造技术应用分析

我国多数煤层气储层低孔低渗、构造煤发育,储层改造效果难以保障,单井产气量和采收率低。选择高效的储层改造和增产技术,提高低效井产量,是当前煤层气产业发展的关键任务。本文系统剖析“地质储层条件、工程施工改造和排采管理控制”影响的低产原因,分析煤层气井二次改造相关技术及应用效果,为不同类型低效井针对性改造提供建议。煤层气井可二次改造的低产原因主要包括压裂裂缝扩展不足、裂缝/管柱煤粉堵塞和压降面积受限等,改造中需考虑煤体结构分布、初次裂缝形态、储层渗透性、产气产水量变化、排采及控制设备适用性等因素。二次改造技术分为物理法、化学法、微生物法和其他方法,物理法中二次水力压裂、间接压裂和无水压裂技术以及化学法中酸化增透和泡沫酸洗技术运用较广泛。二次改造应根据地质条件、初次改造效果、工程排采情况选择针对性技术,避免储层再次伤害,以实现有效改造,提高煤层气单井和井网产气量。     

高煤阶煤层气扩散-渗流机理及初期排采强度数值模拟

为了分析排采控制对气井产能的影响,以沁水盆地南部煤层气藏为例,应用分子动力学、岩石力学理论,分析了高阶煤层气扩散、渗流机理;应用Simed软件,分别采用不变渗透率、应力敏感以及考虑割理压缩率变化的S-D渗透率模型,进行了不同煤体结构高阶煤层气井初期排水强度数值研究。研究表明:解吸、扩散、天然裂缝渗流以及压裂裂缝导流等环节需协调作用,才有利于产气;随着排采的进行,扩散系数会逐渐增大,而压裂裂缝导流系数会因有效应力作用、煤粉堵塞等因素而降低;渗透率是影响研究区气井产能的关键因素,渗透率高的产气效果好;构造煤对于初期降液速率较敏感,对较高的导流系数不敏感;原生、碎裂煤对初期降液速率不敏感,但对导流系数较敏感;低渗煤层气井宜采用较低的初期降液速率;高渗煤层气井可以采用较高的初期排采强度持续排出水和煤粉。     

首采煤层顶底板围岩裂隙内瓦斯储集及卸压瓦斯抽采技术研究

低透性松软高瓦斯煤层群首采层开采过程中，顶低板岩层冒落、移动，产生裂隙，开采煤层和邻近卸压煤层内的瓦斯将大量卸压、解吸，卸压瓦斯沿裂隙通道汇集到环形裂隙圈内，形成瓦斯积存库。本文将论述环形裂隙圈位置的确定方法，分析裂隙圈内瓦斯积存的过程，介绍将抽采钻孔和巷道布置在首采层的顶板环形裂隙圈内进行瓦斯抽采的技术和效果。     

郑庄区块高阶煤层气低效产能区耦合盘活技术

高阶煤层气井低产低效区的普遍存在,已成为制约我国煤层气产业发展的主要瓶颈之一。沁水盆地郑庄区块有2/3的矿井属于低效井,区块整体经济效益差,以郑庄区块为例,剖析造成高阶煤煤层气低效开发问题的影响因素,提出了低效区盘活技术策略和模型。建立了井网部署方式、储层改造适应性技术、高效排采管控方式3个方面的优化技术,形成了适用于高阶煤储层煤层气井增产的技术系列:一是基于开发动态分析和数值模拟的开发井型井网优化技术和水平井耦合降压盘活直井技术;二是基于煤储层特征及煤层气开发机理分析的高阶煤储层疏导式储层改造技术;三是基于煤储层气-水赋存机理和微裂隙气-水流动机理的高效排采管控技术。在此基础上,提出了郑庄区块低效产能带耦合盘活的工艺技术思路:以资源有效动用为核心,通过调整井网井型,采取疏导式储层改造技术和高效排采管控模式,实现低效区带整体协同降压,新井高效开发,老井稳定增产,达到区块整体盘活的效果。建立了低效区整体盘活工艺技术模型,并在郑庄区块进行了现场试验。为期3 a的现场试验取得了显著的开发效果:44口直井平均单井日产气量2 400 m~3,是周围老井峰值产气量的3.6倍;22口水平井盘活试验井产量是调整前水平井的4.2倍,耦合降压使得周围低产直井平均单井日产气量提高了435 m~3,试验区采气速度由调整前的1.8%提高为目前的7.6%,提高了区域煤层气储量动用程度和采气速度,使区块开发经济效益转亏为盈。该项技术的研发成功,为国内类似地质条件煤层气低效区盘活提供了示范和借鉴。     

碎软低渗煤层顶板水平井分段压裂煤层气高效抽采模式

碎软低渗煤层的煤层气高效抽采一直是制约我国煤层气产业化发展和煤矿瓦斯灾害防治的技术瓶颈。以安徽淮北矿区芦岭煤矿8号碎软低渗煤层为研究对象,通过开展现场调研、分析测试、理论分析、水力压裂物理模拟和数值模拟等工作,提出了碎软低渗煤层的煤层气顶板岩层水平井分段压裂高效抽采模式,揭示了该模式下水力压裂裂缝的扩展延伸规律及控制机理,构建了该模式实施的主要工艺流程。研究结果表明:顶板岩层相对脆性、裂缝扩展压力较高,碎软煤层相对塑性、裂缝扩展压力低。在顶板岩层水平井进行套管射孔和水力压裂,顶板岩层中产生的压裂裂缝,在垂向上向下扩展伸延并穿入碎软煤层;同时在水平方向上也快速扩展延伸,由此产生的牵引作用撕裂下部碎软煤层形成较长的压裂裂缝。数值模拟结果显示,在给定的压裂施工参数条件下,顶板岩层中压裂在碎软煤层中形成的压裂裂缝长度,是直接在碎软煤层中压裂形成的压裂裂缝长度的6.7倍。碎软煤层和顶板岩层中形成的这些压裂裂缝在后续加砂压裂过程中被充填,成为煤层气从下部煤层向顶板岩层水平井运移的导流通道。显然,采用这种抽采模式,碎软低渗煤层可以获得良好的压裂改造效果。研究成果应用于淮北矿区芦岭煤矿煤层气顶板岩层水平井抽采示范工程,取得了很好的产气效果,水平井单井曾连续3,6,12个月平均日产气量分别为10 358,9 039,7 921 m3,截至2017-11-16,已累计产气500万m3,日产气量仍在3 200 m3以上,创造了我国碎软低渗煤层的煤层气水平井气产量的新记录。     

水力压裂增透技术在南桐煤矿的应用研究

为探索低渗煤层的瓦斯抽采增产关键技术,提高瓦斯抽采效率,缩短抽采达标时间,针对南桐煤矿瓦斯治理中的难题,开展了煤矿井下水力压裂增透抽采瓦斯技术研究。研究结果表明:水力压裂可在煤层中形成一组沿最大主应力方向延伸、最小主应力方向张开的径向张性裂缝,明显提高煤层的透气性;南桐煤矿K2煤层最大破裂压力为32.0MPa,选择压力为38.0MPa的设备工况进行压裂,单孔平均压入水量400m3左右;-325m7511工作面压裂后钻孔平均每米抽采贡献量是传统工艺的49倍,减少了预抽钻孔工程量,降低了成本,提高了瓦斯抽采效果。     

井上下联合抽采瓦斯技术在岳城矿的应用

为解决采空区瓦斯大量涌出严重制约综采工作面生产的技术难题,针对岳城煤矿1302采煤工作面瓦斯浓度高的情况,基于煤炭开采时空接替、瓦斯抽采关系,提出适合高瓦斯煤矿瓦斯治理的井上下联合抽采采空区瓦斯技术模式。实践表明:该技术模式能够大幅度降低工作面瓦斯超限的威胁,有效抽采高瓦斯矿井采空区积聚瓦斯,提高了高瓦斯煤矿瓦斯抽采水平和安全生产效益。     

淮北矿业集团瓦斯灾害治理综述

淮北矿业集团根据不同煤层瓦斯赋存条件,研究了不同的治理方法,建立了复杂地质条件极松软低透气性煤层瓦斯治理模式:采取了地面钻孔预抽技术、开采保护层技术、底板巷道穿层钻孔预抽、六步法多循环石门揭煤技术、高瓦斯弱突出煤层本层解突技术等多种有效措施,并建立瓦斯治理技术规范,实现了高瓦斯突出煤层的安全高效开采.