构造煤层水力造穴卸压增透瓦斯抽采技术体系与应用

构造煤层具有渗透率低、煤层强度较低、瓦斯含量较高等特点,易出现堵孔、喷孔等现象,直接导致该类煤层瓦斯抽采难度较大。为解决构造煤层低渗透率导致的瓦斯抽采难题,分析了现有煤层增透技术及优缺点,介绍了一种区域性水力造穴卸压增透技术,提出了水力造穴卸压增透瓦斯抽采技术体系,具体包括水力造穴钻冲装备、煤水分离和煤量计量系统、高低负压独立瓦斯抽采系统。以试验采区为工程背景,介绍并分析了现有煤层增透技术及其优缺点,研究提出了区域性水力造穴卸压增透技术,形成了以水力造穴钻冲装备、煤水分离和煤量计量系统、高低负压独立瓦斯抽采系统为主的区域性水力造穴卸压增透技术体系。现场试验等间距7 m、8 m、10 m、12 m以及变间距水力造穴方案,分析不同钻孔直径的抽采效果,对比分析单孔及组孔的瓦斯抽采效果。研究结果表明,采用变间距水力造穴卸压增透技术,有效保障了煤体卸压增透效果,解决“掘进-抽采”不均衡问题,为解决构造煤层低渗透率导致的瓦斯抽采难题提供一种新技术。     

低渗煤层瓦斯抽采顺层钻孔水力造穴卸压增透效果研究

为了揭示水力造穴参数对钻孔瓦斯抽采效果的影响规律,指导煤层水力造穴增透技术施工参数的合理选择。建立了煤层损伤-应力-渗流耦合模型,分析了不同造穴参数下煤层卸压增透效果,展开了顺层钻孔水力造穴现场工程试验,考察了不同造穴参数下钻孔瓦斯抽采效果,结果表明：采用水力造穴技术形成的孔穴能够有效降低其周围煤体应力,提高煤层渗透率,增加瓦斯钻孔抽采效果;造穴半径越大煤层的卸压程度越大,进而煤层渗透率增幅就越大,但在实际工程中过大的造穴半径会使得孔穴稳定性差,钻孔塌孔堵塞瓦斯涌出通道会使得钻孔瓦斯抽采量有所降低,试验矿井最优造穴半径为0.6 m;造穴间距对它们之间的应力降低区范围有着较大的影响,在一定距离条件下孔穴卸压有着明显的叠加效应,造穴间距越近叠加效应越明显,煤层应力越小,卸压增透效果越好。试验钻孔穴间距由8 m减小到6 m时,单孔平均瓦斯抽采纯量增加389.16%。     

顺层钻孔钻冲一体化卸压增透强化抽采技术应用

针对阳泉矿区松软低透高突煤层钻孔施工难、瓦斯抽采效果差的问题,提出了钻冲一体化水力冲孔造穴瓦斯抽采技术。并结合阳煤新景矿工程实践,设计了掘进工作面水力造穴工艺及方案。应用结果表明,水力冲孔造穴在松软低透高突煤层钻孔抽采瓦斯中,卸压增透效果明显,瓦斯抽采浓度提高10倍,抽采量提高6倍,抽采率提高近1倍,残余瓦斯含量始终未超标。     

底抽巷穿层钻孔卸压增透技术研究

针对底抽巷穿层钻孔预抽效果差的问题,结合新景公司3煤坚固性系数小、埋深大、瓦斯含量高等特点,提出了利用底抽巷穿层预抽钻孔进行卸压增透的方法,分析了水力冲孔造穴卸压增透和CO_2气相预裂爆破卸压增透技术原理。通过现场试验,与原底抽巷穿层钻孔预抽对比分析,水力冲孔造穴和CO_2气相预裂增透技术卸压增透效果明显,取得了良好的瓦斯抽采效果,为新景公司3煤解决煤层条带瓦斯提供一种新的思路和方法。     

高河能源低渗煤层分段水力造穴增透技术

高河能源3~#煤层属高瓦斯低渗煤层,随着煤层开采强度的增大,单一普通钻孔瓦斯抽采难以快速降低煤层瓦斯含量,采掘接替紧张问题日趋凸显。因此,为提高本煤层瓦斯抽采效率,强化煤层瓦斯抽采效果,有效缓减采掘接替紧张,对本煤层实施了分段水力造穴增透技术。现场试验结果表明,实施分段水力造穴增透技术后,与普通瓦斯抽采钻孔相比,单孔平均瓦斯抽采纯量可增加3～4倍,增透效果显著,但受钻孔倾角影响,水力造穴钻孔抽采瓦斯浓度普遍低于普通预抽钻孔,出现高流量低浓度的瓦斯抽采规律。研究成果可为其它低渗煤层分段水力造穴增透技术实施及相关参数选择提供科学借鉴。     

五阳煤矿水力造穴周边钻孔应力变化试验研究

五阳煤矿属于高瓦斯矿井,主采3~#煤层为较难抽采煤层,通过多次试验并考虑到塌孔因素,决定在7612掘进工作面应用水力造穴增透技术。通过对比分析水力造穴技术应用前后瓦斯抽采量和周边钻孔应力变化,研究水力造穴对周边煤体的卸压作用。结果表明:在水力造穴钻孔周边1.0～2.5 m处均有较为明显的卸压作用,2.5～3.5 m范围内卸压持续时间、卸压速率、卸压幅度均有所降低,而在3.5 m的范围卸压作用则十分微弱。     

水力大直径分级造穴卸压效果数值模拟研究

为了提高低透气性煤层瓦斯抽采效果,利用水力大直径分级造穴技术,研究低透气性煤层卸压增透效果。通过对煤体受力平衡方程、瓦斯渗流方程以及耦合方程,分析了煤体中的瓦斯吸附、解吸、渗流过程以及同应力之间的耦合关系。利用COMSOL Multiphysics软件,构建了零透气性边界的抽采、造穴三维计算模型,研究了不同抽采时间和不同造穴半径(0.3 m、0.6 m、0.9 m)条件下的卸压抽采效果。研究结果表明,煤层造穴后随着瓦斯不断抽采,钻孔周围瓦斯压力随之下降,随着抽采时间逐渐增加,瓦斯压力降低区逐渐扩大,卸压范围不断增大。半径0.9 m的造穴孔腔模型瓦斯压力下降速度更为明显,能在更短时间内对煤层进行卸压增透,实现煤层消突。     

不同结构特点煤层机械造穴增透效果分析与应用

基于新田煤矿、糯东煤矿各自煤层不同结构特点,采用机械造穴卸压增透技术进行瓦斯抽放,并对比普通钻孔抽放效果,分析增透后不同煤层造穴半径的影响因素和抽放提升效果。结果表明:煤层硬度是影响造穴半径的主控因素,同时机械造穴卸压增透技术在低透气性坚硬突出煤层、低透气性极软突出煤层中,无论穿层钻孔或是顺层钻孔均能起到明显的增透、增量、提抽作用,该技术使用范围广,应用前景广泛。     

水力冲孔造穴增透机制及应用研究

为研究水力冲孔造穴技术的卸压增透机制,利用受载煤体全应力—应变曲线,建立受载煤体渗透率演化模型,结合Comsol Multiphysics多物理场数值模拟软件,验证了水力冲孔造穴对煤体卸压增透的有效性。结果表明:水力冲孔造穴技术在形成半径为0.60 m的空洞后,在钻孔周围煤体内形成了半径为1.34 m的瓦斯渗透率增高区。该技术在焦煤集团九里山矿井下16051运输底抽巷开展试验,通过对普通钻区和冲孔造穴区的瓦斯抽采数据进行对比,可以看出:采取水力冲孔造穴措施后,抽采钻孔的瓦斯浓度提高了0.77倍,瓦斯抽采纯量提高了1.51倍,该措施有效地提高了煤层瓦斯抽采效率,减少了安全事故,保证了工作面的安全回采。     

高瓦斯低渗透煤层冲孔造穴卸压增透技术及装备应用

针对我国高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采困难、极易导致煤与瓦斯突出的现状,分析了现有煤层瓦斯抽采的各种技术措施,研究了冲孔造穴的卸压增透原理,指出冲孔造穴是实现高瓦斯低透气性煤层卸荷增透的关键技术,并对我国水力冲孔造穴技术装备的研发进展进行了系统总结分析。在寺家庄煤矿和平煤八矿开展典型现场试验结果表明,采用目前广泛应用的煤层水力钻冲一体化装备和煤层机械扩孔一体化装备能够高效进行高瓦斯煤层扩孔造穴,降低煤层钻孔施工量,提高煤层透气性系数23.9倍以上,提高钻孔瓦斯抽采浓度和纯量在2倍以上。     

水力冲孔造穴技术在煤层瓦斯抽放中的应用

针对新元矿掘进煤层瓦斯抽放难度大、抽采效率低等难题,新元矿通风部对传统煤层瓦斯抽采方法主要存在的问题进行分析,提出了水力冲孔造穴技术在31004辅助进风巷掘进煤层瓦斯抽放中进行应用,通过三个月应用效果分析发现,与传统瓦斯抽放技术相比水力冲孔造穴技术提高了钻孔成孔率,降低了工作面钻孔施工量,使单孔瓦斯抽放率提高至85%以上,大大提高了巷道掘进效率及突出掘进工作面卸压增透效果,取得了显著成效。     

斜沟矿水力冲孔卸压增透技术研究及其应用

斜沟煤矿煤层透气性系数低,为了更好地抽采煤层瓦斯,以该矿8#煤层18250工作面为研究对象,通过理论计算、数值模拟和现场实验的方法对水力冲孔增透技术进行研究。结果表明:水力冲孔技术在不同的造穴半径下对孔穴周围的应力分布是不一样的。随着水力冲孔造穴半径的增大,周围不断出现应力集中现象,半径增大,轴向应力不断增大,最终应力集中区连在一起,最大水平应力可达1. 53 MPa,卸压半径为5 m.现场试验表明:本煤层进行水力冲孔处理后瓦斯平均抽采浓度较未经水力冲孔处理的瓦斯抽采浓度提高约3. 4倍,抽采纯量提高为10倍。因此,水力冲孔措施可以有效的对该矿煤层进行增透,达到良好的透气性,改善瓦斯抽采效果。     

1302工作面瓦斯抽采水力造穴增透技术试验

基于李村煤矿煤层结构复杂、煤层松软、透气性低,存在本煤层瓦斯抽采效率低、难度大等问题,在1302 X作面进行了水力造穴增透技术试验。效果分析表明,采用水力造穴增透技术的单孔瓦斯抽采纯量是普通单孔的7.38倍。     

水力造穴增透技术在余吾煤业的应用

余吾煤业所采的3#煤层具有低透气性、瓦斯含量高等特点,为提高顺层钻孔的抽采效率,缩短抽采达标时间,开展了水力造穴增透技术应用。先后对钻孔间距、造穴布置形式、造穴工序、配套设备进行了改进,建立了视频监控煤量验收机制,形成了一套适合余吾煤业的水力造穴技术参数。8个推广地点的应用证明,水力造穴增透技术可大幅度提升巷道钻孔的成孔深度、瓦斯抽采浓度、万米抽采量,实现了高瓦斯煤层的高效抽采。     

新景矿本煤层水力造穴技术研究与应用

为解决新景矿3#煤层低透气瓦斯高突问题,卸压消突并提高工作面预抽瓦斯量,在3216工作面对本煤层水力造穴技术进行试验。应用新工艺技术后,与原本煤层钻孔抽采效果对比分析发现:水力造穴钻孔平均抽采浓度为42.4%,为原本煤层钻孔的1.6倍;瓦斯抽采纯量平均为0.094 m3/min,是原本煤层钻孔抽采量的2.3倍,提高了本煤层瓦斯抽采量,达到了消突增透的目的。     

穿层钻孔煤层段掏穴扩孔技术及应用

为提高低透气性煤层的预抽瓦斯效果,介绍了穿层钻孔煤层段掏穴扩孔卸压增透技术,运用数值模拟方法和现场实践相结合,分析了掏穴钻孔的增透增流机理。研究结果表明:对穿层钻孔煤层段掏穴扩孔后能排出大量煤体,钻孔周围煤体膨胀变形,煤体内地应力降低、裂隙增多、透气性大幅度提高,抽采影响半径可增大34.2%,瓦斯抽采浓度可提高2倍,瓦斯抽采纯流量可增大4-6倍。这一技术卸压增透效果明显,且施工简单,为矿井预抽煤层瓦斯提供了新途径。     

水力冲孔卸压增透技术在斜沟煤矿的应用研究

通过理论计算、数值模拟及现场试验的方法对水力冲孔增透技术进行研究。在不同的造穴半径下孔穴周围的应力分布是不同的。随着造穴半径的增大,钻孔周围不断出现应力集中现象,造穴半径增大,轴向应力也不断增大,最终二者连在一起,最大水平应力可达1. 53 MPa,卸压半径为3m。现场试验结果表明:18205工作面水力冲孔后透气性系数增大了23倍,瓦斯平均抽采浓度提高约4. 57倍,抽采平均纯量提高为9. 5倍,抽采浓度衰减时间明显增长。水力冲孔技术能有效对煤层进行卸压增透,透气性明显增大,改善瓦斯抽采效果。     

新景矿底抽巷穿层钻孔水力压裂卸压增透技术试验

根据新景矿3号煤层透气性差、瓦斯含量高、结构松软等特点,提出了底抽巷穿层钻孔水力压裂卸压增透技术,分析了水力压裂卸压增透技术原理,并对压裂工艺、技术参数和设备进行选型设计,通过现场试验取得了较好的瓦斯抽采效果,获得了水力压裂指标参数,为新景矿乃至阳泉矿区在低透气性高瓦斯突出煤层大范围推广水力压裂卸压增透技术提供了指导。     

水力冲孔压裂卸压增透抽采瓦斯技术研究

为了提升煤层瓦斯抽采效率,减少矿井瓦斯抽采工程量和抽采时间,讨论了水力冲压卸压增透机制,详细阐述了水力冲压卸压增透技术的工程实施模式,并将该技术应用于贵州新田煤矿煤巷条带瓦斯治理工作中,监测技术实施前后钻孔瓦斯抽采参数,数据分析结果表明:水力冲孔孔洞最大半径在0.23～0.72 m,水力压裂时的煤层破裂压力在13～26 MPa,冲孔后的平均瓦斯抽采体积分数提高了35%左右、瓦斯抽采纯量提高了1.1～5.0倍,冲压一体化作业后,钻场抽采浓度相较于冲孔后提高了0.8倍以上,钻场抽采纯量再次提高了3～5倍,卸压增透效果较为显著。工程试验结果证明水力冲压卸压增透技术能够实现煤层卸压增透,大幅提升煤层瓦斯抽采效率,对矿井安全高效生产有着重要的工程意义。     

低透气性煤层群井下增透技术

针对松藻矿区可采煤层透气性差、难于抽采问题,根据矿区煤层赋存特点,试验研究了水力压裂增透技术,形成了保护层开采卸压增透技术和高压水力压裂增透技术相结合的有效增透技术方法。矿区采取保护层开采卸压增透后,使被保护层渗透率增长倍数最高达2.03×104倍。采用高压水力压裂增透技术提高保护层透气性后,水力压裂增透半径可达70 m;增透后平均单孔抽采量提高3~5倍,抽采瓦斯体积分数提高3%~20%。松藻矿区采用这2项增透技术后,实现了低透气性煤层群瓦斯的顺利抽采,同时保证了矿井煤炭资源的安全开采。