水力压裂增透技术在昌兴煤矿松软低透煤层瓦斯治理中的试验研究

为提高昌兴煤矿松软低透煤层瓦斯抽采效果,拟对2101和2102运输巷掘进条带区域进行水力压裂增透技术试验,在1320运输石门钻场设计施工5个压裂钻孔,并对钻孔进行套管和固孔,根据10号煤层性质确定压裂参数和压裂泵选型,经过水力压裂,由瓦斯参数统计分析结果可知,试验增透效果较为明显,压裂区单孔抽采瓦斯浓度及抽采量得到大幅度提升,该技术的成功试验为矿区类似条件的煤层瓦斯治理提供了参考。     

低透气性煤层蠕变预裂增透技术应用

大湾煤矿面临煤与瓦斯突出矿井低透气性煤层瓦斯抽采难的困扰。为弥补原有的密集顺层钻孔瓦斯抽采技术效果差、抽采率低的不足,大湾煤矿与相关企业合作,创造性地采用高压脉动空气量子植入蠕变预裂增透技术进行瓦斯抽采。明确瓦斯概况和论述技术原理后,在21110综采工作面回风顺槽对该技术进行了现场应用。实践表明,该创新技术可有效增加煤层透气性,延长钻孔瓦斯流量衰减周期,有效减少预抽时间,增大抽放半径;此外,可以减少钻孔工程量,提高抽采效率,极大降低煤与瓦斯突出的危险性。     

水力压裂增透技术在瓦斯抽采中的应用

为了提高低透气性煤与瓦斯突出煤层的瓦斯抽采量,达到抽采消突的目的,新元矿进行了底抽岩巷穿层钻孔水力压裂增透技术试验。试验结果表明:压裂前后瓦斯抽采浓度提高了14倍以上,瓦斯抽采纯量提高了18倍以上,水力压裂能够较好的改善煤层透气性,提高本煤层瓦斯抽采钻孔抽采浓度及抽采纯量。     

基于二氧化碳致裂增透技术的低透煤层瓦斯治理

为解决马堡煤矿15~#煤掘进工作面瓦斯涌出量大、抽采效果差的问题,通过理论分析和现场试验的方法,分析了二氧化碳致裂增透机理,设计了煤层增透试验方案,并在二采区运输下山掘进工作面进行了应用。在巷道迎头实施二氧化碳致裂爆破后,2组钻孔内瓦斯浓度平均提高了3倍,巷道掘进期间回风流中瓦斯浓度由抽采前的0.79%降为爆破后的0.26%,下降了67%,瓦斯平均抽采纯量提高了2.39倍,平均抽采混量提高了0.87倍。研究表明,二氧化碳致裂增透技术是一种有效的煤层增透手段,可以改善高瓦斯低透煤层难抽采的现状,显著提高瓦斯抽采效果。     

可控冲击波煤层增透与注气驱替瓦斯治理

针对杜儿坪矿北三8号煤层透气性及煤层瓦斯的渗流速度低的问题,在杜儿坪煤矿北一胶带机大巷后部实施可控冲击波技术与注气驱替联合抽采技术。该技术主要利用气体的驱动作用和置换作用,促进瓦斯的解吸扩散,提高瓦斯采收速率。通过可控冲击波对煤层增透以后,可显著改善煤层渗透性能,注入高压气体提高了煤层能量,加快了煤层瓦斯的渗流速度,进一步促进瓦斯的解吸扩散,缩短了瓦斯采收时间,有利于矿山瓦斯治理。提前完成对目标区域的瓦斯抽采,能保证矿井抽采达标及正常生产接续,进一步降低生产成本,保障矿井生产安全,为杜儿坪煤矿的瓦斯治理探寻新的技术途径。     

弱透气性煤层受岩石下保护层开采影响卸压增透效果研究

针对平煤股份十矿大埋深弱透气性煤层下保护层开采工程,采用岩石破裂损伤理论和有限元计算方法,研究了被保护层变形规律、应力演化过程、卸压保护范围及瓦斯抽采效果。结果表明,随着保护层工作面的推进,其上覆煤岩体同时发生拉伸应力和剪应力破坏,被保护层大量的裂隙扩展发育,孔隙率大幅提高;随着保护层的开采,被保护层呈现出压缩和膨胀的变化规律,位于保护层采空区中部上方的被保护层变形最大,变形膨胀率最大,因此有利于煤层的卸压增透和瓦斯的抽放;岩石保护层开采后对被保护煤层沿倾斜方向预计保护范围卸压角为78°。工业试验显示:在己_15-16-24130岩石下保护层开采后,上覆己_15-16煤层变形膨胀率在0.62%~1.54%,己₁₇煤层变形膨胀率在1.71%~3.67%;在预计保护范围线位置测定的煤层最大综合残余瓦斯压力为0.42 MPa,最大残余瓦斯含量为4.210 7 m³/t。证明预计保护范围是可靠的,为平煤十矿下保护层开采区域瓦斯治理技术的推广应用提供了可靠的依据。     

马堡煤矿15号煤层水力压裂增透技术研究

针对马堡矿15号煤层瓦斯含量高、煤层透气性差、钻孔施工量大、瓦斯抽采率低等问题,提出以15108综放工作面为试验地点进行水力压裂增透试验来增加煤层透气性。通过对水力压裂增透技术原理的研究,分析了水力压裂试验流程,确定了试验设备仪器、压裂工艺参数,最终成功完成了水力压裂试验。并通过对注水压力的变化分析和试验前后抽采效果的对比,总结得出通过对煤层进行水力压裂,可大幅度提高煤层透气性和钻孔瓦斯抽采效果、增加煤层瓦斯抽采半径、缩短抽采周期,有效解决马堡矿瓦斯治理难题。     

液态CO_2压裂增透技术在松软煤层瓦斯治理上的应用

为提高松软煤层瓦斯治理效果,基于液态CO_2低温、低黏度、相变高压膨胀等特性,对松软煤层进行液态CO_2压裂增透实验,考察分析压裂实验后瓦斯抽采效果,研究其变化规律。实验表明:压裂孔周围形成了由壁面位移区、纵向裂隙发育区和多裂隙发育区的压裂影响区域,压注有效影响半径不少于20 m,压裂区域抽采效果提升显著,抽采混量总体呈上升趋势,抽采浓度、抽采纯量提高近1倍,压注间隔周期为10 d,10 d后呈衰减趋势;与传统的增透方式相比在安全性、时效性存在较大优势。     

低透气煤层卸压增透技术在通矿集团的应用

针对通矿集团低透气性煤层情况,论述和分析了低透气性煤层瓦斯抽采的各种卸压增透技术原理,并在通化矿业集团进行了应用,结果表明,应用这些卸压增透措施后,明显增加了煤层的透气性,提高了瓦斯抽采率。同时指出了煤层卸压增透技术是提高瓦斯抽采率的主要发展方向。     

冲压一体化联合增透技术在软煤层瓦斯治理中的应用研究

针对单项水力化增透措施存在一定缺陷及软煤层存在着瓦斯治理难等问题,在分析水力冲孔及水力压裂作用于煤层的基础上,将水力冲孔及压裂对软煤层进行联合增透,并得出一套施工工艺流程,将该技术应用于红阳二矿西三下部采区1202工作面,现场试验表明：试验区域经过水力冲孔压裂后,瓦斯含量及瓦斯压力明显降低,透气性系数得到大幅度提高,增透效果明显,并且对三个区域进行瓦斯抽采情况对比,冲压一体化增透区域单孔瓦斯抽采浓度、纯量均高于对比试验考察区域,并且连续接抽200余天,瓦斯纯量抽采总量上亦明显占优。从中可以说明,冲压一体化为软煤层现场瓦斯治理提供了新思路。     

高瓦斯低透气性煤层深孔爆破增透技术研究

介绍了高瓦斯低透气性深孔爆破增透技术的基本原理、钻孔布置、爆破及工艺设备等具体参数。深孔爆破后,增大了钻孔瓦斯有效抽放半径和高瓦斯煤层通透性,成倍地提高了瓦斯抽放率;而且降低了煤与瓦斯突出的威胁性,从而有效地解决了高瓦斯突出煤层采掘工作面瓦斯超限与煤与瓦斯突出的问题。     

冲压一体化卸压增透技术在煤层区域瓦斯治理中的应用

通过对水力冲孔和水力压裂技术的分析,集成2种水力化措施的优点,研究了冲压一体化卸压增透技术原理,介绍了技术的适用条件,并进行了现场工业性试验。现场工业性试验结果表明:冲压一体化卸压增透技术能够有效的提高钻孔瓦斯抽采浓度和抽采纯量,进而缩短煤层瓦斯抽采达标时间,能够为煤矿安全高效生产提供重要的技术支撑作用。     

低透气性煤层深孔聚能爆破增透技术及实践

针对松树镇煤矿低透气性煤层瓦斯抽采率低的问题,在矿井瓦斯地质研究基础上,分析了聚能爆破煤体致裂机理,将爆破裂隙划分为粉碎区、裂隙发育区和裂隙扩展区,同时对爆破钻孔、装药及封孔工艺进行了设计,并现场应用了深孔聚能爆破增透技术。结果表明,聚能爆破后抽采钻孔平均瓦斯浓度是爆破前的1.70～3.21倍,爆破影响区平均瓦斯体积分数均值为11.26%,是非影响区的2.21倍,而且装药长度越大,爆破增透效果越显著。     

本煤层脉动水力压裂卸压增透技术应用

针对余吾煤业S1206工作面煤层瓦斯含量大、煤层透气性系数低的特点,开展脉动水力压裂试验强化瓦斯抽采,研究了脉动水力压裂卸压增透机理,设计了脉动水力压裂的钻孔参数、封孔工艺和压裂参数。试验结果表明,与普通瓦斯抽采钻孔相比,压裂孔的瓦斯浓度平均提高4.7倍,纯流量平均提高了6.3倍;导向孔的瓦斯抽采浓度平均提高了3.7倍,抽采纯流量平均提高了3.9倍,实现了煤层的快速卸压增透,提高了瓦斯抽采效果。     

低透气性煤层高压水力压裂—冲孔联合增透技术研究及应用

针对深部开采煤层普遍存在的构造应力复杂、透气性系数低、抽采效果差等问题,为探究最优的瓦斯抽采技术方案,以水溪煤矿K₁松软煤层为研究对象,分别采用水力压裂、水力冲孔、普通抽采和高压水力压裂—冲孔联合增透4种技术,进行现场对比应用试验。结果表明：高压水力压裂—冲孔联合增透技术对煤层透气性系数的提高程度分别为水力压裂、水力冲孔和普通抽采方案的1.85、1.61、6.30倍,抽采瓦斯纯流量分别提高了1.42、1.33、2.32倍,此外,抽采汇总瓦斯浓度(CH₄体积分数)保持在42.6%以上,抽采效率为四者之中最高。现场应用结果表明,高压水力压裂—冲孔联合增透技术具有明显的技术优势。     

随钻水力冲孔技术在松软低透气煤层瓦斯增透中的应用

松软低透气性煤层,由于煤层松软、透气性低,瓦斯抽放浓度低、持续时间短、抽放量小,使煤层瓦斯区域预抽效果不理想。作为改善瓦斯抽采效果的有效方法之一,水力冲孔法以其原理简单、易于实现的优点广泛应用于各大煤矿,但是需要预先施工先导孔,辅助作业时间长。为解决这一问题,研究了随钻水力冲孔技术,该技术采用钻进-冲孔一体式钻具,将钻孔施工与冲孔施工一次完成,不需重复起下钻,提高了工作效率。采用随钻冲孔技术在赵庄煤矿进行了现场试验,试验证明,随钻水力冲孔技术能够满足矿方施工要求,且通过计算对冲孔直径进行了评价,瓦斯抽采钻孔通过水力冲孔可将原常规施工钻孔直径扩大12.2倍。     

高瓦斯低透气性煤层深孔爆破增透技术

通过理论分析和芦岭煤矿Ⅱ1048工作面现场工程试验,给出了高瓦斯低透气性深孔爆破增透技术的基本原理、钻孔布置、爆破及工艺设备等具体参数。深孔爆破后,增大了钻孔瓦斯有效抽放半径和高瓦斯煤层渗透性,成倍地提高了瓦斯抽放率,而且降低了煤与瓦斯突出的危险性,从而有效地解决了高瓦斯突出煤层采掘工作面瓦斯超限和煤与瓦斯突出问题。     

水力压裂增透技术在单一低透气性煤层中的应用

豫东地区陈四楼煤矿煤层为单一低透气性突出煤层,瓦斯预抽存在难度大、效率低的问题,严重制约了煤矿安全生产。为增加煤体透气性,提高瓦斯抽采效果,井下水力压裂是一种行之有效的措施。依据瓦斯赋存情况,在煤体瓦斯含量低于5 m³/t区域进行水力压裂增透试验,既能大幅降低钻孔工程量,加快区域治理进度,又能有效保证压裂过程中施工安全,防范压裂期间瓦斯异常涌出,引起瓦斯事故,对低瓦斯区域实现科学治理、精准施策具有重要意义,同时也能为高瓦斯区域进行压裂尝试提供借鉴。