定向千米钻机在近水平煤层石门揭煤中的应用与探索

针对作为瓦斯突出矿井的大宁煤矿近水平煤层石门揭煤措施控制区域大、预抽钻孔施工质量要求高等问题,结合定向千米钻机轨迹可控、过程可溯的特点,提出采用千米钻机反向穿层钻孔预抽揭煤区域煤层瓦斯的技术方案。该方案实现了煤层产状的精准探测和钻孔质量的全过程管理,突破了传统揭煤措施在时间及空间上的限制,实现了区域煤层超前抽采,煤层瓦斯含量由10.25 m³/t降低至5.84 m³/t,既保证了抽采效果,又有效控制了揭煤作业时的瓦斯突出风险。     

水力压裂技术在新景矿低透性煤层的应用研究

针对新景矿瓦斯涌出量大、煤层透气性差、瓦斯抽放效率低等问题,通过阐述水力压裂技术起裂机理和裂缝扩展机理以及采用数值模拟手段分析煤层裂缝扩展效果,并将该技术运用到新景矿山西组3~#煤层,使得煤层透气性得到了明显改善。压裂区的瓦斯抽采浓度为47%～55%,而未压裂区的钻孔抽放浓度仅为25%～37%,提高了1.5倍;压裂钻孔瓦斯抽采量基本维持在5 m³左右,而未压裂区仅为3 m³左右,提高了1.7倍。这表明,瓦斯抽采量和瓦斯抽采浓度得到了有效提升,改善了该煤层的瓦斯抽采效果。     

高瓦斯低透气性煤层水力压裂增透技术研究

为提高中兴煤矿松软煤层透气性,有效解决传统钻孔瓦斯抽采难题,通过现场工业试验及瓦斯抽采效果对比相结合的方法,对2号松软煤层水力压裂增透技术及工艺进行了研究。结果表明：水力压裂方案实施后,煤层透气性提高明显,瓦斯抽采浓度、流量分别增幅3.6倍、2.7倍,抽采巷风排瓦斯量平均降低0.68m³/min,减幅27%,水力压裂可有效提升煤层瓦斯抽采效率。     

密集水力冲孔增透抽采瓦斯试验研究

高瓦斯含量低透气性突出煤层高效抽采瓦斯是复杂地质条件下工作面瓦斯治理的主要难题。为增加该类煤层透气性,依据瓦斯流量法测试水力冲孔影响半径的结果,利用煤层底板巷布置穿层密集钻孔,对工作面进行水力冲孔强化增透,达到高效预抽煤层瓦斯的目的。研究结果表明：水力冲孔在煤体中形成的孔洞促使钻孔周围煤体持续膨胀变形,约在1.8倍孔洞直径范围内煤体的地应力下降,煤体受压程度降低,煤体透气性增大;水力冲孔加速了煤体瓦斯的解吸,实现了连续18 d,平均单孔瓦斯体积分数大于52.64%的高浓度瓦斯预抽效果;预抽60 d后,煤层瓦斯含量由原始的9.09 m³/t降至4.03 m³/t。可见,采用密集穿层钻孔水力冲孔,提高了煤层预抽瓦斯效果,实现了低透气性突出煤层的消突,保障了工作面的安全生产。     

水力压裂增透技术在石门揭煤预抽中的应用

为提高松软突出煤层瓦斯抽采效果,通过分析水力压裂煤体致裂增透消突机理,在逢春煤矿石门揭煤工作面,采用高压水力压裂增透技术,进行水力压裂增透,并预抽煤层瓦斯,然后揭煤。水力压裂增透后,瓦斯抽采效果得到大幅提高,预抽达标时间缩短了220d。揭煤过程中,突出预测指标明显降低,未出现预测超标现象;并且揭煤工期缩短了40%,提高了石门揭煤施工效率。     

水力化卸压增透技术在石门快速揭煤中的应用研究

为了解决西南地区松软煤层所面临的瓦斯抽采难度大、消突时间长的难题,在新维煤矿石门揭穿8#突出煤层期间,通过抽采钻孔,采用单孔多次高压水力割缝形成缝槽,并同时实施中压注水实现导向性水力压裂的煤层增透方法,增加了待揭露区域煤层的透气性,缩短了预抽时间。结果表明:高压水力割缝形成缝槽为水力压裂起到一定的导向作用,水力压裂裂缝和割缝缝槽共同形成连贯塑性区;经过水力化措施后,煤层透气性提高,单孔抽采瓦斯流量平均提高2倍;单孔抽采瓦斯浓度平均提高3倍左右,实现了石门快速揭煤。     

水力压裂增透工艺及瓦斯综合治理效果考察研究

针对某矿703综采工作面瓦斯涌出问题,在工作面回采前先对工作面进行顺层孔致裂卸压增透,再施工工作面顺层抽采钻孔治理本煤层瓦斯涌出。结果表明,未压裂区域煤层原始瓦斯含量为6.68 m³/t,压裂区域煤层瓦斯含量约为3.59 m³/t;未压裂区域煤层原始瓦斯压力为0.4 MPa,压裂区域煤层瓦斯压力约为0.14 MPa;未压裂区域煤层透气性系数为0.007 3 m²/(MPa²·d^-1),压裂区域煤层透气性系数为0.024 2 m²/(MPa²·d^-1),与未压裂区域相比,压裂区域的瓦斯抽采浓度和抽采纯量都有大幅度的提高;703工作面采取措施前,回采工作面相对瓦斯涌出量16.6 m³/t,绝对瓦斯涌出量84.01 m³/min;而703工作面采用综合瓦斯治理措施情况下,回采工作面相对瓦斯涌出量13.29 m³/t,绝对瓦斯涌出量60.28 m^...     

水力割缝增透技术在石门揭煤中的应用

石门揭穿突出煤层具有突出强度大、密度大、对矿井安全生产造成严重威胁的特点,为保证安全高效地实现石门揭穿突出煤层,通过在白龙山煤矿一井一采区下部车场石门揭C7+8突出煤层施工瓦斯预抽钻孔期间,对部分钻孔采取水力割缝增透技术措施,大大提高煤层透气性,在提高抽采效果的同时降低煤层瓦斯压力和瓦斯含量、缩短石门揭煤工期,实现安全高效揭煤的目的。试验结果表明:采取水力割缝增透措施后,单孔平均抽采浓度24.7%,最高78.6%,较普通工艺钻孔提高8.2倍;日抽采瓦斯纯量最高1713.6m~3,较普通工艺钻孔提高6倍;采用水力割缝增透工艺的石门揭煤区域预抽时间提前60%。     

煤层群联合压裂增透石门快速揭煤技术研究与应用

为了解决低渗透率煤层石门揭煤抽采钻孔工程量大、抽采时间长的问题,将联合压裂增透技术应用于石门揭煤。在新疆2130煤矿+1 830 m水平回风石门揭5、6号煤层时,仅施工1个压裂钻孔,用3个胶囊封孔器精确确定封孔位置,使压裂点避开岩孔段和煤岩交界面,两煤层同时联合压裂。研究表明:联合压裂增透技术能够实现2个煤层的联合压裂,压裂后煤层水分明显增加,压裂影响半径在14 m以上。压裂后煤层透气性明显改善,抽采3个月未见明显衰减现象;联合压裂增透技术与传统穿层单一煤层预抽方式相比,日均抽采瓦斯体积分数和瓦斯纯量约提高2.3倍和3.8倍,钻孔工程量大约减少75%,抽采时间缩短约60%,整个工期缩短约70%。     

井下水力压裂技术在低阶煤层中的工程实践

针对珲春矿区赋存的煤层具有低煤阶、透气性好和高瓦斯的特点,开展了水力压裂技术工业试验,对比分析了压裂区域内外高位钻孔瓦斯抽采浓度及本煤层预抽钻孔压裂前、后抽采参数、工作面瓦斯涌出量和降尘效果。试验结果表明:压裂区域内高位钻孔抽采瓦斯浓度较压裂区外平均提高2.65倍;压裂后本煤层预抽钻孔瓦斯抽采浓度较压裂前平均提高1.83倍,流量平均提高39倍;回采工作面的瓦斯涌出量由压裂区域外的23 m~3/t降低到第1阶段压裂区域的9.82m~3/t和第2阶段压裂区域的7.51 m~3/t;压裂影响半径达20~34 m,本煤层预抽钻孔间距也大大增加。     

钻扩一体化技术在石门揭煤工作中的应用

突出矿井石门揭煤过程中最易引发煤与瓦斯突出事故,而目前石门揭煤工作中防治煤与瓦斯突出的主要措施是穿层钻孔预抽煤层瓦斯,但低透气性煤层中单一采取这一措施难以达到理想的消突效果。钻扩一体化水力扩孔技术,能有效增加煤层透气性和抽采钻孔有效影响半径,辅以严封孔、高负压抽采措施,快速实现抽采达标,保证揭煤安全。     

基于水力压裂增透的多煤层瓦斯隧道快速揭煤防突技术研究

为实现瓦斯隧道安全快速有效地揭煤,以正习高速公路天城坝隧道揭煤工程为背景,分析了水力压裂大范围增加煤层透气性原理与增透效果影响因素,基于水力压裂增透技术建立了多煤层瓦斯隧道揭煤防突技术体系,探讨了以超前探测、初探、精探、区域瓦斯防突及检验、工作面防突及检验、验证揭煤等为核心的揭煤防突流程,优化了瓦斯隧道水力压裂防突技术...     

水力割缝技术在松树镇煤矿的应用研究

低透气性煤层卸压增透技术严重制约煤层瓦斯抽放。针对松树镇煤矿煤层赋存条件,应用水力割缝技术对该矿回采工作面进行了卸压增透,并通过钻孔瓦斯浓度、抽采负压及钻孔瓦斯流量对水力割缝效果进行考察。结果表明,实施水力割缝技术后,钻孔瓦斯浓度明显上升,考察周期内,绝大部分钻孔瓦斯浓度高于10%;各钻孔的抽采负压数值稳定,钻孔瓦斯总平均流量达到0.034 m³/min,远高于普通钻孔的平均流量0.005 m³/min。     

穿层钻孔水力化卸压增透技术

低透气性煤层瓦斯抽采是我国矿井瓦斯治理的瓶颈所在。近年来水力射流技术在矿井石门揭煤、底板巷消除地应力方面有了很大的发展,因此,开展水力射流技术在本煤层强化瓦斯抽采方面的研究具有重要意义。采用水力射流扩大钻孔的直接影响范围,通过对扰动煤体的体积、表面积、单孔瓦斯抽采量、钻孔影响半径的考察,对比分析了水力射流技术和钻孔抽采技术的数据,得出钻孔直径增大11.7～19.2倍,扰动煤体体积提高3 471～6 971倍;钻孔瓦斯衰减周期延长了7～10倍;单孔抽采效果提高6～8倍。     

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。     

千米深井区域压裂增透技术应用与研究

针对矿井开采垂深下延,煤层透气性低,造成矿井采掘接替紧张现状。以平煤股份十二矿己₁₅-31040进风巷低位瓦斯治理巷为工程背景,对比采取水力压裂增透技术前后,煤层区域瓦斯含量的卸压效果。现场实测,己₁₅、己_16-17煤层绝对瓦斯压力分别为0.83～1.30、0.86～1.06 MPa,原始瓦斯含量分别为5.41～12.86、9.63～13.84 m³/t。水力压裂后分别沿压裂孔走向、倾向方向、不同步距点进行卸压效果考察:己₁₅煤层瓦斯含量较原始平均值降低5.41 m³/t左右,己_16-17煤层瓦斯含量较原始平均值降低2.91 m³/t左右。研究得出,沿走向方向外段瓦斯含量降幅大于里段,沿倾向方向巷道下帮方向瓦斯含量降幅大于上帮方向。研究分析煤层抽采效果考察等工作,为大垂深、低透气性,高应力矿井煤层增透促抽提供指导。     

煤巷快速掘进气相压裂增透技术研究及应用

针对夏店煤矿煤巷掘进工作面瓦斯涌出量高、掘进速度慢、采掘接替紧张等问题,将气相压裂增透技术引入到掘进工作面瓦斯抽采实践中,阐明了低渗煤层气相压裂增透机理,研究分析了低渗煤层气相压裂增透装备系统和气相压裂增透工艺,并在夏店煤矿掘进工作面进行了工程应用。结果表明:气相压裂增透技术具有降低巷道瓦斯涌出浓度、促进巷道瓦斯均衡涌出、提升巷帮钻场瓦斯抽采效果和加快巷道掘进速度等多重作用;实施气相压裂措施后,抽采钻孔的瓦斯浓度、混合流量和抽采纯量得到有效提高,抽采时间内瓦斯抽采纯量是未进行气相压裂的5.12倍;掘进面前方煤体的瓦斯含量及钻屑瓦斯解吸指标K₁有明显下降,其中瓦斯含量下降2 m³/t,K₁值下降0.12 mL/（g·min^0.5）左右;巷道掘进平均单日进尺从4.0 m提升至5.5 m,掘进速度提升显著,极大地缓解了工作面接替紧张问题,保障了工作面的安全高效开采。     

碎软煤层底板梳状孔分段压裂抽采瓦斯技术

为提高煤层的瓦斯抽采效果,以阳泉矿区15#碎软煤层为研究对象,对煤层及其底板岩层特征进行分析,融合煤层底板梳状长钻孔和分段水力压裂技术,形成针对各个梳状分支孔的分段压裂方式,并理论分析了该方式水力压裂裂缝扩展延伸规律。试验研究了满足分段压裂技术要求的梳状长钻孔设计与施工工艺,构建了基于裸眼封隔器+滑套投球分段压裂工具组合的压裂参数设计和压裂施工工艺流程,最终形成梳状长钻孔主孔长度534 m,分支孔5个,主孔下入分段压裂工具串490 m,实现了4个分支孔分段压裂,单段最大注水量611 m³,最大泵注压力17.18 MPa;与常规的穿层钻孔瓦斯抽采技术对比,试验后瓦斯抽采浓度提高了10.53倍,百米钻孔瓦斯抽采量提高了2.02倍。     

快速石门揭煤技术在大众煤矿的应用

石门揭煤容易发生突出事故,其主要原因是岩层的透气性远远低于煤层的透气性,在煤层外部形成了一个"保护盖",导致煤层中保存了大量的高压瓦斯气体,另外石门揭煤作业瞬间大面积的暴漏煤体,导致应力失衡而引发突出。基于上述原因,提出穿层钻孔预抽煤层瓦斯和导硐揭煤法相结合的快速石门揭煤技术,并成功应用于大众矿13031下底板抽放辅助巷揭煤作业,揭煤周期较以前提高了近60 d,有效的缓解了工作面接替紧张的局面。     

韦二煤矿煤储层物性特征及煤层气资源前景

依据韦州矿区煤炭勘探煤层资料、煤层气参数井获取的储层资料,通过对煤层气开发地质信息的有效提取,对韦二煤矿煤储层物性进行深入分析、研究,对煤层气资源量进行了计算,并采用数模方法预测了煤层气抽采率,确定了地面煤层气抽采相对有利区。研究认为:区内煤层含气性整体偏低,煤层甲烷含量在0.20～11.73 m³/t,气含量高值区仅出现在部分煤层、局部区域。多期次构造运动致使裂隙发育复杂化,硬度变小,煤体结构多为碎粒—糜棱结构,渗透率降低。主要可采煤层煤层气资源量为5.55×10⁸ m³,资源丰度为1.51×10⁸ m³/km²,属中等丰度、小型煤层气藏。各煤层煤层气采收率较低,约为15%,可采潜力较差。资源量在煤层分布上相对集中,12、14、15煤层气含量4 m³/t以上重叠区域为煤层气地面抽采相对有利区块。