煤层脉动注水渗透与瓦斯解吸实验研究

针对矿井粉尘浓度高和瓦斯突出严重等问题,文章根据煤层脉动注水特点,利用实验室实验和工业性试验研究了注水对孔隙率、吸水性和瓦斯解吸等影响规律,结果表明：不同煤体在脉动水压作用下,初期裂隙有效影响范围与后期降低程度均与煤体本身硬度有关,且随着煤层注水时间增加,裂隙有效影响区域增速逐渐下降|煤层脉动注水有利于裂隙发育及扩展,但对其极限注水量影响不大|煤层注水后,初期利于瓦斯解吸,而后期存在水锁效应,需根据矿井实际生产情况确定注水时间,用于煤层防突可忽略水锁效应,但对于瓦斯开采,应采取先抽后注措施,研究成果为决策和实施提供了依据。     

不同煤级煤液相侵入效应低场核磁共振实验研究

我国煤层普遍具有低透气性、高瓦斯含量的特性,在低透气性煤层增透方面,煤层注水、水力压裂、水力割缝等水力化技术得到了广泛应用,并取得了良好的瓦斯治理效果。然而水作为外侵液进入煤体,堵塞了瓦斯流动通道,降低了瓦斯解吸量,产生了水锁效应。为分析水力化技术造成水锁效应的内在机理,利用压汞实验分析了煤样孔容分布规律,以及利用扫描电镜分析了原始、饱水、饱CMC溶液煤样的微观结构,基于低场核磁共振技术研究了煤样在饱水状态以及饱CMC溶液状态下的液相滞留效应,并根据曲线相似度法分析了孔径与束缚流体饱和度的相似度。研究结果表明:CMC溶液可以溶解煤中的矿物质增加煤孔隙裂隙以及降低水在煤体表面的表面张力,从而达到解除水锁效应的目的;随着煤变质程度的增大,T_2截止值在逐渐减小,T_2截止值的数值与煤样孔径大小呈负相关;煤样的束缚流体饱和度远大于自由流体饱和度,煤样在饱水状态下的束缚流体饱和度比饱CMC溶液状态下高;高变质程度的煤大孔孔容少、微孔孔容多,使得水在煤孔隙中的毛细管力大,最终造成高阶煤的水锁效应严重;大孔孔容是影响束缚流体饱和度的主控因素,微孔起到正向促进作用,得到束缚流体饱和度S与大孔孔容V_A、微孔孔容VD的耦合关系式:S=94. 86-1 078. 96V_A+261. 24VD。滞留在煤体内的束缚水阻塞了瓦斯流动通道,是造成水锁效应的根本原因,增加煤层的孔隙裂隙以及选用合适的表面活性是减缓煤层水锁效应的有效措施。     

基于核磁共振测试的煤层水锁效应解除方法

为提高煤层瓦斯抽采效果,提出利用核磁共振(NMR)无损害测试方法,结合煤矿实际需求,从孔隙负压和表面活性剂两个方面对煤层水锁效应解除方法进行实验研究。结果表明:随孔隙负压的增加,核磁共振T2截止值可分为3个阶段:"稳定—降低—稳定"阶段。当煤层内的孔隙负压小于360.9 Pa时,煤层内的外来水会堵塞煤体孔隙,产生煤体水锁效应;当孔隙负压大于769.6 Pa时,能够消除水分对煤层孔隙的封堵,解除煤层水锁效应。在表面活性剂方面,阴离子和非离子表面活性剂溶液可以解除煤体中的水锁效应,有利于瓦斯抽采,且阴离子表面活性剂溶液解除水锁程度要大于非离子表面活性剂溶液;阳离子表面活性剂溶液会抑制煤层水锁效应的解除,阻止瓦斯在煤层中的运移,抑制瓦斯的抽采。     

煤层酸化增透技术的研究现状及进展

煤层酸化增透技术是近年来兴起并取得较好效果的1种煤层化学改性方法，通过向煤层中注入1种或多种酸液，溶蚀煤层孔隙中的矿物质，增大煤层孔隙间连通性，从而提高煤层渗透性。为了探讨酸化工艺对煤层渗透性的影响以及理清该技术的发展趋势，通过调研大量相关文献，系统综述了煤层酸化增透机理、进展及现场应用这3方面的研究现状，分析了酸化增透效果的影响因素及目前研究中存在的问题与不足。文献调研结果表明：酸化工艺在一定程度上可以提高煤层渗透性，但仍然存在水锁损害、酸化范围小等不足之处。结合目前研究的不足之处，提出了煤层瓦斯增透与酸化技术发展应加强研究的方向，未来可以从煤孔隙结构随酸化时间的演变机制、水锁效应的解除方法以及自转向酸对增透范围的影响等方面进行研究。     

阳煤一矿工作面高压注水方法的应用研究

煤层注水是防治矿井灾害的一种措施,在防治矿尘、瓦斯突出、减少回采时瓦斯涌出量等方面具有很好的效果,通过在阳煤一矿开展煤层注水的工程实例,分析验证了煤层注水的重要作用。     

煤层压裂开采与治理区域瓦斯的基本问题

由于煤层的矿物成分、结构体系、瓦斯的吸附解吸效应等导致含瓦斯煤层水压致裂复杂,煤层压裂治理区域瓦斯技术目前整体上还处于起步阶段。提出了煤层水压(流压)致裂治理区域瓦斯的理论、技术与装备等基本问题框架。在分析煤层物理化学特性的基础上,初步给出了煤层压裂的力学机制与裂缝基本空间形态。分析了含瓦斯煤层水压致裂的物理化学作用、结构改造增透、应力扰动效应、驱赶瓦斯效应、水锁效应等作用。以孔隙压力梯度作用机制为切入点,深入研究煤岩层压裂的细观破裂机理、应力扰动效应与评价方法、体积致裂机制、驱赶瓦斯效应、支撑剂在裂缝网络的运移规律与压嵌特性、排采规律等理论问题。针对驱赶瓦斯效应扬长避短,使含瓦斯煤层压裂上升至压裂驱赶层次。提出了需要深入研究的技术安全性评价、工艺技术、合理泵注排量、压裂裂缝扩展及其效应监测、适用条件与规范等技术问题。研制了井下压裂治理区域瓦斯的致裂封孔系统、分析软件与测控系统等成套装备。     

注水煤层瓦斯运移规律研究现状与发展方向

对煤层进行注水是目前比较常见的增加瓦斯抽采效率的方式,研究注水煤层瓦斯运移规律有助于丰富瓦斯渗流理论,而且还是合理部署水力化措施进行瓦斯抽采的理论依据。对注水煤层瓦斯运移规律的研究成果进行了系统的梳理,就相关理论陈列的观点进行了详细的分析。指出了注水煤层瓦斯运移规律研究的发展方向:考虑水的各项性质对煤体吸附解吸规律的研究;基于外部环境的变化对注水煤层瓦斯运移规律的研究;注水条件下基于瓦斯非线性渗流规律条件下建立更为精细的多物理场耦合理论的研究。     

应用煤层注水防治瓦斯异常涌出

通过对夹河煤矿7445运输巷掘进工作面实施煤体注水防瓦斯的应用与研究，介绍了应用煤层注水防治瓦斯的机理及7445运输巷掘进工作面煤层注水的技术参数，并通过瓦斯监吨．测、测定煤体物理力学性质的变化等技术手段对煤层注水后在瓦斯涌出、煤体应力等方面取得的效果进行了分析和阐述。注水后，卸压带内的瓦斯得到了释放，减少了瓦斯异常涌出现象的发生；煤体抗压强度降低，塑性增强，消除了煤与瓦斯突出的危险性。     

深部高瓦斯低透气性煤层水力挤出效果研究

阐述了水力挤出措施的工艺流程、钻孔布置和注水系统设备选型,考察了注水前后煤体应力的变化情况和钻孔有效影响范围,分析了水力挤出措施实施前后瓦斯涌出特征及规律。研究表明,在深部高瓦斯低透气性煤层采用水力挤出措施,可有效增强煤层透气性,减小瓦斯应力,降低瓦斯涌出量和涌出速度,防突效果明显。     

高瓦斯低透气性煤层掘进工作面瓦斯防治技术研究

该文分析研究了庚20煤层瓦斯赋存的影响因素,以及掘进工作面瓦斯涌出来源。研究发现,庚20煤层瓦斯含量与压力在横向上差异性明显,瓦斯异常涌出主要发生在地质异常区,工作面煤壁围岩裂隙涌出是瓦斯主要来源。提出了通过风排瓦斯、区域预测、卸压注水钻孔等综合防治措施,确保了掘进工作面施工安全。     

单一低渗透煤层注水促抽瓦斯效果评价及其应用

为确定合理的煤层注水促抽钻孔注水参数,提高单一低渗透煤层瓦斯抽采效果。对煤层注水促抽瓦斯难易程度进行可拓综合评价,经计算:可拓评价变量特征值为2.65,3#煤层注水促抽瓦斯偏难,注水促抽时需采取相关措施。提出“一注一抽”的注水孔-抽采孔间隔布置实施间歇性高压煤层注水促抽技术,钻孔布置间距5 m,注水压力8 MPa。经试验抽采结果:注水期间,煤层注水促抽以水驱瓦斯作用为主,注水停止后,以水置换解吸瓦斯作用为主,常村煤矿注水驱替促抽瓦斯持续周期为12 d左右,煤层注水后,瓦斯含量、解吸量、初始瓦斯解吸速度均明显降低,煤层注水促抽瓦斯取得较好的效果。     

采面煤层动压注水处理瓦斯的效果分析

治理高瓦斯采煤工作面瓦斯涌出,是安全生产的一个重要因素。通过对淮北矿业集团石台煤矿2359采煤工作面进行煤层注水后瓦斯涌出特征进行综合分析研究,阐述应用煤层注水这一措施处理煤层瓦斯的效果。     

利用瓦斯抽放钻孔注水降尘的实践

新立矿利用本煤层瓦斯抽放钻孔注水降尘 ,实现了一孔两用 ,在煤尘与瓦斯防治及改善工作面作业环境等方面 ,效果显著 ,经济效益可观。文章详细介绍了注水钻孔的选定、注水系统与注水参数的确定 ;对注水前后煤层含水率、瓦斯涌出量作了分析比较。     

煤层瓦斯非线性流动理论研究现状与展望

研究煤层瓦斯非线性流动理论有助于进一步认识煤与瓦斯突出机理,揭示煤层瓦斯非线性流动的致因是研究煤层瓦斯运移机理的关键。基于前期研究及文献调研,总结了国内外在煤层瓦斯非线性流动理论研究方面所取得的重要进展,展望了该领域中需要深入研究的方向和有关的发展趋势,认为煤层瓦斯非线性流动理论研究正朝着精细化、多因素多条件耦合的方向发展,加强多因素影响下煤层瓦斯非线性流动致因与非线性流动—多物理场耦合理论等方面的研究是未来主要发展方向。     

煤层注水在煤矿安全中的应用及效果浅析

介绍了煤层注水的方法,分析了用煤层注水技术降尘、预防煤与瓦斯突出、减小工作面瓦斯涌出量、防治冲击地压及火灾等的作用机理及在一些矿井的作用效果,最后提出了增大煤层注水量,提高煤层注水效果的措施。对非严寒和非缺水地区煤矿安全状况的改善具有重要指导意义。     

注水在煤层开采过程中的作用及影响

为研究注水在煤层开采过程中的作用及影响,以煤层注水对煤层力学特性的影响为基础,分析总结煤层注水在抑制瓦斯突出和瓦斯解吸、软化中硬顶煤、防治煤尘和减缓冲击倾向中的作用。结果表明:矿井注水后瓦斯的喷出频率比未注水时降低了56.4%;含瓦斯煤体在4MPa高压水的浸泡作用下,解吸率比未浸泡时降低了80%左右;注水使顶煤的采出率提高9%左右;长时(48h以上)注水可以使煤尘产出率降低20%;注水使矿井的冲击倾向降低一个等级。     

碎软煤层条带定向长钻孔水力压裂强化瓦斯抽采技术研究

为解决艾维尔沟矿区碎软突出煤层瓦斯抽采难的问题，阐述了定向长钻孔水力压裂消突机理，建立数值模型研究了水力压裂渗流场和应力场耦合规律及水力压裂效果的影响因素。研究表明：煤层注水压裂过程中，渗流引起煤炭内部有效应力场改变、煤体骨架发生变形，改变了煤体的物理力学性质，又进一步影响了水的渗流过程，渗流场和应力场相互作用、相互影响；注水压裂时间、注水压力、地应力和渗透率对水力压裂效果都有明显影响；煤的浸润过程靠压裂孔中的高压水来支撑，注水压力越高，压裂初期孔隙压力增长速度越快，较长的压裂时间和较高的注水压力有助于提高煤体孔隙压力、降低有效应力；地应力的增大会导致煤体颗粒受到压迫、颗粒间隙变小、煤体渗透率降低，需要提高注水压力才能取得较好增透效果。现场应用过程中，4号煤层采取水力压裂措施抽采109 d后，预抽率达14.4%,残余瓦斯含量下降了5.2%～34.6%,水力压裂影响半径为20～25 m,有效影响半径为18～19 m。     

煤层钻孔瓦斯抽采与注水降尘一体化应用

本文应用理论分析、数值模拟和现场试验的方法研究煤层钻孔瓦斯抽采与注水降尘一体化效应,得出在煤层瓦斯压力为0.63MPa,工作面孔隙率0.069,煤层渗透率为1.5×10~(-3)μm~2,在钻孔直径95mm,抽采负压为13kPa时,80m深的瓦斯抽采钻孔有效影响半径为3m,对相同钻孔进行注水降尘48小时后,注水湿润半径为6m。从实际的注水降尘效果可以看出,不同工序下的降尘率均超过了56%,降尘效果明显,实现钻孔"一孔两用"的目标。     

三软不稳定煤层局部高瓦斯治理技术

永煤公司龙王庄煤矿为典型的三软不稳定煤层,在掘进过程中煤层赋存不稳定且煤层及顶底板软,局部区域瓦斯涌出量异常,极大地影响了正常掘进。采取了深孔注水与浅孔注水相结合、增大供风量、松帮让压等行之有效的措施进行综合治理,消除了瓦斯隐患,确保了掘进施工的安全和进尺。     

瓦斯抽放对煤层注水效果的影响初探

就瓦斯抽放对煤层注水效果的影响进行了探讨,从瓦斯抽放可增加煤层渗透性和减小水驱瓦斯阻力的角度,分析了瓦斯抽放对煤层注水的增注机理。相关实验结果表明,瓦斯抽放之后,再用瓦斯抽放孔进行煤层注水,可较大幅度的提高注水效果,而且还能减少打孔工作量,是一种高效的注水方法。