低透破碎含水厚煤层高压水力扩孔瓦斯自排提效应用研究

针对观音山煤矿C₅厚煤层透气性差、煤质破碎且松软、局部含水等特点,开展底板穿层钻孔高压水力扩孔自排提效应用研究。通过现场试验表明,扩孔工艺大幅提高了钻孔瓦斯自排效率;钻孔出渣速率与瓦斯自排效率在限值内正相关。研究为类似矿井高压水力扩孔提高钻孔瓦斯自排效果提供了参考依据。     

低透厚煤层穿层水力割缝增透技术试验研究

孟津煤矿为煤与瓦斯突出矿井,主采二1煤层属高瓦斯低透气性松软煤层且不具备开采保护层的条件,瓦斯抽采难度较大,开孔钻进过程会出现夹钻、顶钻、塌孔和喷孔等现象,造成钻孔钻进深度小,抽放及卸压覆盖范围小,从而造成掘进速度慢.提高煤层瓦斯预抽效果的突破点在于扩大煤层瓦斯抽采有效影响半径、钻孔的合理布置参数及方式.因此,抽采钻孔有效影响半径特性的研究对钻孔进行优化设计有很大帮助,进而提高煤层瓦斯抽采率、钻孔冲煤量、缓解采掘接替紧张具有重大意义.     

松软低透煤层钻孔卸压增透技术研究

为解决松软低透突出煤层卸压增透难题,在祁南矿开展了深螺纹钻杆钻进工艺试验。效果考察结果表明,钻孔排渣量越大,煤体卸压效果越好;钻孔瓦斯初始涌出量越大、衰减系数越小,抽采达标时间越短。研究认为,松软低透煤层应以卸压增透为发展方向;钻孔卸压增透技术的本质就是加大钻孔排渣量;应制定配套的薪酬管理及钻孔考核验收制度,应把钻孔排渣量、瓦斯初始流量作为重要考核内容。     

松软低透气性煤层水力压裂增透瓦斯抽采技术研究

为解决松软低透气性煤层瓦斯抽采难度大、效率低的难题,以新景煤矿3^#煤层为研究对象,采用PFC^2D颗粒流数值模拟软件和控制变量法,研究不同注水流量和压裂时间对煤层水力压裂半径、裂缝最大开度和裂缝数目的影响。研究结果表明：松软低透气性煤层水力压裂半径、裂缝最大开度和裂缝数目与注水流量和压裂时间均呈幂函数形式增长。基于松软低透气性煤层的特点,引入压裂液效率,得到了压裂半径、裂缝最大开度和裂缝数目的修正计算公式。基于新景煤矿3^#煤层实际工程地质条件,在南五底抽巷进行了现场水力压裂试验。试验结果表明：当泵注压力为20~25 MPa、注水量为90~100 m³时,水力压裂半径约为50 m;水力压裂区域煤层透气性系数、平均抽采瓦斯浓度、百米巷道瓦斯抽采量和单孔平均抽采瓦斯纯流量分别为未压裂区域煤层的22.0、2.2、2.4、2.7倍,为新景煤矿3^#煤层水力压裂参数选取和瓦斯抽采设计提供了技术指导。     

水力冲孔强化增透松软低透突出煤层效果分析

以罗卜安煤矿为研究背景,在预抽煤层瓦斯前,采用水力冲孔措施对煤层进行增透。为了分析水力冲孔对松软低透突出煤层的增透效果,特对水力冲孔前后钻孔瓦斯涌出特征、煤层透气性系数和钻孔抽放有效影响半径的差异性进行了对比研究,结果表明:水力冲孔后钻孔初始瓦斯涌出量提高了6倍,百米极限瓦斯流量提高了46倍,钻孔瓦斯涌出衰减系数降低了85%,煤层的透气性系数提高了53.48倍,钻孔抽放有效影响半径提高了2～3倍。     

松软煤层水力割缝卸压增透技术研究

为解决赵庄煤业松软煤层瓦斯抽采率低的难题,以水力割缝技术为试验研究基础,在二盘区北回风巷进行了抽放效果对比考察,对不同穿层割缝钻孔布置方式及参数下瓦斯抽采浓度、抽采量等数据进行分析,摸索出适合赵庄煤业的以水力割缝技术增透的技术参数.试验表明,水力割缝钻孔与普通钻孔相比,瓦斯抽采浓度提高了1.49倍,抽采流量增加了3.0...     

低透气性特厚煤层水力压裂增透技术的研究与应用

针对低透特厚煤层瓦斯极难抽采的技术难题,提出了水力压裂增透技术。应用结果表明:实施水利压裂后,影响半径范围内煤层透气性系数提高了近50倍,平均瓦斯抽采浓度较之前提高了10.2倍,效果显著。     

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。     

松软低透煤层CO_2爆破增透技术应用研究

为了有效提高松软低透煤层瓦斯抽采效果,采用理论分析和现场试验的方法,研究了CO2爆破增透技术的增透效果。以韩城象山矿5号煤层为例进行了试验研究,试验结果表明:CO2爆破不仅能有效提高煤层透气性,而且高压CO2气体对煤层瓦斯具有一定的驱替置换作用。经CO2爆破后,其有效影响半径为8m,钻孔瓦斯抽采浓度提高了1.98~2.18倍,该技术能够有效提高松软低透煤层瓦斯抽采效果。     

低透煤层水力压裂增透技术应用

为了提高低透高突煤层瓦斯抽采效率,达到快速消突的目的,提出了水力压裂优化技术,主要包括采用了大流量、高压力的水力压裂成套设备;优化了压裂钻孔的封孔技术;改进了水力压裂的施工工艺,将压裂过程中注水压力设计成逐渐升高过程,并对改进后的压裂技术进行增透效果考察。试验结果表明:通过对水力压裂进行优化后,压裂的影响半径可达60m;相同抽采条件下,瓦斯抽采纯量与增透前相比平均提高了2.2倍,与采用普通水力压裂相比平均提高了1.3倍;煤层透气性系数提高了6.0倍,达到了提高瓦斯抽采效率和快速消突的目的。     

松软煤层井下水力压裂增透技术及应用

针对松软煤层弹性模量、抗压强度和抗拉强度较低,泊松比、孔隙压缩系数较高,易发生塑性变形等特点,将松软煤层井下水力压裂划分为煤体压密、裂缝起裂与裂缝扩展3个阶段,提出压裂工艺参数选择的参考原则,并在松软煤层典型矿区开展水力压裂现场试验。对压裂效果进行考察分析表明,在合理选择压裂工艺参数的前提下,水力压裂对于松软煤层增透作用明显。     

顺层水力导向压裂增透技术在低透气性松软煤层的应用研究

针对低渗高瓦斯松软煤层面临的瓦斯抽采率低的难题,提出运用顺层钻孔水力导向压裂增透技术改造煤层原始瓦斯赋存状态以提高瓦斯抽采率。理论分析了煤层水力压裂增透机理,并推导得出了距离水力压裂钻孔R处的煤体渗透率方程,分析发现压裂钻孔周围煤体渗透变化规律以及渗透率与压裂时间的关系。数值模拟研究得出常规顺层钻孔水力压裂增透半径为3 m,而运用水力割缝后进行导向水力压裂增透半径达到了6 m。现场试验表明,运用水力导向压裂增透技术能够有效提高低渗高瓦斯松软煤层的渗透性,从而提高本煤层瓦斯抽采效果。     

赵庄矿大流量水力扩孔增透瓦斯抽采技术

我国大部分矿区煤层透气性偏低,煤层气开发和井下瓦斯抽采难度较大。水射流技术目前被应用于煤层增透,包括水力冲孔、水力扩孔和水力割缝。以山西晋煤集团赵庄矿为例,对赵庄矿北翼回风巷3号煤层进行水力扩孔技术试验,结果显示:水力扩孔对赵庄矿煤层具有较好的增透作用,水力扩孔钻孔后瓦斯流量是未扩孔时的8~32倍,在不同程度上提高了瓦斯的抽采效率。     

松软低渗突出煤层水力冲孔卸压增透研究

针对松软低渗突出煤层瓦斯治理难题,提出水力冲孔物理改性强化增渗瓦斯治理技术。采用理论计算、FLAC3D数值模拟方法对不同钻孔间距条件下孔洞周围煤体的塑性破坏特征进行了分析,对应力演化特征进行了量化表征。研究表明：水力冲孔后孔洞间煤体x向应力明显降低,距离孔洞越近,降低幅度越大;y向应力影响范围与塑性破坏区域范围相当;z向应力峰值应力出现了明显的升高,随着钻孔间距的减小,垂直应力曲线由双峰曲线演化为单峰曲线;孔洞空间为煤体卸压提供了自由面,能够卸除围压,集中应力向孔洞间煤体转移。其后,基于瓦斯煤体渗透率与三向应力和瓦斯压力之间的关系,对不同钻孔间距条件下渗透率演化特征进行了量化表征,孔洞周围煤体渗透率与原始煤体相比大幅提高,促进瓦斯解吸和流动,并确定了合理的钻孔布置间距。现场试验表明：水力冲孔增大了松软煤体暴露面积、为煤体提供卸压增透空间,高负压抽采支管瓦斯流量和浓度明显提升,考察评价单元瓦斯抽采纯量在6.20～9.8 m3/min范围内波动,瓦斯抽采体积分数在34%以上。     

松软突出煤层采煤工作面水力压裂增透技术应用

为了解决淮南矿区突出煤层透气性差,原始煤层中钻孔抽采瓦斯流量小,预抽时间长的难题,开展了水力压裂增透技术研究,并在1351(3)工作面进行了试验,对水力压裂效果进行了考察。试验表明:水力压裂增透技术可以扩大煤层中的孔隙和裂隙,增加煤层的透气性,水力压裂影响半径不小于60 m,受水力压裂影响区域与原始煤体区域相比,单孔抽采量增加了260%,单位面积抽采纯量增加了45%,钻孔量减少40%。     

松软煤层水力冲孔与二氧化碳爆破联合增透技术

为有效解决松软煤层瓦斯透气性低、瓦斯抽采效果差的问题,提出一种水力冲孔与二氧化碳致裂爆破联合增透方法,即在水力冲孔基础上引入二氧化碳致裂爆破措施,加快松软煤体向孔洞移动的速度,进一步提高煤层透气性,延长高瓦斯流量抽采时间。在贵州高山煤矿9号煤层进行对比试验,抽采30d后,联合增透技术抽采钻孔瓦斯抽采量比单独使用水力冲孔措施提高45%;抽采60d后,联合增透技术采区域平均残余瓦斯含量比单独使用水力冲孔增透措施时降低了22%,为其他矿区松软煤层瓦斯抽采提供参考。     

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。     

碎软低透煤层分段水力压裂增透技术研究

碎软低透煤层普遍存在瓦斯抽采效果差的问题,加剧了生产接替矛盾,也对矿井安全高效生产影响尤为突出,亟待解决。以阳煤寺家庄公司15#煤层增透技术为研究对象,分析了碎软低透煤层瓦斯抽采的技术难点,探讨了梳状长钻孔分段水力压裂增透机理,进行了井下梳状钻孔钻进工艺试验。在此基础上,形成了适合碎软低透煤层水力压裂增透技术和工艺,采集和监测了增透过程中参数变化规律,完成了增透效果考察和评价。     

松软低透煤层底板岩巷水力冲孔治理瓦斯技术研究

针对大多数开采单一松软低透煤层时瓦斯治理面临的困难,提出了松软低透煤层底板岩巷水力冲孔技术,阐述了该技术的原理,在偃龙煤田的二1煤层进行了现场应用,结果表明,从12041工作面上巷的实际抽放情况来看,瓦斯抽放浓度在15％～20％之间,工作面回风流的瓦斯平均浓度从0.6％降到0.3％左右,并消除了工作面在放顶煤过程中出现的瞬间瓦斯超限现象.     

松软低透强突出特厚煤层瓦斯治理

为了提高松软低透强突出特厚煤层瓦斯抽采效果,基于煤与瓦斯安全高效共采理论,采用保护层开采结合卸压瓦斯强化抽采技术,使高瓦斯突出煤层转变为低瓦斯非突出煤层,实现松软低透强突出煤和瓦斯安全高效共采。在崔庙煤矿进行了保护层开采试验,分析了保护层回采工作面瓦斯来源,利用分源预测法预测瓦斯涌出量并采取卸压瓦斯强化抽采技术。结果表明,保护层开采后,瓦斯抽采量由1.15 m3/min升高到4.3 m3/min且长时间保持稳定,抽采瓦斯加以利用可以取得保证安全生产、开发能源和减少环境污染三重效果,实现了煤与瓦斯安全高效共采。