水力化增透技术在碎软煤层瓦斯抽采中的应用研究#br# #br#

为了解决新疆地区碎软突出煤层透气性差、瓦斯抽采难度大的问题,将多种水力化增透措施应用于碎软突出煤层瓦斯抽采中。通过在新疆艾维尔沟矿区4号煤层开展了高压水力割缝和水力压裂试验,并从抽采浓度、纯流量、衰减及工期等方面做了比较分析。研究表明：水力割缝和水力压裂后抽采浓度和抽采纯流量均呈现出先升高、后衰减、最后平稳的形态|单孔平均浓度与普通密集抽采孔相比分别提高了7.7和5.7倍,单孔平均纯流量分别提高了3.4和2.1倍|返排期后,抽采纯流量呈指数函数规律快速衰减,且前者明显比后者衰减快。采取水力化增透措施后,钻孔工程量大幅减少、总工期大幅缩短。     

超高压水力钻割一体化增透技术参数试验考察

为了掌握屯留井田3号煤层超高压水力钻割一体化增透合理技术参数,提高钻孔瓦斯抽采效率,对合理割缝压力、不同割缝时间的单刀出煤量进行试验,并对瓦斯抽采效果进行现场考察。试验表明:3号煤层合理割缝压力为90MPa,单刀割缝7min出煤量约为0.32t时,其割缝半径可达1.45～1.62m,钻孔瓦斯抽采效果最佳,为类似煤层超高压水力钻割一体化增透技术参数选择提供参考依据。     

高压水力割缝技术工程实践及瓦斯抽采影响因素探讨

针对低渗煤层瓦斯抽采难度大、抽采效率低以及抽-掘-采衔接不紧密等难题,以大佛寺煤矿4#煤层为研究对象,开展了顺层钻孔高压水力割缝现场试验,考察了水力割缝效果。结果表明：（1）当割缝压力为70 MPa,割缝时间为10～15 min时,等效割缝半径为1.16～1.41 m;(2)受水锁效应影响,割缝钻孔瓦斯抽采参数随时间的变化过程可分为抽采初期、抽采稳定期和抽采衰减期3个阶段,其单孔平均抽采浓度、纯流量分别是常规钻孔的1.81～2.36倍和1.93～4.50倍,且割缝间距越小提升效果越显著,衰减越慢;（3）随着负压的增大,割缝钻孔的抽采浓度加速降低,抽采纯流量和混合流量不断升高,但抽采纯流量的增长幅度远小于混合流量的增幅,且差距逐渐拉大。由此可见,高压水力割缝能够增强煤层渗透率,提高瓦斯抽采效率。     

大直径长钻孔定向水力割缝增抽瓦斯技术及应用

针对低透气性煤层瓦斯抽采量少,抽采时间长,煤层整体卸压增透效果差等问题,提出了大直径长钻孔定向水力割缝增透技术。以吉宁煤矿2107胶带运输巷为研究背景,分析了水力割缝增透机理,采用大直径长钻孔技术实现钻孔间煤体定向水力压穿,形成贯穿裂隙并通过高压水携带出大量煤屑,实现煤层卸压和增加煤层透气性。研究结果表明:采用水力割缝后平均抽采流量是普通钻孔的5.5倍,割缝孔平均瓦斯抽采纯量是普通孔平均瓦斯抽采纯量的8.06倍,平均浓度提高33.92%,水力割缝有效增加了煤层透气性,提高了瓦斯抽采率。     

王坡煤矿掘进工作面水力增透技术研究及应用

为有效解决王坡煤矿破碎煤层条件下预抽效率低、预抽达标时间长、巷道掘进速度慢等问题,在3310运输巷掘进工作面试验与应用超高压水力割缝卸压增透技术。通过钻孔屑量、瓦斯抽采效果及抽采半径考察分析得出了割缝半径1. 46～1. 61m,单孔抽采流量可提高1. 5～5. 5倍,预抽7d后孔底间距5m布置的预抽孔可抽采达标。结果表明:超高压水力割缝技术能够有效改善煤层预抽效果,大幅提高瓦斯抽采效率,缩短抽采达标时间,进而将煤巷掘进速度提高35%。此外水力割缝技术可增大钻孔有效影响半径,减少预抽钻孔工程量。     

水力割缝技术在提高瓦斯抽采效果中的应用

 为了解决我国矿井在低透气性煤层瓦斯抽采治理中遇到的瓶颈,基于近年来水力割缝技术在矿井石门揭煤、底板巷消除地应力方面取得的发展,探讨性的开展了水力割缝技术在本煤层强化瓦斯抽采方面的研究工作。提出了用水力割缝技术扩大钻孔的直接影响范围的思路,研究了水力割缝技术对扰动煤体的体积、表面积、单孔瓦斯抽采量、钻孔影响半径等参数,对比分析了水力割缝技术和普通钻孔抽采技术的数据,结果表明水力割缝技术扰动煤体体积可提高6~16倍,影响煤体表面积可提高5.3~8.8倍,单孔抽采流量可提高2.0~2.5倍。同时水力割缝技术可增大单孔有效影响半径,在一定程度上可减少施工工程量。     

赵固二矿坚硬煤层超高压水力割缝增透技术应用

针对赵固二矿煤层坚硬、透气性低、钻孔瓦斯抽采效果差及钻孔工程量大等问题,提出采用超高压水力割缝技术提高瓦斯抽采效率。基于应力波原理,分析了高压水射流破煤机理,研制了适用于坚硬煤层条件且能够有效提高射流打击力的圆锥收敛型喷嘴和适用于坚硬煤层条件的定点冲击割缝方式。现场试验表明,针对坚硬煤层条件,割缝钻孔平均单刀出煤量约0.18t,等效割缝半径0.99～1.57m,割缝后瓦斯自然涌出量是普通钻孔的11.3倍,抽采纯量较普通钻孔提高3.8倍,钻孔抽采有效半径较普通钻孔增加了90%左右。超高压水力割缝技术能有效的解决低渗透性坚硬煤层的瓦斯抽采难题。     

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%。     

深钻孔高压水力割缝增透技术在突出煤层中的应用

水力割缝是一项能够有效提高煤层透气性的本煤层渗透性改性技术。深钻孔与高压水力割缝相结合可以大大提高施工效率。寺家庄煤矿在突出煤层进行了水力割缝的推广试验。根据进行切割半径的试验,在突出煤层中利用60MPa的射流进行切割,切割半径可以达到1.5m;对100m深的钻孔进行割缝,成功率可以达到80%以上;割缝后的瓦斯流速是普通抽放钻孔的4~5倍。试验证实深钻孔高压水力割缝具有良好的经济效益和安全效果。     

超高压水力割缝技术在中等硬度低透气性煤层的应用

为提高高瓦斯低透气性中硬煤层瓦斯预抽效率,探讨了水力冲孔、水力压裂、水力割缝增透技术适用条件和优缺点。基于超高压水力割缝技术原理,研制了一种穿层钻孔超高压水力割缝装置,主要由金刚石水力割缝钻头、水力割缝浅螺旋钻杆、超高压旋转接头、超高压清水泵、高低压转换器、超高压橡胶管等组成,水压达到60～100 MPa,可实现钻进、切割一体化,使用简单方便。采用该装置在丁集煤矿1361(1)运输巷底板抽采巷11-2煤层穿层预抽钻孔中开展现场试验,煤层瓦斯压力1.43 MPa,瓦斯含量为8.05 m3/t,透气性系数为0.013 m2/(MPa2·d),煤层坚固性系数为0.79;1361(1)运输巷底板抽采巷11号～15号钻场区域单元长度227 m,采用高压水力割缝增透措施,1361(1)运输巷底板抽采巷6号～10号钻场区域单元长度213 m,采用矿井低压水冲孔增透措施。结果表明：超高压水力割缝钻孔平均单刀割缝时间为10.7 min,单刀出煤量为0.31 t,等效割缝半径达1.38 m,煤孔段割缝密度为1刀/m,平均每孔割缝2.6个;超高压水力割缝钻孔平均瓦斯抽采浓度56.97%,是低压冲孔的2.37...     

超高压水力割缝和CO2相变致裂联合增透技术研究与应用

针对鲁班山北矿14采区8~#煤层地质构造复杂、瓦斯抽采难的问题,提出了超高压水力割缝和CO_2相变致裂联合增透技术,并分析其泄压增透原理,同时进行了不同增透方案条件下的现场抽采效果对比试验。结果表明,该联合增透方案的平均单孔瓦斯体积分数分别是普通抽采和超高水力割缝的1.79倍和1.20倍;单孔瓦斯抽采平均纯量分别是普通抽采和超高压水力割缝的3.2倍和1.9倍,90d抽采时间瓦斯抽采影响半径分别是普通抽采和超高压水力割缝的4.58倍和1.38倍,在同等条件下施工钻孔时间分别比普通抽采和超高压水力割缝缩短50.5%和40.6%,瓦斯达标抽采时间分别比普通抽采和超高压水力割缝缩短了66.7%和50%。相较于常规治理技术方案,超高压水力割缝和CO_2相变致裂联合增透技术对瓦斯灾害治理的应用效果更为理想。     

碎软低渗高突煤层井下长钻孔整体水力压裂增透工程实践

针对阳泉矿区碎软低渗高突煤层开展了井下长钻孔整体水力压裂增透技术的工程试验研究,工程实现了井下一次性整体压裂煤孔段长度达307 m,单孔注入水量达1 510 m3,最大注水压力达26.09 MPa。效果检测表明钻孔压裂影响半径最大达58 m,压裂后煤层透气性系数提高了2.67倍,百米钻孔瓦斯流量衰减系数降低了55%,230 d内钻孔日抽采纯甲烷1 395~2 810 m~3,平均2 173 m~3,钻孔累计抽采纯甲烷50.86×10~4m~3,抽采瓦斯浓度为49.38%~83.70%,平均64.31%。分析认为:水力压裂能改善煤层裂隙和孔隙的连通性、降低煤层有效应力、提高煤层渗透率,注水能促进煤层瓦斯从吸附态向游离态转化,是煤层压裂后钻孔高效抽采瓦斯的关键,依据填砂堵缝压裂技术原理提出了碎软低渗煤层长钻孔整体水力压裂煤层裂隙开启、扩展和延伸机制。工程试验成果及认识可为井下长钻孔整体水力压裂增透高效抽采瓦斯提供借鉴。     

低透气性煤层高压振荡水射流割缝增透机理及效果分析

针对卧龙湖煤矿煤层埋深大、地应力大、渗透率低、钻孔塌孔等问题,提出了一种高瓦斯低渗透性突出煤层的高压振荡水射流割缝技术;分析了煤体割缝后的应力分布状态和卸压效应,并进行了现场试验。结果表明,割缝孔槽在轴向方向上会产生卸压效应并产生裂隙,煤层透气性相应提高;相比普通抽采钻孔,割缝钻孔瓦斯抽采总量、单孔瓦斯抽采量显著提升,消突达标时间缩短30%以上。     

单一低渗煤层顺层钻孔水力化措施应用

余吾煤业主采3号煤层具有透气性差、较难抽采特点,顺层钻孔抽采瓦斯纯量较低,无法快速降低煤体瓦斯含量。为此余吾煤业开展了超高压水力割缝、水力造穴增透技术效果考察,得出钻孔经过超高压水力割缝、水力造穴后,单孔抽采效率得到了大大提升。同时对等效半径、纯量衰减情况、施工用时、安全系数等方面进行了全面对比,得出水力造穴效果优于超高压水力割缝。     

深部低透气煤层高压水力割缝技术应用及效果分析

深部煤层开采时,煤体透气性低、瓦斯压力大,采前瓦斯抽采困难,严重制约煤矿企业的安全生产。为了提高深部矿井低透气性煤层的瓦斯抽采效率,防治煤与瓦斯突出危险,提出采用顺层钻孔高压水力割缝技术的煤层增透方案,并将该技术应用于平顶山十矿己_15-16-24130工作面。结果表明,实施水力割裂后钻孔内瓦斯流量大幅提升,变化最小的检验孔瓦斯流量由0.08 m³/min提升至0.12 m³/min,升高50%:高压水力割缝孔布置间距为8 m、水力割裂半径为1 m时,割裂孔的影响半径为4 m;高压水力割缝后距割裂孔1.5 m和4.0 m处煤层透气性分别为2.76 m²/(MPa²·d)、1.28 m²/(MPa²·d),相较割裂前煤层透气性分别提升了145.3倍和67.15倍。     

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。     

高瓦斯煤层高压水力割缝增透技术试验研究

为解决高瓦斯低透气性煤层瓦斯含量高、透气性差、抽采效率低的难题,对切割压力高达100 MPa的高压水力割缝增透技术及装备进行试验研究,研究结果表明:长治矿区3#煤层的合理切割压力75 MPa左右、切割影响范围达6 m,经水力切割增透措施后瓦斯抽采量相比原始钻孔瓦斯抽采量最大提高到12.52倍,高压水力割缝技术大大增加了煤层透气性,提高了煤层瓦斯抽采效率。     

超高压水力割缝精准控制技术应用及效果分析

为了解决由于水力割缝压力、喷嘴大小、割缝时间等参数的选取不当导致煤层割缝深度浅、割缝后煤体卸压增透效果不理想、割缝作业期间钻孔憋孔、堵孔等问题,提出了超高压水力割缝精准控制技术,分析了割缝缝槽宽度、深度控制,割缝落煤速度控制,以及割缝区域效果控制,集成开发了ZGF-100(A)型超高压水力割缝装置,并进行了精准控制割缝现场应用试验。结果表明:采用超高压水力割缝精准控制技术对煤层进行割缝后,缝槽等效半径约为1.02～1.58 m,割缝钻孔平均抽采瓦斯纯量较普通对比钻孔增大约2倍,割缝钻孔抽采半径较对比钻孔增大1倍左右。     

超高压水力割缝卸压增透最优参数研究

针对登茂通煤矿1~#煤层在深部区域整体透气性差、瓦斯含量高、传统抽放方法效果差的问题,提出利用超高压水力割缝卸压增透技术提高煤层透气性,并在108底抽巷进行工业试验。通过控制变量法确定在1~#煤层开展超高压水力割缝卸压增透的最优化参数,其中,割缝压力为60～70MPa,割缝时间为25min、割缝转速为80r/min,割缝间距为2m。通过割缝钻孔与普通钻孔抽采情况对比分析,表明割缝后钻孔的抽采浓度是普通钻孔的1.75倍,抽采纯量是普通钻孔的3.25倍,抽采达标时间降低了42%,煤层残余瓦斯含量明显减小,瓦斯抽采效果显著提高。     

双排水力割缝钻孔参数优化研究与应用

为了实现工作面快速消突,提出布置双排瓦斯抽采钻孔,并实施水力割缝。通过数值模拟,研究不同割缝深度、孔间距、布孔方式对抽采效果的影响。结果表明：单孔有效抽采半径随割缝深度的增加而增加,但增速逐渐放缓,根据数据拟合结果,确定割缝深度为1.5 m;双孔抽采时,钻孔间距越小,瓦斯压力越低,最终确定钻孔间距为7 m;正方形布孔和菱形布孔均可以实现消突目的,正方形布孔覆盖面积大,选择该方式。现场试验表明,水力割缝正方形双排钻孔抽采效果良好,可以达到消突的目的。