低渗透性煤层CO_2相变致裂增透规律及应用

针对轿子山煤矿M9煤层采掘过程中,煤层瓦斯含量高、压力大、抽采效率低、瓦斯治理周期长等问题,应用具有"增透"和"置换"双重效应的CO_2相变致裂增透技术,提高煤层透气性和瓦斯抽采效率。在轿子山煤矿9807运输巷进行CO_2相变致裂增透试验,重点考察不同致裂方式、不同布孔方式的致裂孔瓦斯抽采效果。结果表明:致裂孔抽采瓦斯纯流量是普通抽采孔的2. 0～2. 8倍,抽采瓦斯浓度提高1. 7～2. 4倍。在煤层赋存及钻孔条件相似的情况下,延时起爆(二次)致裂方式的钻孔有利于裂隙延展,增大裂隙范围;在致裂孔两边施工辅助孔时,为高压CO_2气体提供了自由面,减小了其向周边传播阻力,能够增大致裂孔影响范围,从而提高瓦斯抽采效率。     

低透气性高瓦斯煤层CO2相变致裂强化增透技术

如何提高煤层透气性是低透气性高瓦斯矿井煤与瓦斯安全高效共采的关键.本文基于液态CO_2相变致裂工作原理,分析了爆破煤岩致裂与增透机理.结合陕西蒋家河煤矿ZF201工作面低透气性高瓦斯煤层地质生产条件,进行了爆破钻孔设计,确定了合理爆破有效影响半径等工艺参数.现场试验结果表明,采用液态CO_2爆破致裂增透技术后,提高瓦斯抽采纯量1.71倍,共抽采瓦斯105.4万m3,瓦斯抽采率提高到38.9%,促进了低透气性高瓦斯煤层工作面煤与瓦斯安全高效共采.     

煤层液态CO2相变致裂增透技术试验研究

液态 CO２ 相变致裂煤层增透技术可以有效解决煤层渗透性差、瓦斯抽采率低等难题.以长治矿区３号煤层为工程背景,通过理论分析导向裂隙、初始裂隙和裂隙扩展３个阶段的裂隙区半径,利用数值模拟研究单孔、多孔以及不同钻孔间距下的液态 CO２ 相变致裂低透气煤层裂隙扩展规律,并进行 了 现 场 工 业 性 试 验.研 究 结 果 表 明:单 孔 液 态CO２ 相变致裂爆破煤层的最大破坏范围为６m,爆破孔中间设置空孔可以扩大相变爆破致裂的破坏范围;实施液态CO２相变致裂技术后,３号煤层平均瓦斯抽采率由０．５７％增加到０．９２％,单孔瓦斯抽采率提高了１．２５~２．９１倍,瓦斯抽采率明显提升.该研究为液态 CO２ 相变致裂煤层增透技术提供 了理论依据和现场指导.     

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。     

低渗透性煤层增透技术试验研究

为解决矿井煤层透气性差、瓦斯预抽困难的问题,提出了引进增透技术强化抽采的方法。同时将CO2预裂和深孔爆破预裂引入到绿塘煤矿南二采区S204工作面,通过考察分析,两种增透方式均能有效改善煤层透气性,提高瓦斯抽采效率,但CO2预裂增透效果更加显著,有效影响半径也远大于深孔爆破预裂,可以将CO2预裂增透技术推广运用到矿井其它采掘工作面。     

CO2预裂增透技术在瓦斯抽采中的研究应用

为了解决煤层瓦斯含量高和渗透性低的难题,结合北杏庄煤业实际地质条件,研究采用CO_2预裂增透技术进行瓦斯抽采。采用CO_2预裂增透技术后,瓦斯抽采纯量明显提高,抽采浓度由10%提高至28%。预裂过程中,液态CO_2气化对钻孔产生冲击震荡—应力波穿透—爆生气体驱动裂纹扩展,达到增透目的。     

保德煤矿CO_2预裂爆破增透技术试验研究

介绍了液态CO_2预裂爆破增透技术原理及预裂装置。现场试验表明:预裂爆破后煤层透气性系数增大了2.0~6.8倍,预裂钻孔浓度提高1.38倍;预裂钻孔的百米钻孔瓦斯抽采量是对比孔的4.6~11.5倍。试验取得较好的效果。     

大湾煤矿CO_2预裂煤层增透技术的试验

针对大湾煤矿地质构造复杂、瓦斯含量高、透气性系数低、瓦斯抽采效果差等特点,在大湾煤矿中井Z1021工作面底抽巷进行CO_2预裂煤层增透技术试验。通过施工12组穿层钻孔对比,CO_2预裂孔的抽采浓度在46.4%~50.8%,比普通钻孔平均抽采浓度高出近20%,抽采衰减度减少44%,有效预裂钻孔抽采半径达20 m以上。该技术能够有效提高瓦斯抽采量和抽采速度,可在地质条件类似矿井进行推广。     

低渗煤层液态CO_2相变定向射孔致裂增透技术及应用

如何实现深部煤层瓦斯的高效抽采是保障我国煤炭企业安全生产的重要问题,而低透气性煤层瓦斯储层增产改造则是其中的核心技术和热点问题。为解决低透气性煤层瓦斯高效抽采技术难题,研究提出了地应力条件下优势射孔致裂方向的确定方法及低渗煤层液态CO_2相变定向射孔致裂增透技术,现场试验及应用研究形成了液态CO_2相变定向射孔致裂增透网格式瓦斯抽采方法。研究表明:孔壁破裂压力受钻孔方位角、倾角影响具有明显的方向性,并确定了试验区液态CO_2相变定向射孔优势致裂方向;该技术可有效增加煤样孔隙度、孔径、比表面积、可见孔比例等,改善煤岩体内孔隙结构及渗流能力,提高瓦斯抽采纯流量9~12倍,降低煤层瓦斯抽采流量衰减系数92%;现场试验及PFC2D数值模拟研究确定了该技术的影响半径为9~13 m;应用表明液态CO_2相变定向射孔致裂增透网格式瓦斯抽采方法,可有效预防低透气高突煤层巷道掘进期间的瓦斯超限问题,提高巷道掘进速度4~5倍。     

CO_2致裂增透强化瓦斯抽采试验研究

针对低透气性煤层瓦斯抽采困难的问题,应用CO_2致裂技术,利用液态CO_2受热升温达到临界温度时瞬间气化产生的高压波预裂煤层,同时通过CO_2与CH_4分子在煤体表面的竞争吸附作用促进瓦斯解吸,实现煤层强化抽采,增透效果十分明显。     

CO2气相压裂增透技术在王庄煤矿的应用

针对王庄煤矿540回风大巷一掘进面煤层透气性较差、煤层瓦斯难以抽放的特点,采用CO2高能气体预裂增透技术对该工作面进行了CO2气相压裂增透技术试验。试验结果表明,预裂后防突指标快速下降,工作面响煤炮现象明显减少,工作面割煤循环时间缩短,抽采效果显著提高,抽采效率提高了1倍,单孔平均抽采纯量提高2.4倍,单孔最大抽采纯量提高5.8倍,抽采达标时间明显缩减。     

低渗煤层定向多簇气相压裂瓦斯治理技术研究与实践

为解决低渗透煤层瓦斯抽采难题,在潞安矿区5 a多的研究和规模化现场试验基础上,提出了一种低渗透煤层CO_2气相定向多簇压裂瓦斯综合治理技术。该技术是应用改进后的CARDOX装置系统所产生的高压CO_2气体在煤层中进行定向多簇造缝,实现煤层的卸压和增透,均化和改善局部地应力集中和瓦斯含量/压力的异常分布状态,提高瓦斯抽采效率。研究表明,在气相压裂试验区段,瓦斯突出危险性降低,煤层渗透率提高1~2个数量级,瓦斯抽采浓度和流量提高1个数量级,抽采达标时间由原来的720 d减少到210 d,实现了高瓦斯煤层的安全掘采协调生产。     

重复水力压裂技术在深井低透气性煤层中的应用

随着井下煤矿开采深度的不断加大,煤层透气性进一步降低,煤层瓦斯抽采难度亦同时增加,对于单一无保护层煤层来说,大多数需要人为地增加渗透率,水力压裂因其增透范围广,性价比相对较高而取得广泛的应用。对于深井低透气性煤层来说,为了进一步提高瓦斯抽采效率,单次的水力压裂增透技术已然不能满足需要,因此提出了井下重复水力压裂技术,并且论述了重复压裂原理及工艺流程。根据十二矿己_(15)-31040工作面地质情况,设计了相关水力压裂参数,并进行了重复水力压裂和压裂之后瓦斯抽采的效果检验。结果表明:煤层经过重复水力压裂后,煤层残余瓦斯含量较单次压裂降低明显,而且瓦斯抽采浓度和纯量亦增加显著。试验结果表明重复水力压裂可以明显提高深井低透气性煤层瓦斯抽采效率,具有一定瓦斯防治的应用价值。     

低透气性煤层多组分酸化压裂增透技术研究

为了解决富含碳酸盐类矿物煤层透气性差的问题,提出多组分酸化压裂增透技术。通过实验室测试煤样酸化前后渗透率的变化,确定了适用于三元煤矿的压裂酸液配比：w(HCl)为9%+w(CH₃COOH)为3%+ρ(KCl)为20 g/L。现场工业试验结果表明,三元煤矿采用多组分酸化压裂后,抽采瓦斯混合流量和瓦斯浓度比普通抽采钻孔平均提高了1.34倍和1.70倍。对比传统水力压裂增透技术,多组分酸化压裂通过物理增透和化学增透的联合作用,更有利于煤体孔隙裂隙网络结构的发育,且反应生成的二氧化碳对瓦斯产生了驱替作用,有利于瓦斯抽采;同时扩大钻孔孔径可以有效提高压裂接触面和抽采自由面面积,进一步提高增透抽采效果。     

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。     

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。     

不稳定流量水力压裂对深部低透气性煤层增透效果的影响

为了进一步提升深部低透气性煤层水力压裂增透效果,在煤层水力压裂相关理论研究及现场试验的基础上改进水力压裂工艺,根据相关的力学原理,推导得到压裂孔周边的应力随注水流量的变化情况,提出以控制注入水流量为原则,在水力压裂过程中采用不稳定注入水流量的方法,在平煤十二矿己₁₅-31040工作面进行水力压裂试验。试验结果表明：通过注入不稳定水流量,克服了煤层深部高地应力对水力压裂施工的影响,且压裂过程顶板保持良好;经过测定与己₁₅-31040工作面相邻的己₁₅-31030工作面的常规稳定水流量压裂、未压裂区域瓦斯抽采数据,不稳定水流量压裂单孔抽采瓦斯浓度和瓦斯纯流量比常规水力压裂及未压裂区域均有明显提升。该方法对深部煤层水力压裂增透具有一定的指导作用。     

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。     

告成矿“三软”煤层压裂增透技术研究

针对告成矿“三软”煤层瓦斯抽采遇到的难题,对水力压裂增透技术机理进行深入研究,并进行了现场试验.试验结果表明,水力压裂前的瓦斯抽采量4.6％,日平均抽采瓦斯量0.970 m3;水力压裂后的瓦斯抽采浓度达到22.1％,日平均抽采瓦斯量10.437 m3,效果明显.     

井下煤层水力压裂理论与技术研究现状与发展方向

煤矿瓦斯治理的关键是解决煤层低渗透率的难题,而水力压裂增透技术是解决该问题的有效途径。基于国内外学者水力压裂研究成果,对井下煤层水力压裂理论、工艺技术以及压裂设备的研究现状进行了系统的梳理,详细分析了水力压裂理论的裂隙扩展规律与模型研究进展,以及压裂工艺中较为先进的定向水力压裂技术、脉动水力压裂以及缝网压裂技术,并指出了井下煤层水力压裂技术的发展方向：进行多手段的水力压裂基础理论研究;开发多元化及适合各类煤层的水力压裂技术;实现水力压裂装备一体化和智能化。这些方向的研究对于水力压裂技术的发展具有一定的借鉴意义。