松软煤层穿层钻孔水力压裂实验研究

分析了煤层水力压裂增透的原理,设计了两个穿层钻孔(一个压裂对象为构造软煤,另外一个为软煤的坚硬顶板)的压裂方案,在淮北矿业(集团)有限责任公司临焕煤矿进行了现场试验,采用压裂后钻孔瓦斯抽采浓度与流量等指标考察压裂效果.试验表明,水力压裂对松软煤层效果甚微.针对这一问题,提出了对松软煤层的坚硬顶板进行压裂以达到对该煤层卸压增透的目的,现场结果表明松软煤层顶板压裂能大幅增加松软煤层的渗透率,增强瓦斯抽放的效果.     

顺煤层定向长钻孔水力压裂煤层增透技术及试验研究

为了提高顺煤层钻孔瓦斯抽采效果,在分析井下煤层水力压裂技术发展现状及其增透机理的基础上,结合定向长钻孔施工技术与煤层水力压裂增透强化抽采技术,提出了顺煤层定向长钻孔裸孔坐封、水力压裂增透技术工艺。鉴于赵固二矿二1煤层中等偏硬、厚度大、瓦斯含量高等特征,选择该矿井二1煤层进行长钻孔整体压裂试验。结果表明:采用煤层长钻孔孔内封隔器裸孔坐封方式能够满足赵固二矿水力压裂煤层段密封需要;注水压裂过程压力上升平稳,泵压和流量达到设计要求;工具串回收过程无塌孔和卡阻现象,顺层长钻孔孔内封隔器裸孔坐封和压裂工艺达到预期目标;整体水力压裂影响半径最大达到38 m(单侧),压裂钻孔百米钻孔瓦斯抽采量比常规顺层钻孔有了较大提升。     

煤矿井下水力压裂增透抽采瓦斯存在问题分析及对策

在分析总结我国煤矿井下水力压裂增透抽采已有研究成果的基础上,从理论基础、装备水平、技术工艺等方面探讨了井下钻孔水力压裂取得的成绩与不足,认为目前煤矿井下水力压裂增透抽采理论与技术多借鉴于石油气、煤层气开采的相关研究成果,尚没有完全形成以煤层瓦斯赋存特征、采掘应力场、裂隙场、流场的动态变化特征和井下瓦斯抽采特点等为基础的、特色鲜明的煤矿井下水力压裂理论及技术体系。据此,提出了相应对策:大力发展瓦斯抽采地质学,研究水力压裂前、中、后地应力和水力裂缝演化规律及瓦斯抽采的动态响应特征;进一步提高煤矿井下水力压裂的钻孔、封孔、压裂、测试等相关的设备水平;以缝网改造为煤矿井下水力压裂技术的发展思路,结合井下"三场"动态变化特征,有的放矢进行水力压裂设计,丰富内涵,扩展外延;大力发展井下与地面联合水力压裂抽采瓦斯及煤气共采等理论与技术。为煤矿井下水力压裂的推广应用提供一定的借鉴。     

超高压水力割缝强化抽采瓦斯技术研究

水力割缝是一种重要的强化瓦斯抽采增透技术,现已开始在低透气性突出煤层应用。为了进一步考察其实际效果,选取新集二矿1煤组220112工作面底抽巷实施了100 MPa超高压水力割缝试验。试验结果表明:割缝后,瓦斯抽采纯量平均0.77 m3/min,是未割缝钻孔的瓦斯抽采纯量(0.34 m~3/min)的2.26倍;1煤层组瓦斯抽采钻孔抽采30、60天的抽采有效半径为5 m、7.5 m,极限抽采半径为8 m,相比水力冲孔、未割缝钻孔抽采有效半径显著增加,超高压水力割缝强化抽采瓦斯技术具有广泛的应用前景。     

上向穿层钻孔水力冲孔卸压增透技术研究

为考察水力冲孔卸压增透技术的消突效果,在潘二煤矿A组煤底抽巷穿层钻孔中进行试验。在煤层段每米冲孔时间不低于60min条件下,单孔冲出煤量约2.0t/m,可形成直径约1.3m孔洞,水力冲孔后钻孔周围的卸压范围显著增加,钻孔瓦斯抽采量提高3倍,透气性系数由原来0.19m2/(MPa2.d)提高到1.71m2/(MPa2.d),钻孔流量衰减系数降为冲孔前的1/3,有效影响半径达到5m,降低了瓦斯突出潜能和危险性,卸压增透效果明显。     

“三软”低透气突出煤层瓦斯综合治理研究

＂三软＂低透气性突出煤层瓦斯抽放工作是目前国内瓦斯治理的难题.通过对永华公司二矿＂三软＂低透气性高瓦斯煤层影响因素的分析,提出了详细的煤巷掘进瓦斯抽放、采煤工作面瓦斯抽放及煤体注水的瓦斯综合治理方案,并进行了工业性试验.结果表明,采用此瓦斯综合治理方案后,掘进工作面及回风流的瓦斯体积分数保持在0.1%以下,工作面瓦斯抽放率达40%以上,工作面瓦斯体积分数控制在0.5%以下,工作面煤壁强度得到了强化,瓦斯涌出得到了控制,不仅提高了工作面的单产水平,而且煤巷掘进速度也达到了每月90 m以上,实现了工作面及煤巷的安全、快速推进.     

液态CO_2相变致裂强化瓦斯预抽试验研究

针对单一低透气性煤层瓦斯含量高、预抽效果不理想的情况,采用液态CO2相变致裂技术,在穿层钻孔中利用瞬间产生的高压CO2气体冲击煤体,产生大量裂隙并促使裂隙发育、扩展,以达到提高煤层透气性的目的。在河南焦煤能源有限公司九里山16051底抽巷进行的试验表明:液态CO2相变致裂技术可有效提高瓦斯抽采效果,试验后平均抽采流量0.057 m3/min,是试验前平均流量的4.3倍,是相同抽采时间内水力冲孔措施平均抽采流量的2.3倍;抽采体积分数也有所提升;在试验考察期内流量衰减系数降低到0.046 d-1,增透效果显著。     

液态CO2相变致裂强化瓦斯预抽试验研究

针对单一低透气性煤层瓦斯含量高、预抽效果不理想的情况,采用液态CO2相变致裂技术,在穿层钻孔中利用瞬间产生的高压CO2气体冲击煤体,产生大量裂隙并促使裂隙发育、扩展,以达到提高煤层透气性的目的.在河南焦煤能源有限公司九里山16051底抽巷进行的试验表明:液态CO2相变致裂技术可有效提高瓦斯抽采效果,试验后平均抽采流量0.057 m3/min,是试验前平均流量的4.3倍,是相同抽采时间内水力冲孔措施平均抽采流量的2.3倍;抽采体积分数也有所提升;在试验考察期内流量衰减系数降低到0.046 d-1,增透效果显著.     

CO_2致裂增透技术的抽采半径考察研究

为了提高在某矿15号煤层穿层钻孔瓦斯抽采效率和缩短瓦斯抽采达标时间,利用CO_2致裂增透技术对瓦斯抽采钻孔致裂作用进行抽采半径考察,通过对煤层致裂增透前后的瓦斯抽采效果进行对比分析可知三组不同瓦斯抽采半径的最优抽采钻孔间距,最终确定瓦斯抽采半径。现场试验表明,CO_2致裂增透技术条件下,三组瓦斯抽采半径致裂孔的布置方式,1.5m瓦斯抽采半径能有效缩短抽采达标时间,提高瓦斯抽采率。     

深部高瓦斯低透突出煤层水力化增透技术模拟分析及试验研究

本文以淮南矿区低透气性煤层为试验区,考察钻孔采取水力化措施,形成水力增透理论。水力冲孔后,储层内孔隙压力发生很大变化,导致地应力场的变化,并在钻孔的煤孔段形成较大的圆柱体状的洞穴,煤体卸压范围扩大,裂隙入渗进一步扩大,透气性增强。在对淮南潘二矿 A 组煤工作面进行水力冲孔试验,取得了较好的效果,抽采半径增加 1.25 倍,抽采量增加 2.68 倍,煤体的透气性系数增加到原来的 2.5 倍,衰减系数只有原来的 1/3,降低了煤层的突出危险性,保证了安全生产。     

煤矿井下水力压裂产能主控因素研究

为提高煤储层的透气性,将地面油气开采的水力压裂技术引入煤矿井下进行煤层气的抽采和瓦斯治理。通过对影响煤矿井下水力压裂效果的煤层及煤层气赋存特征、压裂工艺等进行样本统计分析,确定储层透气性、煤体结构、布孔方式是影响煤矿井下水力压裂效果的主控因素,注入液量、注入压力、煤层埋深等因素对其影响较小。研究成果可对煤矿井下水力压裂设计提供参考。     

高突矿井水力冲孔在瓦斯治理中的研究

通过对高突矿井的底板抽放巷进行不断优化设计,积极进行实践试验,针对无解放层可采的煤层,由于未揭开煤层,煤层没有任何卸压,透气性更低,需要耗费大量时间和工程量抽放,消突效果不佳,水力冲孔措施利用岩石巷道为安全屏障,采用水力作用冲出部分煤体和瓦斯,具有较好的卸压增透效果,可有效提高抽放效果,实现安全快速区域消突。     

深水平强突出煤层石门揭煤技术的探讨

采用水力压冲技术,在区域防突措施钻孔施工前先对原始煤体进行水力掏穴,冲出大量煤体和瓦斯,对原始煤体进行卸压增透,以增加煤层的透气性系数,再对卸压后的煤体施工区域防突措施钻孔。将此技术应用在新庄孜煤矿-812 m南边界石门揭B11b煤层中,使得B11b煤层原始瓦斯压力由2.8 MPa降到1.2 MPa,原始瓦斯含量由12.31 m~3/t降到8.5 m~3/t,煤层透气性系数由原来的0.004 83 m~2/(MPa~2·d)增加到0.683 1 m~2/(MPa2·d),水力压冲共计冲出煤粉量285 t,区域措施钻孔瓦斯抽采浓度达35%,瓦斯抽采总量135 316.8 m~3,抽采率63.9%,既缩短了揭煤工期,又保证了揭煤施工过程中的安全。     

水力压裂煤储层卸压增透技术的适用性分析

水力压裂煤储层技术在不同矿区应用过程中受不同煤体破坏类型和围压条件的影响,其卸压增透效果差异性较大.为了明确该项技术的井下适用条件,优化其实施工艺,切实提高煤层瓦斯抽采率,通过分析和总结河南省不同矿区实际煤储层的水力压裂试验数据资料发现,水力压裂增透技术对Ⅰ,Ⅱ破坏类型煤体的增透效果比较明显,而在Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ破坏类型的松软煤层中适用性则具有一定的局限性,具有压裂范围小、裂缝闭合快、增透效果不明显等特点.所得结论对于选择合理的水力压裂储层并进一步优化完善高效预抽本煤层瓦斯技术具有一定的指导意义.     

突出煤层深孔水力致裂驱赶与浅孔抽采消突研究

通过三角形布置水力致裂钻孔、互为卸压孔和观测孔、深封孔短封孔长度等保障了突出煤层掘进头超前深孔水力致裂驱赶的安全性.采用现场试验观测了水力致裂的裂缝扩展与瓦斯驱赶范围,分析了水力致裂前后突出危险性指标、打钻难易程度、迎头瓦斯体积分数、瓦斯抽采效果和消突效果的变化.在水力致裂导致的孔隙水压力和瓦斯驱赶作用下,水力致裂结束后立即钻区域抽采孔较困难;4h后打钻就非常容易,很少出现吸钻、喷孔、煤炮声等现象.薛湖矿4条煤巷掘进的实践表明该技术区域消除了突出危险性.突出煤层掘进节省了10个区域孔的工程量和施工时间,区域消突瓦斯抽采时间减少8.3h以上.     

低透气性近距离强突出煤层群瓦斯治理模式研究

低透气性近距离强突出煤层群首采层打钻极易喷孔,引发瓦斯安全事故。以皖北煤电祁东煤矿II三采区为例,基于首采层7₁煤分段压裂水平井预抽煤层瓦斯改性效果和上区段8₂煤定向长钻孔拦截抽采下临近层9煤卸压瓦斯效果,提出了综合运用分段压裂水平井、定向长钻孔、地面钻井、多用底板巷、顶板走向钻孔等技术的瓦斯治理模式,可有效减少井下工程量,提高钻孔施工及抽采效率,保证煤层安全高效开采。该模式演变后可进一步减少巷道和钻孔工作量,有效缓解接替紧张压力。     

深部煤层瓦斯赋存规律及钻孔抽采有效半径研究

实测了新庄孜矿深部低透气性煤层的瓦斯压力、煤层透气性系数、瓦斯含量、瓦斯涌出衰减系数和自然排放半径等基础参数;在此基础上,数值模拟计算了钻孔抽采瓦斯的有效半径。研究结果表明,煤层的透气性是决定钻孔有效排采半径的主导因素。为提高低透气性煤层抽采瓦斯钻孔预抽消突效果,应积极采取措施提高煤层透气性系数。     

液态CO_2相变致裂二次增透技术

针对平煤十三矿瓦斯压力高、含量高,前期水力冲孔效果不理想,钻孔后期抽采效率低等情况,将液态CO_2相变致裂技术应用于煤层二次增透。采用理论分析与现场试验相结合,阐述相变致裂机理,分析液态CO_2相变致裂技术优势,考察相变致裂效果。现场试验表明,相变致裂后,煤层裂隙大幅增加,抽采54 d,煤层瓦斯单孔平均抽采纯量为致裂前的1.08~1.73倍。     

低透气性煤层的瓦斯抽采工艺研究

瓦斯抽放是解决矿井瓦斯涌出、防治瓦斯超限的有效方法,其效果的好坏主要由预抽钻孔参数及煤层透气性系数决定.以阳煤集团开元公司五矿为实验基地,确定了矿井采面瓦斯抽采合理的工艺参数和封孔技术.通过改变预抽钻孔参数克服了煤层透气性低产生的问题,同时对矿井的瓦斯抽放规律进行了研究.通过优化实验方案,使瓦斯抽采效果明显改善,确保了工作面的安全生产.     

下向钻孔水渣输运机制与高效抽采试验研究

为了解决煤矿下向钻孔水渣积存导致瓦斯抽采效果差的问题,基于水力排渣、压风排水的分步输运方式,提出下向钻孔高效循环排水排渣新思路,计算水渣输运关键参数,研发下向钻孔水渣输运抽采一体化装备,并在义安煤矿开展现场试验。结果表明：下向钻孔水渣输运抽采一体化装备能有效排出粒径8 mm以内的煤岩屑,无外来水补充10 min内可排净孔内积水;经过排水排渣作业后,抽采单孔瓦斯体积分数由0提高到60%～85%;钻孔内有外来水源补充时,可采用不定期排水排渣,延长钻孔高效抽采时间,通过长时间效果考察可知,抽采体积分数提高了2.8～12.6倍。研究表明,下向钻孔水渣输运抽采一体化装备能够高效排出下向钻孔内的水渣,完成排渣、排水、抽采3种作业状态的快速切换和循环作业,提高下向钻孔抽采效率,为下向孔水力化增透技术和瓦斯高效抽采提供技术保障。