水力压裂增透技术在瓦斯抽采中的应用

为了提高低透气性煤与瓦斯突出煤层的瓦斯抽采量,达到抽采消突的目的,新元矿进行了底抽岩巷穿层钻孔水力压裂增透技术试验。试验结果表明:压裂前后瓦斯抽采浓度提高了14倍以上,瓦斯抽采纯量提高了18倍以上,水力压裂能够较好的改善煤层透气性,提高本煤层瓦斯抽采钻孔抽采浓度及抽采纯量。     

“三软”煤体抽采钻孔水力修复增透技术研究

针对"三软"煤体透气性差、瓦斯抽采率低的问题,通过研制水力冲孔作业机实现瓦斯抽采钻孔修复增透。分析了水力作业机在卸压增透、解堵方面的作用机理。以郑州煤业集团大平矿21181底抽巷为试验点,考察分析试验钻孔修复增透前后煤层透气性系数、瓦斯抽采纯量等参数。考察结果表明:水力冲孔作业机的钻孔修复增透效果显著,修复增透钻孔中单孔平均浓度由10%以下上升到30%左右,瓦斯抽采达标率达71%,所有的钻孔抽采量均超过消突需要抽采量的50%以上。在郑煤集团大平煤矿的现场试验充分检验了水力冲孔作业机的可靠性和上述理论分析的准确性。     

顺层长钻孔水力压裂增透技术在煤层瓦斯抽采中的应用

阳煤集团新景公司通过实施井下顺层长钻孔水力压裂增透技术,实现了对碎软煤层瓦斯远距离与区域增透抽采,有效解决了煤层透气性差、瓦斯抽采孔成孔性差、抽采距离短、抽采区域小等难题,大幅提高煤层瓦斯预抽率和抽采量,降低了3#煤层开采过程中的突出危险性,为阳煤集团安全高效开采、瓦斯治理降本增效等方面提供了可靠的技术保障。     

瓦斯抽采钻孔修复增透技术与装备

针对瓦斯抽采钻孔易发生失稳堵孔导致抽采量严重衰减的问题,研发出瓦斯抽采孔水力作业机,采用外径16 mm连续可缠绕钢管,以高压水射流为核心,形成高压力、变流量、连续修复钻孔技术体系。利用瓦斯抽采孔水力作业机产生的高压水射流对瓦斯抽采钻孔进行冲孔解堵和水力喷射压裂增透,从而达到了卸压和造缝双重增透的目的,使得已有的瓦斯抽采孔重复利用,避免施工新钻孔。该技术在郑煤集团大平煤矿现场应用表明,钻孔修复、增透后瓦斯抽采纯流量可提高800%以上。     

薛湖煤矿穿层钻孔水力扩孔瓦斯抽采增透技术

为研究薛湖煤矿穿层钻孔水力扩孔对瓦斯抽采效果的影响,采用FLAC~(3D)软件模拟穿层抽采钻孔扩孔0.6 t/m煤量前后钻孔瓦斯增透圈大小变化情况,现场实测2306工作面底抽巷穿层抽采钻孔冲孔0.6 t/m煤量与未冲孔钻孔在相同抽采时间内的瓦斯抽采量和有效抽采半径,并进行对比分析。结果表明,薛湖煤矿穿层抽采钻孔扩孔0.6 t/m煤量后,钻孔的瓦斯增透圈增大了62.5%,初始抽采纯量增加了100%,抽采75 d的抽采总量增加了70%,钻孔的有效抽采半径达到1.1 m所需时间缩短了77.2%,薛湖煤矿穿层钻孔水力扩孔可有效提高煤层抽采效率。     

掘进条带水力压裂增透抽采技术

掘进条带水力压裂增透抽采技术在打通一矿得到了成功应用,水力压裂钻孔采用3次注浆封孔工艺确保压裂成功,水力压裂压力在19.3³9.5 MPa之间,平均单孔注水量120 m3。压裂增透影响范围5039.5 MPa之间,平均单孔注水量120 m3。压裂增透影响范围50¹50 m,平均100 m。压裂接抽后,使单孔抽采量提高3150 m,平均100 m。压裂接抽后,使单孔抽采量提高3⁵倍,抽采浓度提高3%5倍,抽采浓度提高3%²0%,煤层透气性明显提高。     

掘进条带水力压裂增透抽采技术

掘进条带水力压裂增透抽采技术在打通一矿得到了成功应用,水力压裂钻孔采用3次注浆封孔工艺确保压裂成功,水力压裂压力在19.3~39.5 MPa之间,平均单孔注水量120 m3。压裂增透影响范围50~150 m,平均100 m。压裂接抽后,使单孔抽采量提高3~5倍,抽采浓度提高3%~20%,煤层透气性明显提高。     

单一低透深部煤层超高压水力割缝强化增透抽采技术

随着煤矿不断向深部开采,单一透气性深部煤层开采因受瓦斯制约影响,回采难度越来越大。为解决这一技术难题,提高安全保障能力,进行了单一低透深部煤层超高压水力割缝强化增透抽采技术研究。通过在鹤壁中泰矿业3205底抽巷（3）试验研究,有效地解决了瓦斯治理瓶颈,极大地改善了采掘条件,为采掘生产提供了安全保障。     

1302工作面瓦斯抽采水力造穴增透技术试验

基于李村煤矿煤层结构复杂、煤层松软、透气性低,存在本煤层瓦斯抽采效率低、难度大等问题,在1302 X作面进行了水力造穴增透技术试验。效果分析表明,采用水力造穴增透技术的单孔瓦斯抽采纯量是普通单孔的7.38倍。     

条带预抽钻孔超高压水力割缝增透技术研究

研究探索了水力割缝使钻孔周围煤体中的瓦斯由单向的径向流动变为径向和轴向双向流动,通过对扰动煤体的割缝宽度、平均单孔瓦斯抽采纯量、抽采半径的考察,分析了水力割缝技术和钻孔抽采技术的数据,得出了平均单孔抽采效果提高约3倍的结论。     

水力冲孔技术在瓦斯抽采中的应用

为推进水力冲孔卸压增透技术的推广应用,增加煤层透气性,提高矿井瓦斯抽采效率,在陈四楼煤矿开展水力冲孔卸压增透技术试验,考察该技术的作业工效和增透效果,数据分析结果表明:试验区煤层地质条件下,冲孔水压为8~10 MPa时,每米煤孔冲煤1.4 t所需的时间约为25.3 min,水力冲孔后钻孔两个月内的平均抽采浓度提高了3倍,平均单孔抽采纯量提升了2倍左右,卸压增透效果显著,为矿井瓦斯治理技术水平的提升提供支撑。     

穿层钻孔超高压水力割缝技术试验研究

为提高张集矿1煤层瓦斯抽采效果,解决低透气性厚煤层瓦斯抽采率低、瓦斯涌出量大的难题,矿井采用超高压水力割缝卸压增透技术在1415A底抽巷进行了试验应用。通过对割缝钻孔和未割缝钻孔的等效直径、钻孔瓦斯流量、瓦斯抽采量、瓦斯含量下降率等分析表明,采用超高压水力割缝术后,钻孔内煤体的暴露面积大大增加,为瓦斯释放提供了有利空间,同时使煤体充分卸压,改善煤层透气性,大幅度提高瓦斯抽采率,减少了抽采达标时间,解决了厚煤层采掘工作面瓦斯治理的难题。研究为矿区类似条件厚煤层的瓦斯高效治理提供了技术指导。     

红阳二矿水力冲孔增透技术研究及应用

针对红阳二矿12煤层透气性低、底抽巷穿层钻孔瓦斯抽采效率偏低难以满足预抽要求的情况,基于水力冲孔卸压增透机理,提出采用水力冲孔和普通钻孔预抽相结合的钻孔布置方式进行高效抽采。研究结果表明:水力冲孔在低透突出煤层区域瓦斯抽采消突措施中应用效果显著,采取水力冲孔措施的34 d内,钻孔的平均瓦斯抽采浓度是普通钻孔的2.5倍,平均瓦斯抽采纯量是普通钻孔的4.4倍。     

极低透气性构造软煤瓦斯抽采技术应用研究

为解决白坪煤矿极低透气性构造软煤瓦斯抽采质量差的问题,理论分析了影响极低透气性构造软煤瓦斯抽采效果的主控因素,提出了基于工程化思维,系统考虑封孔工艺、钻孔修复及二次卸压增透的穿层钻孔瓦斯抽采新工艺技术体系。优化封孔工艺结合钻孔修复及二次卸压增透新工艺技术,使得瓦斯抽采平均浓度提高1.41～1.85倍,单孔平均瓦斯抽采量提高3.11～3.85倍,证实了新瓦斯抽采工艺技术在白坪煤矿极低透气性且应力敏感性强的全层构造软煤瓦斯抽采中的优势,旨在为该类煤层瓦斯抽采新工艺技术的大面积推广应用提供相应的科学依据。     

水力冲孔造穴增透机制及应用研究

为研究水力冲孔造穴技术的卸压增透机制,利用受载煤体全应力—应变曲线,建立受载煤体渗透率演化模型,结合Comsol Multiphysics多物理场数值模拟软件,验证了水力冲孔造穴对煤体卸压增透的有效性。结果表明:水力冲孔造穴技术在形成半径为0.60 m的空洞后,在钻孔周围煤体内形成了半径为1.34 m的瓦斯渗透率增高区。该技术在焦煤集团九里山矿井下16051运输底抽巷开展试验,通过对普通钻区和冲孔造穴区的瓦斯抽采数据进行对比,可以看出:采取水力冲孔造穴措施后,抽采钻孔的瓦斯浓度提高了0.77倍,瓦斯抽采纯量提高了1.51倍,该措施有效地提高了煤层瓦斯抽采效率,减少了安全事故,保证了工作面的安全回采。     

煤层脉动水力压裂卸压增透技术研究与应用

为了提高高瓦斯低透气性煤层瓦斯的抽采效率,提出了煤层脉动水力压裂卸压增透技术,进行了不同压力、频率条件下型煤试样的脉动水力压裂实验,分析了脉动水作用下煤体的疲劳损伤破坏特点及高压脉动水楔致裂机理。研究结果表明：煤体原生裂隙在强烈的脉动水压力作用下,会在缝隙末端产生交变应力,使煤体裂隙孔隙产生“压缩-膨胀-压缩”的反复作用,煤体将产生疲劳损伤破坏,煤体内部裂隙弱面扩展、延伸,形成相互交织的贯通裂隙网络。工业性试验结果表明脉动水力压裂比普通水力压裂卸压增透效果明显,钻孔瓦斯抽采浓度和流量均有较大幅度提高。     

水力压裂技术在矿井瓦斯抽采中的应用研究

为了研究水力压裂技术在矿井瓦斯抽采中的应用,以41011工作面为例,根据矿井实际地应力参数信息,设计了压裂孔和导向孔钻孔布置,介绍了组合式封孔工艺,分析了水力压裂的主要设备为管路系统、辅助系统、控制装置和动力装置。研究得出,当采取水力压裂技术后,钻屑瓦斯解吸指标K₁明显下降,降低了工作面的危险性,压裂孔的平均瓦斯抽采纯量和平均抽采浓度分别提高了2.2倍和2.6倍。研究为后期瓦斯治理提供了技术支持。     

水力冲孔与深孔预裂爆破耦合增透强化瓦斯抽采效果研究及应用

随着矿井开采深度的增加,煤层的瓦斯压力、瓦斯含量越来越大,尤其是地质条件复杂、构造应力高和透气性低的突出煤层,瓦斯灾害治理难度越来越大,瓦斯抽采效果越来越差。告成煤矿针对这些问题,提出了水力冲孔与深孔预裂爆破耦合增透综合治理瓦斯的思路。分析了水力冲孔孔洞对爆破裂隙的诱导原理,通过在25091工作面的试验,发现该技术能够显著提高煤层的透气性,增透后瓦斯抽采浓度提高了8.1倍,抽采纯流量提高了6.5倍,有效提高了瓦斯抽采率。     

循环往复式水力压裂技术在顺煤层瓦斯治理中的应用

水力压裂增透是提高煤层瓦斯抽采效率的常用措施之一,在常规水力压裂原理的基础上,提出了循环往复式水力压裂作用于煤层的增透技术,在红阳三矿705回采工作面进行了顺煤层循环往复式水力压裂现场试验。试验结果表明,循环往复式水力压裂与常规水力压裂相比,压裂影响范围及透气性等均得到大幅度提升,同时瓦斯抽采浓度及纯量均得到提高,压裂增透效果改善明显,与原始煤层及常规压裂的瓦斯抽采方法相比,循环往复式水力压裂措施减少了瓦斯抽采钻孔数量,提高了瓦斯抽采纯量总量,提升了瓦斯抽采效率。循环往复式水力压裂技术可以作为改善常规压裂增透效果的一种方法。     

水力冲孔卸压增透技术研究

为了增加煤矿瓦斯抽采量,缩短瓦斯抽采时间,理论研究了水力冲孔破煤机理,对喷嘴进行了选型;采用FLAC^3D数值模拟软件,模拟分析了水力冲孔后煤体应力、位移分布及不同孔径下煤体应力和位移的关系,并进行了工业试验,采用水力冲孔技术后,瓦斯抽采效果明显。研究为有效防范煤与瓦斯突出提供了技术支持。