硬厚煤层压裂节能与块煤分级控制机理及应用

采用理论分析、数值模拟和现场试验等方法,分析硬厚煤层综采面比能耗和煤块分布的规律,构建了降低硬煤截割比能耗、控制工作面块煤分布的水压致裂技术方法和途径。研究结果表明,煤层硬度、节理裂隙的发育程度是影响块煤制造和综采面比能耗的主要因素。研究了水平孔定向压裂煤体矿压—水压和破坏裂隙场演化规律,提出硬厚煤层水压致裂方法与工艺参数。通过对陕北浅埋煤层5m大采高综采面水压压裂的现场试验,煤机截割能耗降低了30%,块煤率提高了20%,煤尘平均降低了45%。     

急倾斜煤层切槽定向致裂瓦斯高效抽采技术研究

由于急倾斜煤层地质条件与开采工艺的特殊性,在采用水平分层开采方式时下部卸压煤体释放的大量瓦斯流向回采工作面造成安全问题。为了治理急倾斜煤层综采工作面底部煤体瓦斯的威胁,降低急倾斜煤层底部煤体瓦斯流向回采工作面的浓度,提出了将水射流割缝与高压水力压裂相结合,形成切槽定向致裂增透急倾斜煤层底部区域煤体的瓦斯高效抽采技术。在神新集团乌东煤矿北区+500 m水平45号煤层东翼南巷40—400 m至上分层+525 m水平进行了工程试验研究。讨论与分析了急倾斜煤层切槽定向致裂瓦斯高效抽采技术的增透原理与工艺流程,制定了详细的现场工程试验方案,优选出了适用于急倾斜煤层切槽定向致裂瓦斯高效抽采技术的整套工艺技术装备。研究结果表明:采用切槽定向致裂瓦斯高效抽采技术增透急倾斜煤层回采工作面底部煤体瓦斯富集区域后,切槽定向致裂钻孔在注水压力为20 MPa条件下的瓦斯抽采纯量较普通瓦斯抽采钻孔提升了6.7倍,割缝钻孔瓦斯抽采纯量较普通瓦斯抽采钻孔提升了3.0倍;增透直接扰动半径约为6 m,70 d的抽采时间内影响半径已达到8 m以上。研究结果表明应用此技术治理急倾斜煤层回采工作面底部煤体瓦斯效果明显,有效保障了上分层回采工作面的安全生产。     

HDY-H型支架放顶煤煤壁注水应用实践

煤层注水是回采工作面最重要的防尘措施之一。在回采之前预先在煤层中打若干钻孔,通过钻孔将压力水注入煤层,使压力水沿煤层层理、节理和裂隙渗入煤体内部,增加煤的水分,是从根本上解决煤尘产生的源头,从而减少、降低煤层开采过程煤尘的产尘量,降低空气中的粉尘质量浓度,改善作业场所的环境条件,有利于作业人员身体健康。利用煤壁短钻孔煤层注水是解决采煤工作面煤尘的重要措施之一。     

庞庞塔矿9-301综放工作面高压注水防尘技术研究与应用

为优化9-301工作面的回采作业环境,通过具体分析煤层注水降尘机理,得出煤层注水后通过润湿煤体内的原生煤尘、水包裹煤体的细小部分、改变煤体物理力学性质及附带降尘四个方面实现降尘,基于煤层注水降尘机理,具体进行工作面注水降尘方案设计,确定注水钻孔布置形式、注水压力及注水结束标准等参数,并在注水方案实施前后进行工作面各区域粉尘浓度监测,以验证煤层注水降尘效果。结果表明:工作面采用脉冲注水技术后,在工作面的各个区域全尘的降尘率均在35%以上,呼尘的降尘率均在40%以上,降尘效果显著,优化了回采作业环境。     

坚硬顶板定向水力压裂技术在王台铺煤矿的应用

王台铺煤矿XV#煤顶板属于坚硬难垮顶板,由于条件限制和存在问题不宜采用传统的超前深孔预裂爆破弱化方式处理顶板问题,采用定向水力压裂技术在井下工作面进行现场试验,通过现场围岩地质力学特征测试确定定向水力压裂方案。工作面回采后通过监测支架受力,得出预压裂工作面顶板初次来压步距在26~27 m之间,水力压裂控制顶板效果良好,并且克服了深孔预裂爆破中存在的不足,为该技术的推广应用提供了依据。     

坚硬煤体水力压裂联合深孔爆破提高块煤率研究

为解决陕北侏罗纪5-2煤层煤体坚硬、块煤率低的问题,采用理论分析和现场试验手段,研究了坚硬煤体水力压裂联合深孔爆破弱化机理。研究认为:水力压裂技术主要通过拉伸破坏、剪切破坏、拉剪组合三种模式来弱化煤体;水力压裂一方面具有可以预先制造大量裂隙、降低煤体强度、增大泊松比等实现煤体原位改性的优势,另一方面使得煤岩体内裂隙间充水量增加,大大弱化了造成爆破应力波衰减的散射效应和摩擦效应,提高了爆破弱化效果;深孔爆破破煤主要分为冲击震裂和气楔延扩两个阶段,在预先进行水力压裂弱化原位改性的煤体中进行爆破可以增大爆破压碎区和裂隙区半径。结合陕北侏罗纪5-2煤层现场实际,制定了坚硬煤体水力压裂联合深孔爆破弱化方案,通过电磁波CT探测、弱化前后块煤率对比,验证了联合弱化技术方案效果。     

煤层水力压裂增透技术研究与应用

为了解决坦家冲煤矿2264-1N-S采煤工作面回风巷瓦斯浓度频繁超限问题,提高本煤层钻孔瓦斯抽采率,降低煤与瓦斯突出危险性,提出采用水力压裂增透技术提高煤层透气性.通过对压裂孔周围煤体环向拉应力进行分析,结合环向最大拉应力理论,计算得到煤体裂纹起裂临界水压为15.7 MPa.采用研制出的水力压裂设备进行现场试验后表明:单孔瓦斯抽采流量及抽采浓度均有明显提高,且煤层瓦斯流量衰减系数较低.     

晋华宫矿工作面动、静压混合注水降尘技术应用

为解决晋华宫矿工作面回采期间粉尘浓度过高的问题,在8218工作面采用动、静压混合注水降尘技术。通过现场监测、理论计算等方法,确定注水钻孔、注水工艺等参数,并在煤层注水前、后进行工作面粉尘浓度的监测。结果表明,注水后与注水前相比,总粉尘浓度平均降低率达58.69%,呼吸性粉尘浓度平均降低率达56.10%,有效地降低了工作面的粉尘浓度。     

液态CO_2深孔预裂对坚硬煤层回采块煤率的影响

通过对煤炭开采块煤率影响因素、超前预裂对煤体结构的影响进行理论分析,得出坚硬煤层煤体内部原生裂隙的密度、长度及其贯穿性对于回采块煤率影响巨大,同时运用液态CO_2深孔预裂技术,对于提高坚硬煤体裂隙发育水平增加煤炭回采块煤率在理论是可行的。     

煤层注水试验在梁北矿实施方案

针对梁北矿受煤尘爆炸威胁的问题,根据该矿煤层赋存条件,结合工作面风机巷施工的本煤层瓦斯抽放钻孔,利用钻孔封孔管对煤层进行注水来湿润煤体,降低工作面回采期间的粉尘浓度,稀释煤层裂隙中的瓦斯,保障职工的健康安全。     

突出矿井水力压裂增透技术应用研究

针对煤与瓦斯突出矿井煤层透气性差、瓦斯较难抽采的现状,为提高突出矿井的抽采效果,改善矿井抽掘采衔接紧张的局面,提出采用水力压裂增透技术,结合保安矿现场实际考察应用情况,详细介绍了适用于矿井的水力压裂工艺流程及参数。现场实践表明,水力压裂后,掘进条带区域的煤层瓦斯抽采纯量相比原始未压裂煤体的瓦斯抽采纯量提高1倍以上,煤层透气性系数相比原始煤层透气性系数提高8倍以上。水力压裂技术可精准提高矿井煤层的透气性,增大瓦斯抽采浓度和抽采量,大大缩短了瓦斯预抽时间,可进一步提升瓦斯抽采钻孔的抽采能力,有效缩短抽采达标时间,为采煤工作面本煤层预抽提供了瓦斯抽采空间,解决了矿井抽掘采衔接紧张问题,可为相似地质条件矿井提供参考。     

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。     

变流量缝网压裂技术在松软煤层中的研究与应用

水力压裂是提高煤层瓦斯抽采效率的常用增透措施之一,在常规水力压裂的基础上,根据松软煤层缝网压裂的机理及力学原理,推导出了含天然裂隙的松软煤层产生缝网,需施工裂缝内的净压力大于煤储层水平应力之间的差值,同时对裂缝进行模拟,得出变流量注入可以提高裂缝内净压力,形成缝网结构,并在平煤十二矿己₁₅-31040采面进行水力压裂现场试验。试验结果表明:采用变流量缝网压裂水力压裂保压压力、累计注水量等相关参数以及单孔瓦斯抽采浓度、纯量均高于原始煤层及稳定流量常规压裂,说明变流量缝网压裂增透效果明显较好,该方法可以作为水力压裂增透技术借鉴的一种方法。     

中硬煤层块煤率提高技术

为了提高中硬煤层综采工作面的块煤率,根据矿井的地质条件及设备选型,从开采工艺和装备两方面进行了研究。采用微差爆破技术对工作面煤壁进行了弱化;对采煤机参数进行了优化,并采用数值模拟方法进行校验。研究结果表明:采用煤层弱化与采煤机参数优化相结合的技术措施后,井下工作面的块煤率提高了4.34%,地面块煤率提高了8.59%,块煤率得到了明显提高,给煤矿带来了显著的经济效益。     

掘进工作面顶板水力压裂防灾技术应用研究

高瓦斯、高地应力掘进工作面顶板围岩动力现象频繁出现，严重制约了矿井安全生产。为防止煤岩动力灾害事故发生，五阳煤矿采用水力压裂技术开展掘进工作面顶板围岩卸压增透试验，以减小巷道上方应力效应、预先释放顶板瓦斯。利用瞬变电磁仪检测煤层裂隙电阻率变化以表征顶板水力压裂试验开展情况，通过对比顶板水力压裂前后工作面瓦斯浓度、煤炮响应次数及微震事件，研究顶板水力压裂技术的防灾效果。研究表明，煤层电阻率受顶板水力压裂效果影响巨大，同时压裂防灾效果明显，施工前后各项指标均有明显降低，瓦斯浓度降低40%，煤炮响应次数减小85%，微震事件减小76%。     

缓倾斜厚煤层回采巷道水力压裂卸压技术应用研究

针对缓倾斜厚煤层回采巷道受采动影响大变形问题,选取枣泉煤矿140204工作面13、14采区胶带大巷为研究对象,研究了缓倾斜厚煤层回采巷道顶板水力压裂卸压技术。现场调查研究了二煤层临近工作面运输巷变形破坏特征与原因,分析了二煤层140204运输巷工程地质条件,并设计了回采巷道顶板水力压裂卸压对13、14采区胶带大巷护巷方案,提出了“顶板水力压裂卸压”回采巷道围岩控制稳定方法并付诸于实践,工程实践证明卸压效果良好,巷道围岩保持正常使用。     

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。     

突出煤层采煤工作面顺层钻孔水力压裂增透技术

为了解决采煤工作面顺层钻孔消突效果不均匀、效率较低等问题,以淮南地区谢桥煤矿低透气性煤层为试验对象,采用顺层钻孔水力压裂技术对煤层进行增透,以提高瓦斯治理效率。介绍了顺层钻孔区域防突措施设计方案,对水力压裂半径进行了考察;开展了水力压裂钻孔及瓦斯抽采钻孔设计,以及注水压力、注水量和保压时间等水力压裂工艺参数试验。水力压裂和未压裂顺层钻孔瓦斯抽采效果对比表明,水力压裂后钻孔抽采平均瓦斯浓度提高54%,平均单孔抽采瓦斯纯流量提高280%,抽采达标时间缩短了1个月;防突效果检验指标均达标,工作面回采期间未出现瓦斯浓度超限现象。     

高应力和构造应力区联合增透抽采技术研究

为了解决矿井高应力和构造应力影响作用下煤层透气性差、钻孔塑性变形垮孔严重的问题,以松藻煤电公司逢春煤矿M7、M8煤层为试验对象,采用水力压裂和水力割缝相结合的方式,对煤层进行增透,以提高瓦斯抽采效率。介绍了穿层钻孔区域防突措施设计方案,开展了水力压裂钻孔、瓦斯抽采钻孔设计以及注水压力、注水量和保压时间等水力压裂工艺参数试验。通过比较水力压裂、水力割缝增透措施结合硬套管封孔技术及普通钻孔瓦斯抽采情况,表明水力压裂和水力割缝后钻孔瓦斯抽采浓度分别提高16%~36%和4%~16%,瓦斯抽采量（纯量）分别提高了6倍和3倍,可为同类地质条件瓦斯抽采提供参考。现场试验结果表明,复杂地质低渗煤层水力压裂—割缝综合瓦斯增透技术在煤层强化抽采中有较好的实际应用价值。     

首山一矿大采高综采工作面瓦斯治理技术研究与应用

首山一矿现主采己组（二₁）煤层透气性低、煤体松软、煤与瓦斯突出危险性严重,且大多不具备合适保护层的煤层条件,属于高应力低透气性松软突出煤层。煤层赋存条件差,顶板破碎,瓦斯涌出异常,突出危险性严重,瓦斯压力大,严重导致矿井采掘接替失调。正在开采的己_15-17-12090综采工作面开采高度达到6 m,目前属于平煤集团开采高度最大的综采工作面,采面内煤层结构较为简单,以亮煤为主,玻璃光泽,煤层厚度有一定变化,采面煤层厚度为合层状态,采面己_15-17煤层厚度一般为3.2～6.7 m,平均厚6.2 m,为了提高本煤层瓦斯释放效果,保证综采工作面安全回采,采取在己_15-17-12090综采工作面中煤巷施工水力造穴技术,水力造穴装置前端封闭,具有造穴功能,实现了不退出钻杆钻进、造穴一体化的作用,高压水对煤层进行造穴后形成的洞穴空间,提高煤层的透气性和瓦斯释放能力,经过研究证明:采用水力造穴综合治理技术之后,工作面回风流瓦斯浓度高的问题得到很好的缓解,保证了矿井的安全高效生产,为相关地质条件的采煤工作面瓦斯治理提供参考。