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。     

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。     

煤矿井下水力压裂加骨料增透瓦斯抽采技术应用

针对煤矿井下作业空间小、作业环境差、设备能力有限、无法直接运用地面现有的水力压裂加骨料增透技术这一现状,利用工作面常用的乳化液泵、配合高压加骨料装置和高压气动控制阀门等,运用后置加砂压裂工艺在淮南矿区潘三煤矿进行了2个底板穿层钻孔的水力压裂加骨料增透现场试验。试验骨料选择为20～40目的超低密度聚合物,2个钻孔压裂段长分别为6.8m和6.1m,加注骨料量分别为110.25kg和176.5kg。施工完成后,对试验效果进行了考察,钻孔百孔瓦斯抽采纯量是常规未压裂钻孔的2～15倍,在骨料类型及规格相同的条件下,加大支撑剂比例,有助于提高压裂增透效果。     

水力压裂增透技术在瓦斯抽采中的应用

为了提高低透气性突出煤层的瓦斯抽采量,达到抽采消突的目的,在李子垭南二井进行了水力压裂增透技术现场试验,对水力压裂技术在高瓦斯、低透气性突出煤层中的运用效果进行了试验考察,并分析了水力压裂煤体致裂增透机理.试验结果表明:对煤层进行钻孔水力压裂后可有效提高煤层的透气性和钻孔瓦斯抽采效果,压裂前后钻孔瓦斯自然流量提高127.6倍以上,水力压裂钻孔在煤层走向方向上的影响半径可达50m以上.     

低透气性煤层水力压裂增透技术应用

 针对大兴煤矿煤层透气性差、瓦斯抽采效率低、钻孔施工量大等问题,提出了水力压裂增透技术。研究了水力压裂增透机理,分析了水力压裂提高煤层透气性的过程。结合理论研究与现场经验,进行了高压钻孔密封,确定了工艺参数,完成了现场实施。应用效果证明：实施水力压裂后,水力压裂孔及影响区域内瓦斯抽采孔保持了较高的抽采水平,相对于普通抽采孔瓦斯抽采量提高了7.2倍,水力压裂影响区域内煤层透气性系数提高了79~272倍。     

水力压裂增透技术在兴安煤矿的应用

为了解决煤层透气性较低的问题,提高本煤层钻孔瓦斯抽采率,降低煤与瓦斯突出危险性,在兴安煤矿井下进行水力压裂增透现场试验。为确定合理的注水压力,对煤层水力压裂进行了力学分析,并利用数值模拟的方法计算出该煤层裂纹起裂临界水压为12.4 MPa。水力压裂现场试验结果表明:煤层压裂后瓦斯抽采浓度和流量均有明显提高。     

水力压裂增透在低透气性煤层瓦斯抽采中的应用

3号煤层为典型的高瓦斯、低透气性煤层,瓦斯治理面临难度高、效率低以及瓦斯治理投入大等问题,以南五巷掘进区域瓦斯治理为工程背景,提出将水力压裂增透技术应用到瓦斯治理中。在南五巷底抽巷内按照70 m间距布置水力压裂钻孔,注水压力控制在20～25 MPa、单孔注水量控制在100～120 m³,钻孔封孔至3号煤层底板下方1 m位置。现场应用后,水力压裂区域内煤层透气性系数、瓦斯抽采浓度及抽采纯量分别增加约29.5倍、2.2倍、2.58倍,可为瓦斯高效治理创造良好条件。研究成果为矿井水力压裂增透工作开展积累了宝贵经验,并可为其他矿井类似情况煤层增透工作开展提供指导。     

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。     

水力压裂增透技术在软煤瓦斯抽采中的应用

目前,我国高瓦斯和突出矿井占全国矿井总数的40%以上,所开采的突出煤层具有瓦斯含量大、瓦斯压力高、裂隙不发育、透气性普遍较低等特点。针对煤层透气性大小直接影响矿井瓦斯抽采效果的问题,贵州某矿为大幅度提高煤体透气性和瓦斯抽采量,在其1321底抽巷进行水力压裂试验。实验表明,1321底抽巷钻孔注水压力为38 MPa,水力压裂钻孔在煤层走向上的影响半径超过25 m范围,水力压裂后钻场钻孔平均瓦斯抽采体积分数提高近31倍,平均瓦斯抽采量提高29倍。通过对取样点的煤体的残余瓦斯含量的测定及线向拟合分析,得出1321底抽巷水力压裂有效半径为41 m。     

水力压裂技术在低透气性煤层瓦斯抽采中的应用

为了解决某煤矿低透气性煤层难抽采的问题,分析了水力压裂增透裂缝扩展规律以及煤层水力压裂卸压增透机理,采用PFPA-2D数值模拟软件,研究了单注水孔以及双注水孔的水力压裂过程中的裂缝扩展规律及煤体位移和应力变化规律,实现大范围裂隙网的形成、贯通和发育,提高了煤体的透气性。通过现场试验,实现了低透气性煤层卸压增透的目的,验证了低透气性煤层水力压裂增透技术的安全性、有效性和适用性。     

低透煤层井下重复水力压裂后含水率与瓦斯含量变化规律研究

目前水力压裂技术已广泛用于低透气性区域煤层的消突增透,注水量是水力压裂工艺重要的控制参数,也是决定压裂效果的关键指标,但是如何准确定量一直是水力压裂技术的难题。以探讨井下低透煤层水力压裂后含水率与瓦斯含量的变化规律为出发点,在平煤股份十二矿低透煤层开展了重复水力压裂增透及效果考察试验,通过详细分析考察孔的含水率和瓦斯含量,获得了压裂后煤层含水率、瓦斯含量及其关系规律,并初步确定了水力压裂区域有效注水量临界值。研究表明:压裂后煤层含水率的变化规律与瓦斯含量相反,含水率增幅较大的区域瓦斯含量降幅较小,含水率增幅较小的区域瓦斯含量降幅较大;含水率小于3%的区域瓦斯含量平均较低且差值较小,而含水率大于3%区域的瓦斯含量平均较高且差值较大;由此判断水力压裂区域有效注水量最高为含水率3%。研究结果可为低透煤层水力压裂泵注量的计算、压裂后煤巷安全高效的掘进与抽采钻孔的优化提供参考。     

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。     

定向长钻孔水力压裂增渗技术预抽煤巷条带瓦斯的应用研究

为提高低渗、高瓦斯突出煤层煤巷条带瓦斯抽采效率,实现低渗、突出煤层煤巷条带瓦斯的快速有效治理,在2130煤矿4号煤层24223运输巷开展了井下定向长钻孔水力压裂增渗技术试验研究。试验结果表明,试验区内4号煤层水力压裂影响半径为30 m,煤层透气性提高了4.59倍,缩短了瓦斯抽采时间,提高了瓦斯抽采效果。     

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。     

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。     

井下点式水力压裂增透技术研究

为提高煤层透气性和瓦斯抽采效果,研究井下点式水力压裂增透工艺,用低流量水流达到增透效果,从而减小压裂设备体积、质量,以适应煤矿井下受限的空间条件。利用RFPA2D-flow软件,建立符合现场环境条件的三孔数值模型,对点式水力压裂过程进行了数值试验,揭示煤体破坏、裂纹的萌生、发展直至贯通的整个过程。研究了剪应力、水压力、水流量等参数的分布与演化,并通过现场实验进行验证。数值试验与现场试验均表明井下点式水力压裂技术能提高瓦斯抽采量,可使压裂设备实现小型化。     

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。     

下向瓦斯抽采钻孔自动排水技术研究与应用

为解决下向钻孔由于孔内积水而造成瓦斯抽采效果差的问题,通过时控开关和电磁阀自动控制高压风,在封孔管上增设直达孔底的导风管,利用压风将瓦斯抽采钻孔内积水压入到排渣放水器内,从而能够达到定时清除孔底积水和杂质的目的。该技术应用于上良煤矿石门揭煤下向抽采钻孔,经考察表明下向瓦斯抽采钻孔自动排水技术能有效提高瓦斯抽采效果,该地质单元区域设定为每隔4 h进行一次压风排水效果最佳。     

煤矿高压封闭水力压裂卸压增透技术应用研究

针对煤层水力压裂过程中存在的压裂水压小、设备能力低、封孔质量差等问题,结合煤层具体条件,从压裂钻孔高压封孔工艺、水力压裂系统设备、现场压裂工艺等方面对鹤壁十矿水力压裂卸压增透技术进行了优化研究。现场压裂试验结果显示:压裂导致煤体卸压增透的区域达到30 m左右,煤层渗透率显著增大;压裂试验后,现场实测煤层残存瓦斯含量以及通过含量反算的残存瓦斯压力均明显要低于防突规定中的突出临界指标值;且压裂试验后,最大抽采浓度较压裂试验前增加了6.30倍,日均单钻孔抽放量增加了17.5倍,抽采效果显著改善,改进后的水力压裂工艺达到了减少施工量、提高抽采率、降低煤层突出危险性的目的。