高压水射流环切割缝自卸压机制与应用

为解决深部矿井低透气性煤层瓦斯抽采难题,针对穿层钻孔提出了高压水射流环切割缝煤层自卸压增透技术。通过瓦斯流动理论分析普通钻孔及环割钻孔瓦斯流动模式,分别建立了普通钻孔及环割钻孔瓦斯流动微分方程,获得了高压水射流环切割缝自卸压技术改善煤层瓦斯流动机制;采用FLAC3D软件建模分析高压水射流割缝后钻孔周边煤体应力演化规律,基于煤体卸压程度及塑性区分布特征,确定了穿层钻孔合理化割缝参数;通过底板穿层钻孔高压水射流环切割缝技术现场考察,环切割缝后煤层变形量达到0.136%,煤层透气性系数较原始状态提高了42倍,瓦斯抽采纯量相较普通钻孔提高3.44~5.32倍,同等条件下煤层抽采半径提高了1倍以上。理论研究与现场试验均表明,采用高压水射流切割在煤层内部形成环形缝槽,能有效改善钻孔煤体应力状态,增加煤层渗透性,提高瓦斯抽采效率。     

高压水射流割缝提高瓦斯抽放效率的研究

为了提高坚硬煤层的瓦斯抽放效率,利用高压水射流对瓦斯抽放钻孔进行割缝.采用计算机模拟优化影响高压水射流切割质量的各种参数,研究了高压水射流割缝提高瓦斯抽放效率的作用机理,并进行了井下高压水射流割缝工业性试验.试验结果表明:高压水射流割缝改变了煤体的原始应力和裂隙状况,改善了煤层中的瓦斯流动状态,瓦斯抽放量提高了5～6倍,瓦斯抽放速率提高了6～8倍,从而提高了煤层瓦斯抽放效率.     

基于水力割缝卸压的煤岩与瓦斯动力灾害防控技术

随着煤矿开采逐渐向深部延深,高强度开采瓦斯涌出量大,煤岩体高应力与瓦斯灾害呈相互耦合态势。针对深部矿井高强度开采面临的煤岩与瓦斯动力灾害治理难题,基于高压水射流割缝卸压原理,提出应力、瓦斯双重卸压的煤岩与瓦斯动力灾害水力化防治技术。通过理论分析与数值模拟方法,分析了超高压水射流割缝破煤机制,研究了煤层割缝卸压措施对区域内煤体应力及瓦斯的双重影响。研究结果表明:高压射流在煤层内部切割破坏了煤体完整性,减弱了煤体对上覆岩层支承能力,能有效地缓解割缝区域内应力集中;钻孔内部切割形成的缝槽改变钻孔瓦斯抽采模式,由径向流动改变为径向、轴向复合流动,使煤层瓦斯含量、压力迅速降低,超高压水力割缝技术通过应力卸压及瓦斯抽采2个方面解除了煤岩与瓦斯动力灾害发生危险。经在胡家河矿现场试验,割缝区域内平均微震事件能量下降18%、单位进尺微震能量降低37%,采用地音趋势法评估的矿压显现强烈次数下降17%,瓦斯抽采量提高4.1倍,表明超高压水力割缝技术能实现地应力及瓦斯压力双重卸压,有效解除煤岩与瓦斯动力灾害发生危险,为深部煤矿高强度安全开采提供技术保障。     

高瓦斯煤层高压水力割缝增透技术试验研究

为解决高瓦斯低透气性煤层瓦斯含量高、透气性差、抽采效率低的难题,对切割压力高达100 MPa的高压水力割缝增透技术及装备进行试验研究,研究结果表明:长治矿区3#煤层的合理切割压力75 MPa左右、切割影响范围达6 m,经水力切割增透措施后瓦斯抽采量相比原始钻孔瓦斯抽采量最大提高到12.52倍,高压水力割缝技术大大增加了煤层透气性,提高了煤层瓦斯抽采效率。     

高压水射流割缝对煤体扰动影响规律研究及应用

基于高压水射流割缝层内卸压增透技术,运用ANSYS软件建立模型,模拟了高压水射流割缝后不同割缝宽度条件下煤体位移、应力的变化,根据模拟结果分析了割缝煤体受扰动影响的变化规律;同时在平煤集团十三矿进行了现场的试验和应用,并对割缝钻孔和普通钻孔进行了单孔抽采流量考察。ANSYS模拟研究表明,割缝宽度不同造成周围煤体位移和应力显著变化,割缝宽度增大煤体受扰动影响范围增大,加大了煤体裂隙扩展,提高了割缝煤体的卸压效果;经现场试验和应用,煤体进行高压水射流割缝后,割缝钻孔起始瓦斯抽采量是普通钻孔的2.5倍,且在考察时间内割缝孔的抽采流量远大于普通孔,提高了瓦斯抽采效率。     

高压水射流割缝提高穿层钻孔瓦斯抽放效果的试验

 针对如何解决高瓦斯煤层采掘过程中瓦斯超限的问题,提出了高压水射流割缝提高穿层钻孔瓦斯抽放效果的技术。文章分析了高压水射流割缝对瓦斯的作用机理,介绍了高压水射流割缝系统设备、工艺以及现场试验情况。通过对钻孔进行高压水射流割缝,从而增加了钻孔的煤层暴露面积以及卸压范围,钻孔瓦斯抽放量提高了2倍以上,瓦斯抽放效果有了显著的提高。     

碎软煤层顺层钻孔水力割缝增透技术研究

为了解决碎软突出煤层透气性差、瓦斯抽采时间长、抽采难度大的问题,将高压水力割缝技术应用于碎软突出煤层顺层钻孔瓦斯抽采中。在新疆艾维尔沟矿区4号煤层开展了水力割缝试验,施工了7个高压水力割缝钻孔和7个普通抽采钻孔,考察了割缝压力和割缝半径,比较了瓦斯抽采效果。研究表明:4号煤层的割缝压力在55 MPa左右较为合理。在55 MPa割缝压力下割缝5 min,割缝半径大约为0.89 m;下向钻孔不适合采用高压水力割缝措施。水力割缝钻孔与普通抽采孔抽采效果相比,日单孔抽采浓度、单孔抽采流量和抽采纯量至少能提高2倍以上。水力割缝钻孔抽采的前22 d抽采效果明显优于普通抽采孔,但衰减速度很快,大约30 d后,二者抽采效果基本接近。     

孟家窑煤业水力割缝卸压参数试验研究

针对煤矿开采过程中面临的瓦斯灾害的威胁,分析了煤体渗透性的影响因素及高压水射流割缝卸压技术的增透机理。在孟家窑煤业5#煤层进行了水力割缝增透强化瓦斯抽采的试验研究,针对切割压力、切割时间、孔内切割间距等割缝参数进行了试验研究。水力割缝后单孔瓦斯排气量从300 L提升到350 L,抽采前10 d的孔内平均瓦斯浓度由22.27%增加到26.66%。对比试验数据显示切割最优压力为70 MPa,切割最优时间为3 min,切割最优间距为1.0 m。最后从数学角度分析并得出水力割缝技术可以有效地释放煤层中的体积应力,提高煤层的透气性,从而提高钻孔内瓦斯浓度百分比,延长抽采时间,提高抽采总量。     

深钻孔高压水力割缝增透技术在突出煤层中的应用

水力割缝是一项能够有效提高煤层透气性的本煤层渗透性改性技术。深钻孔与高压水力割缝相结合可以大大提高施工效率。寺家庄煤矿在突出煤层进行了水力割缝的推广试验。根据进行切割半径的试验,在突出煤层中利用60MPa的射流进行切割,切割半径可以达到1.5m;对100m深的钻孔进行割缝,成功率可以达到80%以上;割缝后的瓦斯流速是普通抽放钻孔的4~5倍。试验证实深钻孔高压水力割缝具有良好的经济效益和安全效果。     

基于水射流割缝煤层区域动态指标研究

基于水射流割缝煤层增透技术,分析了割缝后煤体应力分布状态,计算了割缝钻孔径向应力和切向应力。在理论分析水射流割缝钻孔影响半径的基础上,确定基于水射流割缝钻孔布置的技术工艺。根据现场实测数据,统计分析了动态指标,对水射流割缝后煤层瓦斯抽采增透效果进行了验证。中兴矿现场试验表明:与常规钻孔相比,采用水射流割缝钻孔瓦斯抽采浓度提高3.6倍、流量提高2.7倍、纯流量提高9.7倍;上覆三采西翼回风巷平均风排瓦斯涌出量最大减少0.68 m³/min,降低26.98%;水射流割缝钻孔段瓦斯含量降低0.48 m³/t;抽采半径为3.0 m时,水射流割缝钻孔段抽采时间41 d,相比常规钻孔抽采时间缩短43 d。