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。     

煤矿井下穿层钻孔水力压裂的现场应用研究

为解决煤层透气性低、瓦斯抽采效率低而严重制约采煤作业的技术难题,针对渝阳煤矿地质及开采技术条件,基于煤岩体水力压裂原理及瓦斯流动理论,在N3704西瓦斯巷(下)内设计了穿层钻孔水力压裂增透系统,并对水力压裂效果进行了考察。现场试验结果表明,通过对压裂试验研究分析、压裂后效果检验,表明煤矿井下穿层钻孔水力压裂对于提高瓦斯抽采效率效果显著。该试验结果可为其他煤矿井下水力压裂作业提供参考。     

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。     

新田煤矿水力压裂增透技术试验

新田煤矿煤层透气性低、瓦斯含量大,抽采效率低。为了增加煤层透气性、提高瓦斯抽采效果,提出在新田煤矿1402工作面回风顺槽底抽巷40-41#钻场中间位置,实施水力压裂作业的试验研究。通过水力压裂增透试验,考察了新田煤矿穿层钻孔水力压裂工艺可行性及相关技术参数。现场试验后表明:通过水力压裂使水力压裂钻孔与之前的抽采钻孔周围煤体裂缝产生沟通,使煤层整体卸压增透,提高了瓦斯抽采效果。     

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。     

顶板穿层钻孔水力压裂现场数值模拟研究

以水力压裂增透机理为理论基础,以河南能源化工集团焦作煤业集团二1煤层的现场实测数据为参数,对演马庄矿22111运输巷顶板抽采巷打顶板穿层钻孔对煤体进行水力压裂,并运用RFPA2D-Flow软件进行水力压裂现场模拟。通过分析水力压裂过程中煤层裂隙的产生和贯通,以及压裂后钻孔周围主应力和渗透系数的变化,可知压裂后钻孔周围煤层主应力得到明显降低和渗透系数得到显著增加。并通过现场水力压裂抽采数据分析得出:压裂孔影响区域单孔日均抽放纯瓦斯流量是压裂孔未影响区域组抽采孔日均瓦斯抽采纯流量的35.35倍,抽采孔瓦斯浓度平均要提高1.34倍。水力压裂能显著增加抽采效果。     

低透气突出煤层水力压裂增透试验研究

针对赶家桥矿煤层单一、松软、透气性差、穿层钻孔预抽效果不好的实际,借鉴石油水力压裂技术,通过压裂增透,提高煤层的透气性,以达到抽采消突目的。本文主要介绍了水力压裂试验在该矿+200m水平首采区试验时的试验孔布置与施工、压裂设备选择和试验效果考察等。试验证明,穿层水力压裂后的钻孔瓦斯抽采浓度提高90个百分点,抽采纯量提高30倍,钻孔工程量减少80%以上,瓦斯治理时间与抽采达标时间均大幅缩短,取得了较好效果。     

大湾煤矿穿层钻孔水力压裂技术的示范性研究及应用

为提升水矿集团矿井瓦斯防治技术及相应装备水平,积极响应我国煤炭工业"十三五"科技发展规划的号召,在大湾煤矿西井开展了穿层钻孔水力压裂技术现场示范性试验研究,对水力压裂技术应用在黔特有地质条件下的松软低透煤层进行了试验考察。结果表明:穿层钻孔水力压裂技术能够有效提高煤岩体的透气性和钻孔瓦斯抽采效果,压裂区域的煤层透气性系数增大了18.37倍;压裂影响半径为40 m;单孔瓦斯抽采浓度和抽采纯量分别为45.04%、0.031 m3/min,与原始煤层相比均增加了2倍以上。     

马堡煤业高压水力压裂冲孔工业试验分析

为探究马堡煤业水力压裂冲孔增加煤层瓦斯渗透率的适用性,采用RFPA^2D-Flow数值模拟软件建立了高压水力压裂冲孔数值模型,分析了不同注水压力条件下裂纹的扩展规律,并以8205运输巷底抽巷为试验对象开展了穿层水力压裂增透工业试验。结果表明：在马堡煤业煤层条件下,注水压力为8 MPa可使煤层产生初始破坏,注水压力为13 MPa可使裂隙快速扩张,注水压力为18 MPa可使煤层裂隙充分达到破坏。工业试验中,采用18 MPa的注水压力可使水力压裂的裂隙影响范围达到1.10～4.45 m,满足煤层的增透性需求。水力压裂钻孔组平均抽采体积分数是无水力压裂钻孔组的3.8倍。     

穿层压裂抽采一体化钻孔封孔长度研究

针对穿层水力压裂抽采一体化钻孔封孔技术现场施工难度大、封孔长度不合理等问题,在原有的瓦斯抽采"两堵一注"封孔技术基础上,提出改进的适用于压裂抽采一体化钻孔的封孔技术;建立水力压裂条件下囊袋力学模型。通过确定首山一矿己_(15-17)煤层合理的最大水力压裂压力,计算此压裂压力条件下合理的封孔长度;通过FLAC~(3D)数值模拟分析瓦斯抽采条件下的合理封孔长度,最终确定合理的封孔长度为10 m,并在底抽巷布置不同封孔长度的穿层钻孔进行对比验证。结果表明:最大水力压裂压力为25 MPa的条件下,采用10 m的封孔长度能满足水力压裂与瓦斯抽采要求,取得良好的技术经济效果。     

顺层水力导向压裂增透技术在低透气性松软煤层的应用研究

针对低渗高瓦斯松软煤层面临的瓦斯抽采率低的难题,提出运用顺层钻孔水力导向压裂增透技术改造煤层原始瓦斯赋存状态以提高瓦斯抽采率。理论分析了煤层水力压裂增透机理,并推导得出了距离水力压裂钻孔R处的煤体渗透率方程,分析发现压裂钻孔周围煤体渗透变化规律以及渗透率与压裂时间的关系。数值模拟研究得出常规顺层钻孔水力压裂增透半径为3 m,而运用水力割缝后进行导向水力压裂增透半径达到了6 m。现场试验表明,运用水力导向压裂增透技术能够有效提高低渗高瓦斯松软煤层的渗透性,从而提高本煤层瓦斯抽采效果。     

穿层钻孔水力重复压裂增透技术研究及应用

基于张集矿煤层地应力高、透气性低的特点，为了改善张集矿井下瓦斯抽采效率，采用相似模拟与工程试验相结合的手段，研究得出了水力重复压裂煤层过程中裂隙发育、扩展演化特征以及上覆岩层卸压、增透机制。并提出了穿层钻孔“重复压裂”及“先压后冲”相结合的压裂技术增加煤层渗透性，并根据模拟结果合理选择现场压裂施工参数进行现场工程试验，结果表明，该水力压裂技术可以有效提高煤层瓦斯抽采量，缩短抽采达标时间。     

井下水力压裂对深部低透煤层瓦斯含量的影响规律研究

水力压裂是解决深部低透煤层抽采瓦斯困难的主要方法之一,为了进一步提升瓦斯高效抽采及客观评价压裂效果,有必要对压裂后煤层瓦斯含量的影响规律进行研究。在平煤股份十二矿深部低透煤层开展了底抽巷上行穿层钻孔水力压裂增透试验,设计了18个压裂效果考察钻孔,通过取样测定每个考察钻孔的瓦斯含量,详细分析了水力压裂后目标煤层及邻近煤层瓦斯含量的变化规律。研究结果表明:压裂钻孔周围35 m范围内目标煤层的瓦斯含量较原始瓦斯含量平均降低了63%,邻近煤层的瓦斯含量较原始瓦斯含量平均降低了27%;沿目标煤层倾向的瓦斯含量平均降幅高于走向。研究结果可为深部低透煤层水力压裂钻孔与抽采钻孔的优化设计提供参考。     

煤矿井下大直径定向钻进技术在水力压裂中的应用

为了解决碎软、低透气性煤层水力压裂非定向顺层钻孔成孔率低、成孔后易塌孔导致钻孔堵塞和非定向穿层钻孔有效孔段短的问题,提出了将煤矿井下底板穿层梳状定向钻进技术与水力射流冲孔技术相结合的增透方案,形成一套适应煤矿井下水力压裂的大直径定向钻进技术。现场应用结果表明：该技术既解决了成孔率低和成孔后塌孔导致的钻孔堵塞的问题,又解决了钻孔有效距离短、压裂后影响范围小造成的瓦斯抽采效果差问题|抽采最大浓度平均为5.22%,抽采流量平均为4.60m3/min,日均瓦斯抽采量平均值334.81m3/d,与普通穿层钻孔抽采数据对比,压裂增透后钻孔瓦斯抽采流量提高约5.23倍。对该矿区碎软煤层条件下的瓦斯强化抽采具有较强的指导意义。     

煤矿井下大直径定向钻进技术在水力压裂中的应用

为了解决碎软、低透气性煤层水力压裂非定向顺层钻孔成孔率低、成孔后易塌孔导致钻孔堵塞和非定向穿层钻孔有效孔段短的问题,提出了将煤矿井下底板穿层梳状定向钻进技术与水力射流冲孔技术相结合的增透方案,形成一套适应煤矿井下水力压裂的大直径定向钻进技术。现场应用结果表明：该技术既解决了成孔率低和成孔后塌孔导致的钻孔堵塞的问题,又解决了钻孔有效距离短、压裂后影响范围小造成的瓦斯抽采效果差问题|抽采最大浓度平均为5.22%,抽采流量平均为4.60m3/min,日均瓦斯抽采量平均值334.81m3/d,与普通穿层钻孔抽采数据对比,压裂增透后钻孔瓦斯抽采流量提高约5.23倍。对该矿区碎软煤层条件下的瓦斯强化抽采具有较强的指导意义。     

“三软”突出煤层穿层钻孔水力压裂增透抽采瓦斯技术研究

告成煤矿为煤与瓦斯突出矿井,其主采二1煤层为突出煤层,且较难抽放。为有效解决低透气性突出煤层瓦斯治理难题,开展了穿层钻孔水力压裂增透抽采瓦斯技术研究。研究表明:穿层钻孔水力压裂可显著提高煤层透气性,并使瓦斯抽采浓度及纯量大大增加,有效解决了低透气性煤层瓦斯难以抽采的问题,可作为高瓦斯矿井、突出矿井瓦斯治理的常规手段之一。     

“三软”煤层水力冲孔与压裂耦合致裂增透技术

通过数值模拟软件分析和现场工程试验等手段,研究了水力冲孔与压裂耦合致裂增透技术对豫西"三软"煤层煤体位移、应力分布、渗透率的影响。研究结果表明,水力冲孔与压裂耦合致裂增透技术可以使水力冲孔泄煤钻孔间煤体应力降低20%以上、渗透率提高35%以上;告成矿23041下副巷(北)揭煤工作面穿层钻孔平均抽采浓度较相同瓦斯地质条件提高4.3倍,日平均抽采纯瓦斯量较相同瓦斯地质条件提高6.7倍,研究成果可推广应用于郑州矿区底板岩巷穿层钻孔预抽煤层瓦斯区域防突措施。     

同华煤矿K_1煤层穿层水力压裂技术深化试验

在同华煤矿±0 m阶段巷应用水力压裂技术对K1煤层进行穿层水力压裂深化试验,在设定范围布置检验钻孔,应用DGC型瓦斯含量快速测定仪及安装压力表考察压裂前后煤层基本参数变化规律,确定压裂影响范围及瓦斯运移变化规律,优化抽采钻孔布置,并考察压裂后瓦斯抽采效果。与同等条件2125-3运输巷经水力割缝增透相比,3121回风巷掘进条带经高压水力压裂增透后,单个钻场瓦斯抽采平均纯流量由0.063 8 m3/min提高到0.253 8 m3/min,提高297.81%;单个钻孔瓦斯抽采平均纯流量由0.001 7 m~3/min提高到0.007 4 m~3/min,提高335.29%,增透效果良好。     

穿层钻孔水力压裂增渗技术在阳煤寺家庄矿的应用

阳煤寺家庄矿煤层碎软、透气性差、地质构造复杂,瓦斯抽采难度大,尽管采取了一系列的瓦斯治理措施,但没能改变目前矿井掘进难、钻探工程量大、抽采效率低等现状。针对阳煤寺家庄矿碎软低渗煤层群抽采困难的难题,通过采用井下水力压裂增渗强化抽采技术,建立并优化井下水力穿层钻孔水力压裂增透工艺,寺家庄15~#煤层穿层钻孔水力压裂单孔注水量达到100 m~3时影响半径超过30 m,水力压裂后单孔抽采纯量普遍提高3.2倍。     

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。