双排水力割缝钻孔参数优化研究与应用

为了实现工作面快速消突,提出布置双排瓦斯抽采钻孔,并实施水力割缝。通过数值模拟,研究不同割缝深度、孔间距、布孔方式对抽采效果的影响。结果表明：单孔有效抽采半径随割缝深度的增加而增加,但增速逐渐放缓,根据数据拟合结果,确定割缝深度为1.5 m;双孔抽采时,钻孔间距越小,瓦斯压力越低,最终确定钻孔间距为7 m;正方形布孔和菱形布孔均可以实现消突目的,正方形布孔覆盖面积大,选择该方式。现场试验表明,水力割缝正方形双排钻孔抽采效果良好,可以达到消突的目的。     

低透气煤层超高压水力割缝与水力压裂联合增透技术

为了解决矿井瓦斯预抽中存在的问题,提高矿井瓦斯抽采利用效率,杜绝瓦斯灾害事故发生,以新集二矿瓦斯预抽工艺为研究背景,针对矿井采掘接替紧张、煤层透气性差、瓦斯抽采率低等技术难题,提出了超高压水力割缝与水力压裂联合增透技术。基于岩石力学与流体力学理论,分析了超高压水力割缝与水力压裂联合增透机理。并采用数字模拟方法研究确定了沿槽缝延伸方向,缝槽至煤体深部依次形成破碎区、塑性区、弹性区及原岩应力区,被冲割煤体受高压水射流剪、割应力作用影响,原岩应力区向煤体深部转移,煤体渗透率增大。得出水力压裂钻孔布置在超高压水力割缝形成的塑性区范围内能够达到较好的增透效果,并设计了超高压水力割缝与水力压裂一体化联合增透技术工艺:割缝水压为95～100 MPa,旋转水尾转速为40 r/min,割缝间距为1.0～1.2 m,单刀冲割时间为12 min;水力压裂钻孔直径为95 mm,并采用100 mm的钻孔洗扩装置冲、扩钻孔。通过在新集二矿2201采区220108底板巷2号上钻场的应用结果显示:超高压水力割缝与水力压裂协同增透技术能够明显改善煤层透气性,瓦斯抽采30 d以后,协同超高压水力割缝钻孔平均瓦斯抽采纯量为普通钻孔的10.3倍;协同水力压裂钻孔平均瓦斯抽采纯量为普通钻孔的6.4倍,且能够持续保证较高流量和浓度的瓦斯抽采效果。     

顺层钻孔超高压水力割缝技术在强化瓦斯抽采中的应用

介绍了超高压水力割缝技术及装备、防突原理和工艺方法。现场试验结果表明:超高压水力割缝技术运用后,钻孔瓦斯抽采浓度提升1.75倍,钻孔瓦斯抽采量提高2.3倍,抽采有效半径较对比钻孔提高2.1倍,超高压水力割缝技术卸压增透效果显著。     

基于ZGF-100(A)型超高压水力割缝成套装备的煤层卸压增透效果考察试验

为了解决矿井深部区域高瓦斯难抽煤层抽采工作量大、抽采效果差的问题,提出了采用超高压水力割缝技术强化煤层瓦斯抽采。该技术可充分改变煤体结构,增加透气性,改善抽采效果。基于ZGF-100(A)型超高压水力割缝成套装备,以小宝鼎煤矿12393-2工作面作为试验区,开展了顺层钻孔水力割缝抽采效果考察试验。结果表明：在采用合理的水力割缝技术参数下,割缝组相较于普通组瓦斯抽采浓度提高约1.02倍,抽采纯量提高约2.36倍,抽采达标时间缩短约54.2%,抽采效果显著。     

高压水力割缝技术工程实践及瓦斯抽采影响因素探讨

针对低渗煤层瓦斯抽采难度大、抽采效率低以及抽-掘-采衔接不紧密等难题,以大佛寺煤矿4#煤层为研究对象,开展了顺层钻孔高压水力割缝现场试验,考察了水力割缝效果。结果表明：（1）当割缝压力为70 MPa,割缝时间为10～15 min时,等效割缝半径为1.16～1.41 m;(2)受水锁效应影响,割缝钻孔瓦斯抽采参数随时间的变化过程可分为抽采初期、抽采稳定期和抽采衰减期3个阶段,其单孔平均抽采浓度、纯流量分别是常规钻孔的1.81～2.36倍和1.93～4.50倍,且割缝间距越小提升效果越显著,衰减越慢;（3）随着负压的增大,割缝钻孔的抽采浓度加速降低,抽采纯流量和混合流量不断升高,但抽采纯流量的增长幅度远小于混合流量的增幅,且差距逐渐拉大。由此可见,高压水力割缝能够增强煤层渗透率,提高瓦斯抽采效率。     

松软煤层水力割缝卸压增透技术研究

为解决赵庄煤业松软煤层瓦斯抽采率低的难题,以水力割缝技术为试验研究基础,在二盘区北回风巷进行了抽放效果对比考察,对不同穿层割缝钻孔布置方式及参数下瓦斯抽采浓度、抽采量等数据进行分析,摸索出适合赵庄煤业的以水力割缝技术增透的技术参数.试验表明,水力割缝钻孔与普通钻孔相比,瓦斯抽采浓度提高了1.49倍,抽采流量增加了3.02倍,瓦斯抽采效率显著提高.     

基于坚硬煤层条件的顺层钻孔增透技术研究

为了解决低透气性坚硬煤层顺层钻孔抽采影响范围小、抽采效果差等问题,分析了坚硬煤层高压水射流破坏过程,采用数值模拟的方法研究了超高压水射流环形割缝卸压增透机制,研制了新型超高压水力割缝成套装置,并现场考察了坚硬煤层煤巷条带顺层钻孔超高压水力割缝应用效果。结果表明:采用超高压水力割缝后,坚硬煤层透气性提升约20倍,钻孔平均抽采瓦斯纯量提高2.0~2.5倍,抽采达标时间缩短67%以上,月掘进速度提高约50%,掘进期间无瓦斯异常现象,实现了坚硬煤层煤巷条带安全、快速掘进。     

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。     

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。     

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。     

高瓦斯碎软煤层超高压水力割缝增透机理及合理技术参数研究

针对云南省大坪矿区某煤矿开采C_9煤层期间面临的煤层透气性差、瓦斯含量高、预抽达标时间长、生产接续失调等问题,提出超高压水力割缝增透强化抽采技术。采用理论分析、实验考察的方法对其增透机理、合理技术参数分别进行了分析研究,得到C_9煤层合理割缝压力为75 MPa,单缝合理排屑量为0.36t,缝槽半径约为1.66m,单缝合理割缝时间为7min,缝槽合理间距为5m。在此基础上开展了工业试验,试验结果表明:C_9煤层采用超高压水力割缝后,钻孔抽采瓦斯浓度、瓦斯纯流量提高约2.14倍、2.74倍,煤层抽采达标时间缩短约63.7%,解决了某煤矿C_9煤层瓦斯治理难题,有效地保障了煤矿的安全高效生产。     

高压水射流割缝参数试验研究

高压水射流割缝是一项能够有效提高煤层透气性的卸压增透技术,卸压增透效果与高压水射流割缝参数密切相关.为了研究适合长平矿的高压水射流割缝参数,本文设计并施工了水射流割缝压力、割缝间距、割缝时间的试验钻孔,通过现场试验数据分析,研究了割缝压力、时间、间距与割缝效率以及瓦斯抽采效果之间的关系.研究结果表明:适合于长平矿的割缝压力为70 MPa^80 MPa较为合理,割缝时间4 min左右,割缝间距为1 m^1.5 m为宜.     

割缝与压裂协同增透技术参数数值模拟与试验

针对古汉山矿低透气性煤层穿层抽采钻孔卸压不充分的问题,提出了割缝与压裂协同增透技术,基于弹性断裂力学和Biot经典渗流力学理论,采用数值模拟的方法,分析了割缝钻孔与压裂钻孔协同布置时不同条件下压裂裂缝扩展规律,确定割缝钻孔与压裂钻孔水平距离为4 m时压裂效果较好,缝槽相对于水平方向的倾角应避免为45°,割缝钻孔形成的缝槽可以控制压裂裂缝的扩展方向,裂缝影响范围内应力由约8 MPa下降至4 MPa以内。现场试验表明,距割缝钻孔2 m以内的煤体发生了位移,协同割缝钻孔的瓦斯抽采纯量是割缝钻孔的2.3倍,是普通钻孔的7.8倍,协同压裂钻孔的瓦斯抽采纯量是压裂钻孔的2.1倍,普通钻孔的5倍,瓦斯抽采效率显著提高。     

基于COMSOL Multiphysics模拟的瓦斯抽采钻孔合理间距研究

为考察坪上煤业主采3号煤层的合理抽采钻孔间距,利用瓦斯在煤层中的运移和渗流规律,结合实测煤的参数条件,在相同的抽放负压、抽放时间等影响条件下,运用COMSOL Multiphysics有限元软件模拟了不同钻孔间距时所抽煤层在抽采时间为400 d时钻孔影响范围内煤体瓦斯含量变化规律,得出了满足抽采时间条件下的合理钻孔间距为5 m。结合矿井2305（上）回采面巷道内开展了不同钻孔间距实测,在相同的瓦斯地质参数及抽采系统条件下,连续抽采且观测时间达到400 d时各钻孔的瓦斯抽采纯量和钻孔浓度变化。确定了在抽采时间达到400 d时,抽采钻孔间距为5 m时的钻孔瓦斯浓度为35%、流量为0.04 m3/min,受抽采系统影响明显;而间距在6 m的钻孔的流量和浓度仍保持自然衰减特征。模拟和现场实测均验证了该矿瓦斯抽采钻孔间距布置以5 m最佳,该研究为实际生产过程中确定合理的钻孔间距提供理论依据,为矿井瓦斯抽采布局及瓦斯治理提供了技术保障。     

水力割缝参数优化数值模拟研究

利用FLAC^3D软件建立水力割缝模型,针对某掘进工作面,选取其正前方12 m处截面为研究对象,在缝槽高度和深度不变的情况下,模拟了单缝槽、双缝槽和多缝槽3种不同宽度缝槽的割缝方案,得到了瓦斯抽采钻孔割缝前后煤体内部应力变化和竖直位移变化、垂直于割缝钻孔上方煤体的下沉量及塑性区破坏情况。结果表明:当缝槽宽度为2 000 mm时,割缝钻孔的卸压效果明显,煤体下沉量较大,钻孔周围塑性区破坏较大,钻孔的稳定性最好。     

水力割缝技术在提高瓦斯抽采效果中的应用

 为了解决我国矿井在低透气性煤层瓦斯抽采治理中遇到的瓶颈,基于近年来水力割缝技术在矿井石门揭煤、底板巷消除地应力方面取得的发展,探讨性的开展了水力割缝技术在本煤层强化瓦斯抽采方面的研究工作。提出了用水力割缝技术扩大钻孔的直接影响范围的思路,研究了水力割缝技术对扰动煤体的体积、表面积、单孔瓦斯抽采量、钻孔影响半径等参数,对比分析了水力割缝技术和普通钻孔抽采技术的数据,结果表明水力割缝技术扰动煤体体积可提高6~16倍,影响煤体表面积可提高5.3~8.8倍,单孔抽采流量可提高2.0~2.5倍。同时水力割缝技术可增大单孔有效影响半径,在一定程度上可减少施工工程量。     

超高压水力割缝技术在低渗透特厚煤层中的应用

为增大煤层透气性系数,提高煤层瓦斯抽采效果,通过超高压水力割缝技术,增大煤体暴露面积,给煤层内部卸压、瓦斯释放和流动创造了良好的条件,缝槽上下的煤体在一定范围内得到较充分的卸压,增大了煤层的透气性。结果表明:水力割缝钻孔组瓦斯抽采浓度、纯流量、百米瓦斯抽采纯流量及瓦斯抽采率是对比钻孔的2~4倍,远远大于对比钻孔组,割缝钻孔瓦斯抽采效果显著。研究为其他类似矿井提供借鉴。     

基于水力割缝的高瓦斯煤层掘进工作面强化增渗技术与实践

以山西省潞安一缘煤业150112试验工作面运输巷的掘进为工程背景,基于GF-100型超高压水力割缝设备,分析了煤巷掘进工作面高压水力割缝强化瓦斯抽采的技术原理。将高压水力割缝工艺与高瓦斯矿井煤巷的安全、快速掘进有机结合,提高了掘进工作面煤体的渗透特性,增强了瓦斯抽采效果,形成了基于水力割缝的高瓦斯煤层掘进工作面强化增渗技术工艺体系,并在试验工作面煤巷掘进中进行了应用。结果表明:①将高压水力割缝工艺应用于高瓦斯矿井煤巷的掘进作业,解决了使用常规方法施工措施钻孔工程量大、抽采周期长的问题;②在采用水力割缝作业期间,瓦斯抽采量提高了2.36～2.4倍,平均日进尺提升了近2.5倍。     

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。