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。     

水力割缝技术在松树镇煤矿的应用研究

低透气性煤层卸压增透技术严重制约煤层瓦斯抽放。针对松树镇煤矿煤层赋存条件,应用水力割缝技术对该矿回采工作面进行了卸压增透,并通过钻孔瓦斯浓度、抽采负压及钻孔瓦斯流量对水力割缝效果进行考察。结果表明,实施水力割缝技术后,钻孔瓦斯浓度明显上升,考察周期内,绝大部分钻孔瓦斯浓度高于10%;各钻孔的抽采负压数值稳定,钻孔瓦斯总平均流量达到0.034 m³/min,远高于普通钻孔的平均流量0.005 m³/min。     

碎软煤层超高压水力割缝增渗技术及应用

为了解决矿井高构造应力区域瓦斯抽采效果差、钻孔垮孔严重、瓦斯抽采浓度低等问题,以赵家寨煤矿14201工作面为研究对象,在预抽煤层瓦斯时采用水力割缝增渗技术,分析了该技术的增透原理,并在14201工作面回风巷进行了对比试验。结果表明：水力割缝增渗技术明显比未割缝抽采技术的渗透性好,增渗区域瓦斯含量明显降低,提高了瓦斯抽采浓度和抽采效果。采用水力割缝工艺后,瓦斯抽采日纯量平均为130 m³/min,是未割缝区域钻孔的瓦斯抽采纯量51.42 m³/min的2.5倍,同时割缝抽采28 d后,瓦斯含量由8.91 m³/t降低到5.74 m³/t,达到了突出煤层消突的目的。     

大直径长钻孔定向水力割缝增抽瓦斯技术及应用

针对低透气性煤层瓦斯抽采量少,抽采时间长,煤层整体卸压增透效果差等问题,提出了大直径长钻孔定向水力割缝增透技术。以吉宁煤矿2107胶带运输巷为研究背景,分析了水力割缝增透机理,采用大直径长钻孔技术实现钻孔间煤体定向水力压穿,形成贯穿裂隙并通过高压水携带出大量煤屑,实现煤层卸压和增加煤层透气性。研究结果表明:采用水力割缝后平均抽采流量是普通钻孔的5.5倍,割缝孔平均瓦斯抽采纯量是普通孔平均瓦斯抽采纯量的8.06倍,平均浓度提高33.92%,水力割缝有效增加了煤层透气性,提高了瓦斯抽采率。     

水力压裂增透工艺及瓦斯综合治理效果考察研究

针对某矿703综采工作面瓦斯涌出问题,在工作面回采前先对工作面进行顺层孔致裂卸压增透,再施工工作面顺层抽采钻孔治理本煤层瓦斯涌出。结果表明,未压裂区域煤层原始瓦斯含量为6.68 m³/t,压裂区域煤层瓦斯含量约为3.59 m³/t;未压裂区域煤层原始瓦斯压力为0.4 MPa,压裂区域煤层瓦斯压力约为0.14 MPa;未压裂区域煤层透气性系数为0.007 3 m²/(MPa²·d^-1),压裂区域煤层透气性系数为0.024 2 m²/(MPa²·d^-1),与未压裂区域相比,压裂区域的瓦斯抽采浓度和抽采纯量都有大幅度的提高;703工作面采取措施前,回采工作面相对瓦斯涌出量16.6 m³/t,绝对瓦斯涌出量84.01 m³/min;而703工作面采用综合瓦斯治理措施情况下,回采工作面相对瓦斯涌出量13.29 m³/t,绝对瓦斯涌出量60.28 m^...     

超高压水力割缝技术在中等硬度低透气性煤层的应用

为提高高瓦斯低透气性中硬煤层瓦斯预抽效率,探讨了水力冲孔、水力压裂、水力割缝增透技术适用条件和优缺点。基于超高压水力割缝技术原理,研制了一种穿层钻孔超高压水力割缝装置,主要由金刚石水力割缝钻头、水力割缝浅螺旋钻杆、超高压旋转接头、超高压清水泵、高低压转换器、超高压橡胶管等组成,水压达到60～100 MPa,可实现钻进、切割一体化,使用简单方便。采用该装置在丁集煤矿1361(1)运输巷底板抽采巷11-2煤层穿层预抽钻孔中开展现场试验,煤层瓦斯压力1.43 MPa,瓦斯含量为8.05 m3/t,透气性系数为0.013 m2/(MPa2·d),煤层坚固性系数为0.79;1361(1)运输巷底板抽采巷11号～15号钻场区域单元长度227 m,采用高压水力割缝增透措施,1361(1)运输巷底板抽采巷6号～10号钻场区域单元长度213 m,采用矿井低压水冲孔增透措施。结果表明：超高压水力割缝钻孔平均单刀割缝时间为10.7 min,单刀出煤量为0.31 t,等效割缝半径达1.38 m,煤孔段割缝密度为1刀/m,平均每孔割缝2.6个;超高压水力割缝钻孔平均瓦斯抽采浓度56.97%,是低压冲孔的2.37...     

水力化卸压增透技术在石门快速揭煤中的应用研究

为了解决西南地区松软煤层所面临的瓦斯抽采难度大、消突时间长的难题,在新维煤矿石门揭穿8#突出煤层期间,通过抽采钻孔,采用单孔多次高压水力割缝形成缝槽,并同时实施中压注水实现导向性水力压裂的煤层增透方法,增加了待揭露区域煤层的透气性,缩短了预抽时间。结果表明:高压水力割缝形成缝槽为水力压裂起到一定的导向作用,水力压裂裂缝和割缝缝槽共同形成连贯塑性区;经过水力化措施后,煤层透气性提高,单孔抽采瓦斯流量平均提高2倍;单孔抽采瓦斯浓度平均提高3倍左右,实现了石门快速揭煤。     

高压水射流割缝增强瓦斯抽采及防喷孔技术研究

针对平顶山矿区地质构造复杂、瓦斯含量高及煤层透气性系数低等赋存特性,提出利用高压水射流割缝实施钻孔割缝,使煤体卸压、增透,以达到增强瓦斯抽采能力的目的.结果表明,水力割孔比普通孔抽采瓦斯量大幅提高,割缝后邻近的普通孔的瓦斯抽采浓度分别为割缝前的1.1倍和1.9倍,可见采用高压水射流割缝时瓦斯抽采平均浓度较割缝前急剧上升,且割缝还“激活”了邻近的普通瓦斯抽采钻孔,致使瓦斯抽采浓度发生突跃.另外为抑制水力割缝诱发的喷孔现象,避免施工巷道瓦斯超限,还提出一种防喷孔装置,该防喷孔装置使巷道内最高瓦斯体积分数由0.61％降至0.3％以下,全尘质量浓度由75 mg/m3降至8 mg/m3左右,呼吸性粉尘质量浓度由20 mg/m3降至2 mg/m3以下,可见此装置不仅大幅降低了巷道内瓦斯浓度,还起到了显著的降尘效果.     

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。     

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。     

赵固二矿坚硬煤层超高压水力割缝增透技术应用

针对赵固二矿煤层坚硬、透气性低、钻孔瓦斯抽采效果差及钻孔工程量大等问题,提出采用超高压水力割缝技术提高瓦斯抽采效率。基于应力波原理,分析了高压水射流破煤机理,研制了适用于坚硬煤层条件且能够有效提高射流打击力的圆锥收敛型喷嘴和适用于坚硬煤层条件的定点冲击割缝方式。现场试验表明,针对坚硬煤层条件,割缝钻孔平均单刀出煤量约0.18t,等效割缝半径0.99～1.57m,割缝后瓦斯自然涌出量是普通钻孔的11.3倍,抽采纯量较普通钻孔提高3.8倍,钻孔抽采有效半径较普通钻孔增加了90%左右。超高压水力割缝技术能有效的解决低渗透性坚硬煤层的瓦斯抽采难题。     

超高压水力割缝卸压增透最优参数研究

针对登茂通煤矿1~#煤层在深部区域整体透气性差、瓦斯含量高、传统抽放方法效果差的问题,提出利用超高压水力割缝卸压增透技术提高煤层透气性,并在108底抽巷进行工业试验。通过控制变量法确定在1~#煤层开展超高压水力割缝卸压增透的最优化参数,其中,割缝压力为60～70MPa,割缝时间为25min、割缝转速为80r/min,割缝间距为2m。通过割缝钻孔与普通钻孔抽采情况对比分析,表明割缝后钻孔的抽采浓度是普通钻孔的1.75倍,抽采纯量是普通钻孔的3.25倍,抽采达标时间降低了42%,煤层残余瓦斯含量明显减小,瓦斯抽采效果显著提高。     

高瓦斯低透气性煤层水力压裂增透技术研究

为提高中兴煤矿松软煤层透气性,有效解决传统钻孔瓦斯抽采难题,通过现场工业试验及瓦斯抽采效果对比相结合的方法,对2号松软煤层水力压裂增透技术及工艺进行了研究。结果表明：水力压裂方案实施后,煤层透气性提高明显,瓦斯抽采浓度、流量分别增幅3.6倍、2.7倍,抽采巷风排瓦斯量平均降低0.68m³/min,减幅27%,水力压裂可有效提升煤层瓦斯抽采效率。     

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。     

底抽巷穿层钻孔水力割缝压裂增透煤层技术研究

针对屯兰煤矿12507突出煤层工作面的工作面巷道掘进时期的瓦斯治理和突出防治难题,提出并试验了底抽巷穿层钻孔水力割缝压裂增透煤层技术,用以提高低透煤层的透气性系数和煤巷条带瓦斯抽采率,结果表明:(1)采取割缝(压裂)综合增透的钻孔,其瓦斯抽采的平均浓度是常规钻孔的2.86倍;(2)支管瓦斯抽采纯流量是未压裂前的2.6倍;(3)煤层残余瓦斯含量下降了3.618 m3/t;(4)割缝压裂综合作业提高了瓦斯抽采效果和抽采效率,具有明显的煤层增透效果。     

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。     

SF6测定水力割缝钻孔抽采影响半径研究

为了确定彬长孟村煤矿4号低透气性煤层水力割缝钻孔的最优抽采影响半径,在401103工作面进行割缝钻孔瓦斯抽放试验,采用SF₆气体示踪法测定401103工作面瓦斯的抽放半径,分析比较不同抽放半径(4 m、5 m、6 m、7 m、8 m、9 m)下的SF₆浓度。结果表明,测试孔中SF₆气体浓度衰减较快,SF₆浓度呈现逐渐减小趋势;随钻孔间距逐渐增大,SF₆浓度呈现减小的趋势,钻孔间距增大到6 m时,SF₆浓度急剧减小,钻孔间贯通裂隙较少,SF₆气体测定抽采影响半径范围为5 m,该方法与传统压降法相比更加准确和便捷。     

“三软”低透气性煤层水力冲孔增透效果分析与评价

为研究水力冲孔对"三软"低透气性煤层的增透效果,提高"三软"煤层瓦斯抽采率,根据某矿的实际条件进行了"三软"煤层水力冲孔试验,并采用测试钻孔瓦斯抽采浓度和纯流量以及瓦斯抽采有效影响半径的方法,对该矿的水力冲孔效果进行了分析与评价,结果表明:对于该矿"三软"煤层,采用水力冲孔措施之后,瓦斯抽采浓度和纯流量最大增加了2.4倍和9.22倍,15 d内的瓦斯抽采有效影响半径由之前的2 m提高到了4～5 m,透气性系数由之前的0.005 4 m~2/MPa~2·d增加到0.053 m~2/(MPa~2·d),水力冲孔对"三软"煤层透气性系数的增加起到了较好的效果,提高了瓦斯的抽采效率。     

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。     

液态CO2相变致裂在低渗低透强突出煤层的应用研究

针对低透气性煤层瓦斯含量高、预抽效果不理想的问题,采用液态CO₂相变致裂技术,在穿层钻孔中利用瞬间产生的高压CO₂气体冲击煤体,产生大量裂隙并促使裂隙发育、扩展,以达到提高煤层透气性的目的。在绿塘煤矿南二采区S204工作面进行的试验表明：液态CO₂相变致裂技术可有效提高瓦斯抽采效果,试验后平均抽采流量为0.057 m³/min,是试验前的4.3倍,是相同抽采时间内水力冲孔措施平均抽采流量的2.3倍;抽采浓度也有所提升;在试验考察期内流量衰减系数降低到0.046 d^-1,增透效果显著。