基于二氧化碳致裂增透技术的低透煤层瓦斯治理

为解决马堡煤矿15~#煤掘进工作面瓦斯涌出量大、抽采效果差的问题,通过理论分析和现场试验的方法,分析了二氧化碳致裂增透机理,设计了煤层增透试验方案,并在二采区运输下山掘进工作面进行了应用。在巷道迎头实施二氧化碳致裂爆破后,2组钻孔内瓦斯浓度平均提高了3倍,巷道掘进期间回风流中瓦斯浓度由抽采前的0.79%降为爆破后的0.26%,下降了67%,瓦斯平均抽采纯量提高了2.39倍,平均抽采混量提高了0.87倍。研究表明,二氧化碳致裂增透技术是一种有效的煤层增透手段,可以改善高瓦斯低透煤层难抽采的现状,显著提高瓦斯抽采效果。     

液态二氧化碳致裂增透技术在下沟煤矿的应用

为解决下沟煤矿ZF302工作面绝对瓦斯涌出量大、瓦斯预抽时间短等问题,论证二氧化碳致裂技术在该矿的适用性,采用现场试验和理论分析的方法讨论了二氧化碳致裂对该工作面瓦斯预抽增透效果。经试验分析得出了二氧化碳致裂技术在ZF302工作面瓦斯预抽增透影响极限半径为12 m。结合分组试验结果确定了ZF302工作面二氧化碳致裂增透钻孔的最佳间距为8m,在致裂增透试验区域,瓦斯预抽钻孔在一个月内平均抽采量增加了约150%。研究表明:液态二氧化碳致裂增透技术在该矿的应用取得了一定的成效,分析结果可为该矿工作面瓦斯预抽增透提供科学依据。     

肖家洼煤矿液态CO_2预裂增透技术试验研究

为了提高肖家洼煤矿的瓦斯抽采效果,提出采用液态CO_2致裂煤层增透技术对原始煤体进行预裂增透的方法。研究结果表明:肖家洼煤矿爆破孔的间距为4 m时,煤层的爆破效果最理想;煤体预裂后钻孔百米钻孔瓦斯流量平均为0. 026m~3/(min·hm),同比原始钻孔的百米钻孔瓦斯流量0. 013m~3/(min·hm)提高了2倍;致裂增透后钻孔的平均抽采量比致裂前钻孔抽采量提高了2. 4倍。     

漳村矿2306工作面预裂爆破增透预抽钻孔松动半径试验

漳村煤矿为高瓦斯矿井,由于煤层的低透气性导致瓦斯抽采率偏低,造成回采安全隐患,因此在该矿采用深孔控制预裂爆破技术对煤层卸压增透。提出了漳村煤矿2306工作面井下煤层深孔预裂爆破增透工艺,并在现场选取控制孔与爆破孔不同钻孔间距进行爆破试验,研究发现预裂爆破在2306工作面能够起到有效增透作用,瓦斯浓度比未爆破位置煤层最大能提高3倍,抽采纯量最大提高4倍,瓦斯抽采量显著增大,当控制孔与爆破孔间距4 m时瓦斯抽采量最大且衰减最慢,抽采效果最好,因此4 m是漳村矿2306工作面的松动爆破半径。     

二氧化碳爆破深孔预裂强化增透试验研究

针对胡家河煤矿煤层具有煤与瓦斯突出危险性的事实,认真地分析了该煤矿采用二氧化碳爆破增加煤层透气性的瓦斯抽采相关参数,提出了二氧化碳爆破深孔预裂强化增透技术优化方案,优化后的瓦斯抽采钻孔孔径75 mm,孔深100 m,孔间距10 m。     

液态CO2相变爆破技术布孔参数优化研究

瓦斯抽采是防止瓦斯灾害最常用的技术手段之一,为了解决高瓦斯低渗透煤层抽采难、抽采效果不好的技术难题.采用液态CO2相变爆破增透技术,通过理论分析、数值模拟计算、工业试验,研究了液态CO2相变爆破增透技术致裂区裂纹扩展延伸规律,采用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件模拟分析了单孔爆破有效影响半径范围,研究了钻孔间距、致裂器间距及致裂器布置方式对致裂效果的影响,将模拟得到的抽采参数在三元煤矿1312采区进行瓦斯抽采试验,对比爆破前后的瓦斯涌出量及煤层透气性系数.研究结果表明:爆破后钻孔瓦斯涌出量衰减强度降低了77.3％,煤层透气性提高为原来的45倍.液态CO2爆破钻孔布置参数优化后,可使煤层增透效果更佳,从而提高瓦斯的抽采效率,在高瓦斯低渗透煤层卸压增透方面起到了积极作用.     

深孔预裂爆破增透试验研究

为解决瓦斯抽采的问题,对新集二矿的4煤、5煤层群进行深孔预裂爆破增透试验研究。由现场的预裂爆破增透试验结果可以得知当35~#预裂爆破后,钻场钻孔的瓦斯平均抽采纯量为0.60 m~3/min,试验后的瓦斯抽采量是爆破之前的3~4倍;整个钻场钻孔的抽采瓦斯平均浓度为2.2%,是试验之前的2~3倍。     

斜沟煤矿18205工作面CO2致裂增透最优钻孔布置参数研究

为了得到斜沟煤矿18205工作面CO2致裂爆破钻孔最优布置参数,提高煤层瓦斯透气性系数,依据物理爆破原理,推导出了二氧化碳致裂器爆破时产生裂隙圈半径的计算公式;并通过FLAC^3D数值模拟软件进行模拟,得出:爆破孔间距为7 m、爆破器间距为5 m时,液态CO2致裂爆破可实现最佳的增透效果,当爆破孔间距越大时,透气性系数提高幅度越大,煤层增透效果越显著,抽采效率越高。     

基于二氧化碳深孔致裂增透技术的低透煤层瓦斯治理

为解决低透气性煤层瓦斯抽采中存在长深钻孔抽采有效影响范围小、抽采效率低、抽采周期长等问题,在司马煤矿3号煤层1211工作面进行100 m深孔二氧化碳致裂强化增透的试验及应用,以提高煤层透气性,缩短瓦斯抽采周期。在未抽采及已抽采煤层中分别进行了100 m深孔致裂试验,采用示踪气体法,确定了煤层致裂增透钻孔间距为10 m。通过在1211工作面走向300 m范围内的煤层深孔致裂增透应用表明:利用二氧化碳深孔致裂能实现对3号煤层的高效渗透和瓦斯驱替,煤层瓦斯解吸量和瓦斯压力显著降低,在60 d内煤层瓦斯含量平均降低1.8 m~3/t,改善了低透气性高瓦斯煤层难以抽采的现状,显著缩短抽采周期。     

二氧化碳致裂器深孔预裂爆破煤层增透新技术

针对低透气性煤层瓦斯抽采难度大、预抽效率低的问题,研发出二氧化碳致裂器深孔预裂爆破煤层增透新技术,通过理论分析、现场试验和数值模拟研究发现:采用二氧化碳致裂器在煤层中进行深孔预裂爆破,可促进煤层孔隙系统发育,提高煤层的透气性,达到强化抽采瓦斯的目的。贝勒煤矿井下试验结果显示,致裂后钻孔瓦斯流量增大3.8~6.7倍,钻孔瓦斯流量衰减系数由0.691 1 d-1降为0.052 8 d-1,煤层透气性系数提高26倍,预裂影响半径达4.5~5.7 m,在很大程度上改善了矿井瓦斯治理的效果,降低了瓦斯治理的经济成本,确保了煤矿采掘接替和安全生产。     

基于低透气性煤层的二氧化碳爆破增透技术试验研究

为考察利用二氧化碳爆破增透技术对低透气性煤层瓦斯抽采效果的影响,采用理论分析研究了二氧化碳爆破增透技术对低透气性煤层的增透原理,并在20321工作面回风巷道进行了二氧化碳增透技术试验,对比分析了爆破孔间距分别为2 m和3 m时与爆破前的增透效果。试验表明,距离2m处的抽采孔瓦斯抽采浓度提高至5倍,抽采纯量提高至6倍,160min后瓦斯浓度衰减明显;距离3m处抽采孔瓦斯抽采浓度提高至4倍,抽采纯量提高至4倍,120min后瓦斯浓度衰减明显。     

煤巷掘进爆破致裂增透高效消突技术实践

为解决兴发煤矿M16煤层采掘工作面瓦斯抽采周期长的问题,提出采取爆破致裂增透技术,提高矿井瓦斯抽采效率。现场研究表明:当抽采主管路中瓦斯浓度下降到6%时,通过实施二氧化碳爆破致裂增透措施,抽采主管路中瓦斯浓度最大提高到了18%,增加3倍,抽采时间缩短20天,实现安全、高效消突。     

寺家庄高瓦斯工作面液态CO2预裂增透研究

寺家庄煤矿是阳煤集团的主力矿井,但煤层瓦斯含量高,透气性差。为提高煤层的透气性,增大煤层间瓦斯抽放效率,开发液态CO2预裂增透技术,阐述了在寺家庄矿井进行的3次试验。试验结果显示,液态CO2增透技术对长时间抽采区域的煤层增透和瓦斯置换有明显增强效果;在保证瓦斯开采效率与最少工程量的前提下,抽采钻孔和预裂钻孔的间距应在10~15 m;CO2预裂增透对减轻煤与瓦斯突出现象亦是明显。     

松软煤层水力冲孔与二氧化碳爆破联合增透技术

为有效解决松软煤层瓦斯透气性低、瓦斯抽采效果差的问题,提出一种水力冲孔与二氧化碳致裂爆破联合增透方法,即在水力冲孔基础上引入二氧化碳致裂爆破措施,加快松软煤体向孔洞移动的速度,进一步提高煤层透气性,延长高瓦斯流量抽采时间。在贵州高山煤矿9号煤层进行对比试验,抽采30d后,联合增透技术抽采钻孔瓦斯抽采量比单独使用水力冲孔措施提高45%;抽采60d后,联合增透技术采区域平均残余瓦斯含量比单独使用水力冲孔增透措施时降低了22%,为其他矿区松软煤层瓦斯抽采提供参考。     

低透气性高瓦斯煤层CO2相变致裂强化增透技术

如何提高煤层透气性是低透气性高瓦斯矿井煤与瓦斯安全高效共采的关键.本文基于液态CO_2相变致裂工作原理,分析了爆破煤岩致裂与增透机理.结合陕西蒋家河煤矿ZF201工作面低透气性高瓦斯煤层地质生产条件,进行了爆破钻孔设计,确定了合理爆破有效影响半径等工艺参数.现场试验结果表明,采用液态CO_2爆破致裂增透技术后,提高瓦斯抽采纯量1.71倍,共抽采瓦斯105.4万m3,瓦斯抽采率提高到38.9%,促进了低透气性高瓦斯煤层工作面煤与瓦斯安全高效共采.     

二氧化碳相变预裂增透爆破参数优化研究

为了得到兴县矿区CO_2致裂爆破提高煤层瓦斯透气性系数的钻孔最优布置参数,依据物理爆破原理,推导出了二氧化碳致裂器爆破时产生裂隙圈半径的计算公式;并通过FLAC~(3D)数值模拟软件进行模拟,得出:爆破孔间距是7 m、爆破器间距是5 m时,液态CO_2致裂爆破可实现最佳的增透效果,当爆破孔间距越大时,透气性系数提高幅度越大,煤层增透效果越显著,抽采效率越高。     

高压空气爆破煤层致裂增透工艺研究

为解决高压空气爆破技术在实施过程中爆破参数不准确、操作程序不规范的问题,采用理论研究与现场试验相结合的研究方法,对高压空气爆破致裂增透工艺进行了研究,得出了以钻孔孔径、爆破压力、爆破孔间距和爆破冲击次数为主的高压空气爆破参数,制定了选址、钻孔施工、系统组装、爆破筒置入、封孔、起爆等6步高压空气爆破致裂增透工艺,实现了爆破增透工艺的流程化、完整化和标准化。煤层高压空气爆破致裂增透工艺现场验证结果表明:高压空气爆破致裂增透工艺能够适用于井下操作,爆破压力选择50 MPa、爆破孔与抽采孔孔径选择94 mm、单孔爆破次数2~3次时,致裂效果明显,大幅增强了煤层的透气性,提高了煤层瓦斯的涌出量与抽采量,改善了煤层瓦斯抽采效果。     

煤体增透与抽采瓦斯的关系研究

基于了解煤体增透与抽采瓦斯的关系的目的,采用了液态二氧化碳致裂增透技术对煤体进行增透。对比分析了煤体增透前后抽采瓦斯的浓度和流量,得出了经过液态二氧化碳致裂增透以后的煤层平均抽采瓦斯浓度提高近3.5倍,平均抽采瓦斯流量提高3～5倍。研究结果表明:煤体增透能促使煤层裂隙发育,增加煤层透气性,提高瓦斯抽采率。     

斜沟煤矿液态CO_2相变致裂增透技术试验研究

为了提高斜沟煤矿的瓦斯抽采效率,提出采用液态CO_2预裂增透技术对原始煤体进行预裂爆破。研究结果表明:斜沟煤矿18205工作面爆破孔的合理间距为7 m;钻孔爆破后,预裂钻孔百米钻孔瓦斯流量平均为0.029 m~3/min·hm,相比于未预裂钻孔的百米钻孔瓦斯流量0.01 m~3/min·hm0.0613 m~3/min、而未预裂钻孔抽采量仅为0.023 m~3/min,预裂钻孔抽采量比未预裂钻孔抽采量提高了2.66倍。     

急倾斜煤层切槽定向致裂瓦斯高效抽采技术研究

由于急倾斜煤层地质条件与开采工艺的特殊性,在采用水平分层开采方式时下部卸压煤体释放的大量瓦斯流向回采工作面造成安全问题。为了治理急倾斜煤层综采工作面底部煤体瓦斯的威胁,降低急倾斜煤层底部煤体瓦斯流向回采工作面的浓度,提出了将水射流割缝与高压水力压裂相结合,形成切槽定向致裂增透急倾斜煤层底部区域煤体的瓦斯高效抽采技术。在神新集团乌东煤矿北区+500 m水平45号煤层东翼南巷40—400 m至上分层+525 m水平进行了工程试验研究。讨论与分析了急倾斜煤层切槽定向致裂瓦斯高效抽采技术的增透原理与工艺流程,制定了详细的现场工程试验方案,优选出了适用于急倾斜煤层切槽定向致裂瓦斯高效抽采技术的整套工艺技术装备。研究结果表明:采用切槽定向致裂瓦斯高效抽采技术增透急倾斜煤层回采工作面底部煤体瓦斯富集区域后,切槽定向致裂钻孔在注水压力为20 MPa条件下的瓦斯抽采纯量较普通瓦斯抽采钻孔提升了6.7倍,割缝钻孔瓦斯抽采纯量较普通瓦斯抽采钻孔提升了3.0倍;增透直接扰动半径约为6 m,70 d的抽采时间内影响半径已达到8 m以上。研究结果表明应用此技术治理急倾斜煤层回采工作面底部煤体瓦斯效果明显,有效保障了上分层回采工作面的安全生产。