构造煤层水力造穴卸压增透瓦斯抽采技术体系与应用

构造煤层具有渗透率低、煤层强度较低、瓦斯含量较高等特点,易出现堵孔、喷孔等现象,直接导致该类煤层瓦斯抽采难度较大。为解决构造煤层低渗透率导致的瓦斯抽采难题,分析了现有煤层增透技术及优缺点,介绍了一种区域性水力造穴卸压增透技术,提出了水力造穴卸压增透瓦斯抽采技术体系,具体包括水力造穴钻冲装备、煤水分离和煤量计量系统、高低负压独立瓦斯抽采系统。以试验采区为工程背景,介绍并分析了现有煤层增透技术及其优缺点,研究提出了区域性水力造穴卸压增透技术,形成了以水力造穴钻冲装备、煤水分离和煤量计量系统、高低负压独立瓦斯抽采系统为主的区域性水力造穴卸压增透技术体系。现场试验等间距7 m、8 m、10 m、12 m以及变间距水力造穴方案,分析不同钻孔直径的抽采效果,对比分析单孔及组孔的瓦斯抽采效果。研究结果表明,采用变间距水力造穴卸压增透技术,有效保障了煤体卸压增透效果,解决“掘进-抽采”不均衡问题,为解决构造煤层低渗透率导致的瓦斯抽采难题提供一种新技术。     

高河能源低渗煤层分段水力造穴增透技术

高河能源3~#煤层属高瓦斯低渗煤层,随着煤层开采强度的增大,单一普通钻孔瓦斯抽采难以快速降低煤层瓦斯含量,采掘接替紧张问题日趋凸显。因此,为提高本煤层瓦斯抽采效率,强化煤层瓦斯抽采效果,有效缓减采掘接替紧张,对本煤层实施了分段水力造穴增透技术。现场试验结果表明,实施分段水力造穴增透技术后,与普通瓦斯抽采钻孔相比,单孔平均瓦斯抽采纯量可增加3～4倍,增透效果显著,但受钻孔倾角影响,水力造穴钻孔抽采瓦斯浓度普遍低于普通预抽钻孔,出现高流量低浓度的瓦斯抽采规律。研究成果可为其它低渗煤层分段水力造穴增透技术实施及相关参数选择提供科学借鉴。     

顺层钻孔钻冲一体化卸压增透强化抽采技术应用

针对阳泉矿区松软低透高突煤层钻孔施工难、瓦斯抽采效果差的问题,提出了钻冲一体化水力冲孔造穴瓦斯抽采技术。并结合阳煤新景矿工程实践,设计了掘进工作面水力造穴工艺及方案。应用结果表明,水力冲孔造穴在松软低透高突煤层钻孔抽采瓦斯中,卸压增透效果明显,瓦斯抽采浓度提高10倍,抽采量提高6倍,抽采率提高近1倍,残余瓦斯含量始终未超标。     

低渗煤层瓦斯抽采顺层钻孔水力造穴卸压增透效果研究

为了揭示水力造穴参数对钻孔瓦斯抽采效果的影响规律,指导煤层水力造穴增透技术施工参数的合理选择。建立了煤层损伤-应力-渗流耦合模型,分析了不同造穴参数下煤层卸压增透效果,展开了顺层钻孔水力造穴现场工程试验,考察了不同造穴参数下钻孔瓦斯抽采效果,结果表明：采用水力造穴技术形成的孔穴能够有效降低其周围煤体应力,提高煤层渗透率,增加瓦斯钻孔抽采效果;造穴半径越大煤层的卸压程度越大,进而煤层渗透率增幅就越大,但在实际工程中过大的造穴半径会使得孔穴稳定性差,钻孔塌孔堵塞瓦斯涌出通道会使得钻孔瓦斯抽采量有所降低,试验矿井最优造穴半径为0.6 m;造穴间距对它们之间的应力降低区范围有着较大的影响,在一定距离条件下孔穴卸压有着明显的叠加效应,造穴间距越近叠加效应越明显,煤层应力越小,卸压增透效果越好。试验钻孔穴间距由8 m减小到6 m时,单孔平均瓦斯抽采纯量增加389.16%。     

水力造穴增透技术在余吾煤业的应用

余吾煤业所采的3#煤层具有低透气性、瓦斯含量高等特点,为提高顺层钻孔的抽采效率,缩短抽采达标时间,开展了水力造穴增透技术应用。先后对钻孔间距、造穴布置形式、造穴工序、配套设备进行了改进,建立了视频监控煤量验收机制,形成了一套适合余吾煤业的水力造穴技术参数。8个推广地点的应用证明,水力造穴增透技术可大幅度提升巷道钻孔的成孔深度、瓦斯抽采浓度、万米抽采量,实现了高瓦斯煤层的高效抽采。     

高瓦斯低渗透煤层冲孔造穴卸压增透技术及装备应用

针对我国高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采困难、极易导致煤与瓦斯突出的现状,分析了现有煤层瓦斯抽采的各种技术措施,研究了冲孔造穴的卸压增透原理,指出冲孔造穴是实现高瓦斯低透气性煤层卸荷增透的关键技术,并对我国水力冲孔造穴技术装备的研发进展进行了系统总结分析。在寺家庄煤矿和平煤八矿开展典型现场试验结果表明,采用目前广泛应用的煤层水力钻冲一体化装备和煤层机械扩孔一体化装备能够高效进行高瓦斯煤层扩孔造穴,降低煤层钻孔施工量,提高煤层透气性系数23.9倍以上,提高钻孔瓦斯抽采浓度和纯量在2倍以上。     

单一低渗煤层顺层钻孔水力化措施应用

余吾煤业主采3号煤层具有透气性差、较难抽采特点,顺层钻孔抽采瓦斯纯量较低,无法快速降低煤体瓦斯含量。为此余吾煤业开展了超高压水力割缝、水力造穴增透技术效果考察,得出钻孔经过超高压水力割缝、水力造穴后,单孔抽采效率得到了大大提升。同时对等效半径、纯量衰减情况、施工用时、安全系数等方面进行了全面对比,得出水力造穴效果优于超高压水力割缝。     

综采工作面水力造穴抽采瓦斯的应用

为解决高河煤矿瓦斯低渗透难抽放的问题,结合瓦斯赋存情况,在W3305工作面实施本煤层水力造穴技术。经应用证明,造穴后单孔浓度提高,单孔抽放效率提升,瓦斯抽采效率提升4.8倍,水力造穴后有效抽采半径增加50%,抽放效果显著。     

水力大直径分级造穴卸压效果数值模拟研究

为了提高低透气性煤层瓦斯抽采效果,利用水力大直径分级造穴技术,研究低透气性煤层卸压增透效果。通过对煤体受力平衡方程、瓦斯渗流方程以及耦合方程,分析了煤体中的瓦斯吸附、解吸、渗流过程以及同应力之间的耦合关系。利用COMSOL Multiphysics软件,构建了零透气性边界的抽采、造穴三维计算模型,研究了不同抽采时间和不同造穴半径(0.3 m、0.6 m、0.9 m)条件下的卸压抽采效果。研究结果表明,煤层造穴后随着瓦斯不断抽采,钻孔周围瓦斯压力随之下降,随着抽采时间逐渐增加,瓦斯压力降低区逐渐扩大,卸压范围不断增大。半径0.9 m的造穴孔腔模型瓦斯压力下降速度更为明显,能在更短时间内对煤层进行卸压增透,实现煤层消突。     

玉溪煤矿煤巷掘进工作面增透瓦斯抽采技术研究与应用

为实现1302运输顺槽掘进工作面瓦斯的高效抽采,通过分析水力冲孔造穴增透技术原理、工艺流程,结合工作面的具体地质条件,设计水力冲孔造穴水压为18 MPa,造穴循环距离为100 m,每循环内划分为4个区域,进行变间距造穴方案设计,基于煤层瓦斯含量特征,进行掘进工作面顺层钻孔抽采设计,并在水力冲孔造穴方案实施前后分别进行抽采效果监测分析。结果表明:增透抽采技术实施后,抽采效率显著提升,且抽采方案实施后煤层残余瓦斯含量和钻屑解吸指标均满足规范要求。     

高压脉动空气量子植入蠕变预裂增透技术研究与应用

高压脉动空气量子植入蠕变预裂增透技术主要是利用高压空气间歇式增压和减压,沿着煤层的层理和节理穿透煤层,以达到增加煤层透气性和渗透性的目的。通过在煤矿现场的实际应用表明,该创新技术能有效解决复杂地质条件下煤层瓦斯抽采率低的难题,其原理科学、先进,实际操作安全、实用,对于瓦斯治理具有研究意义,也可为广大煤矿瓦斯治理工程技术人员提供借鉴。     

水力压裂技术强化瓦斯抽采的应用

水力压裂技术是提高低透气性煤层瓦斯抽采效果的一种有效的增透措施。针对煤矿井下低透气性煤层瓦斯抽采浓度低、衰减系数大、抽采时间长且钻孔施工量大等问题,结合现场实际情况,确定压裂所需的仪器设备和工艺参数后,在工作面回风巷实施煤层压裂增透。根据压裂前后的瓦斯抽采参数跟踪记录,两者对比结果表明:对煤层进行压裂增透后,钻孔的最大瓦斯抽采流量和浓度最大可以提高3.65和4.42倍,煤层透气性显著提高,达到了强化瓦斯抽采的目的。     

松软低透气性煤层水力压裂增透瓦斯抽采技术研究

为解决松软低透气性煤层瓦斯抽采难度大、效率低的难题,以新景煤矿3^#煤层为研究对象,采用PFC^2D颗粒流数值模拟软件和控制变量法,研究不同注水流量和压裂时间对煤层水力压裂半径、裂缝最大开度和裂缝数目的影响。研究结果表明：松软低透气性煤层水力压裂半径、裂缝最大开度和裂缝数目与注水流量和压裂时间均呈幂函数形式增长。基于松软低透气性煤层的特点,引入压裂液效率,得到了压裂半径、裂缝最大开度和裂缝数目的修正计算公式。基于新景煤矿3^#煤层实际工程地质条件,在南五底抽巷进行了现场水力压裂试验。试验结果表明：当泵注压力为20~25 MPa、注水量为90~100 m³时,水力压裂半径约为50 m;水力压裂区域煤层透气性系数、平均抽采瓦斯浓度、百米巷道瓦斯抽采量和单孔平均抽采瓦斯纯流量分别为未压裂区域煤层的22.0、2.2、2.4、2.7倍,为新景煤矿3^#煤层水力压裂参数选取和瓦斯抽采设计提供了技术指导。     

水力冲孔强化增透松软低透突出煤层效果分析

以罗卜安煤矿为研究背景,在预抽煤层瓦斯前,采用水力冲孔措施对煤层进行增透。为了分析水力冲孔对松软低透突出煤层的增透效果,特对水力冲孔前后钻孔瓦斯涌出特征、煤层透气性系数和钻孔抽放有效影响半径的差异性进行了对比研究,结果表明:水力冲孔后钻孔初始瓦斯涌出量提高了6倍,百米极限瓦斯流量提高了46倍,钻孔瓦斯涌出衰减系数降低了85%,煤层的透气性系数提高了53.48倍,钻孔抽放有效影响半径提高了2～3倍。     

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。     

低渗煤层液态CO_2相变定向射孔致裂增透技术及应用

如何实现深部煤层瓦斯的高效抽采是保障我国煤炭企业安全生产的重要问题,而低透气性煤层瓦斯储层增产改造则是其中的核心技术和热点问题。为解决低透气性煤层瓦斯高效抽采技术难题,研究提出了地应力条件下优势射孔致裂方向的确定方法及低渗煤层液态CO_2相变定向射孔致裂增透技术,现场试验及应用研究形成了液态CO_2相变定向射孔致裂增透网格式瓦斯抽采方法。研究表明:孔壁破裂压力受钻孔方位角、倾角影响具有明显的方向性,并确定了试验区液态CO_2相变定向射孔优势致裂方向;该技术可有效增加煤样孔隙度、孔径、比表面积、可见孔比例等,改善煤岩体内孔隙结构及渗流能力,提高瓦斯抽采纯流量9~12倍,降低煤层瓦斯抽采流量衰减系数92%;现场试验及PFC2D数值模拟研究确定了该技术的影响半径为9~13 m;应用表明液态CO_2相变定向射孔致裂增透网格式瓦斯抽采方法,可有效预防低透气高突煤层巷道掘进期间的瓦斯超限问题,提高巷道掘进速度4~5倍。     

主动式补气对煤层瓦斯压力测定影响规律研究

针对目前煤层瓦斯压力测定周期长、准确性差的问题,采用理论分析、数值模拟和现场实验相结合的研究方法,分析了主动式补气快速测压的原理,研究了补气气源压力、补气时间、煤层渗透率、原始瓦斯压力等因素对补气测压结果的影响规律。结果表明,主动式补气可以明显减少瓦斯压力测定所需要的时间,补气压力越接于煤层原始瓦斯压力、煤层透气性越大、补气时间越长,越有利于煤层瓦斯压力的测定。现场试验证实,主动式补气法对准确快速测定煤层瓦斯压力具有较好的实用价值。     

松软煤层穿层钻孔超高压水力压裂技术研究及应用

为了增大煤层透气性,提高煤层的瓦斯抽采效率,保障工作面的安全生产,在N3704西瓦斯巷设计了穿层钻孔超高压水力压裂实施方案,并对压裂效果进行初步考察。结果表明,通过在7号煤层进行煤岩合层压裂,得出压裂后瓦斯抽采纯量效率提高10倍以上,煤层由难以抽采煤层、可抽煤层变为易抽采煤层,煤层透气性系数提高50倍以上|同时,7号煤层在埋深750m条件下,水量达109.72m3时,压裂之后的抽采半径可以达到50～70m,提高瓦斯抽采效率,改善由于瓦斯制约而不利于生产的被动局面。     

近距离煤层群瓦斯立体抽采技术研究

针对桐梓煤矿近距离煤层群开采,首先选择瓦斯含量较小、突出危险性低的煤层作为保护层进行开采,利用其开采扰动作用提高下部卸压煤层的透气性。采用顺层钻孔、低位走向穿层钻孔、采空区埋管和底板上向穿层钻孔等措施对煤层群进行立体化综合抽采,试验表明：保护层工作面瓦斯预抽采率在55%以上,消除了煤与瓦斯突出危险性,工作面开采后上隅角瓦斯体积分数控制在1%以下;6号、7号和9号被保护煤层经卸压后透气性系数分别增加了392、320和289倍,瓦斯抽采率超过60%,实现了煤与瓦斯安全高效共采