煤巷穿层钻孔割缝组合强化增透技术的应用

针对普通穿层钻孔条带布置掩护煤巷掘进增透效果差、卸压不充分的问题,提出了穿层钻孔割缝组合强化增透技术,研究了其增透机制,并进行了现场应用。研究结果表明,穿层割缝钻孔和普通穿层钻孔的卸压带相互贯通形成整体卸压,显著降低控制区域内煤体应力,强化增透效果更为明显。现场试验结果表明,采用该技术措施后,抽采平均纯瓦斯流量提高了3.42倍,瓦斯涌出初速度平均降低了27.0%、钻屑量平均降低了3.2%,未出现超标现象,达到了消突的目的。     

高压水射流割缝技术卸压增透机理及应用研究

基于余吾煤业高瓦斯矿井受瓦斯灾害困扰严重难题,提出了高压水射流割缝技术的卸压增透方法,对该技术切割机理、卸压增透机理进行了理论上的可行性分析,结合现场工业性试验对煤样的观察和瓦斯抽采浓度的对比,验证了该技术对煤层的卸压增透效果显著,有利于低透气性煤层的瓦斯预抽采。     

基于高压水射流割缝的煤层增透技术

为提高煤层透气性,缩短煤层预抽时间,提高本煤层预抽效果,在杜儿坪矿68307回风巷采用高压水射流割缝技术,介绍了施工设计、方式、封孔设计等现场实施情况,与未实施该技术的68307机轨巷相比,抽采瓦斯浓度平均提高20％,瓦斯纯量提高2.13 m3/min,达到了减少钻孔量、缩短抽采时间、提高抽采量的目的,提前完成了对目标...     

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。     

水射流割缝增透技术应用研究

焦煤公司九里山矿属严重煤与瓦斯突出矿井,主采山西组二1煤层,为单一厚煤层开采,煤层透气性差,瓦斯抽采困难.因此,应用穿层高压水射流割缝卸压增透技术,对原有煤体进行割缝卸压,改善瓦斯抽采效果.现场应用证明,利用割缝卸压增透技术能够明显提高瓦斯抽采率,确保矿井的安全生产.     

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.     

高压水力割缝增透技术及其应用

为阐述水力割缝卸压增透技术的原理,在松树镇煤矿通过2组5个钻孔进行为期12 d抽放效果对比考察。未进行水力割缝考察的钻孔最高瓦斯浓度为43%,单孔纯抽瓦斯量0.067 m3/min,持续8 d时间瓦斯浓度降至5%;进行水力割缝考察的钻孔最高瓦斯浓度为75%,单孔纯抽瓦斯量0.198 m3/min,持续7 d时间瓦斯浓度降至9%。通过对比,进行水力割缝考察钻孔纯抽瓦斯量比未进行水力割缝考察钻孔纯抽瓦斯量提高2~7倍,基本达到试验的预期目的。实践证明,水力割缝卸压增透技术为提高低透气性煤层的瓦斯抽放效果提供了一个经济可行的技术途径。     

钻孔割缝网络化增透机制及其在底板穿层钻孔瓦斯抽采中的应用

针对底板穿层瓦斯抽采钻孔卸压不充分的主要问题,采用理论分析与现场试验相结合的方法,研究了钻孔割缝网络化卸压增透机制,提出了底板穿层钻孔割缝网络化增透技术,并且在国内相关矿井进行了现场应用。应用结果表明：采用该技术措施后,平均透气性系数提高了122倍,瓦斯抽采流量提高了3.5倍,瓦斯抽采浓度提高了2.3倍,预抽达标时间缩短50%以上。     

水射流割缝增透技术研究进展

目前国内外学者主要从破岩机理、水射流工艺方法、水射流设备研制及水射流破岩数值模拟等方面开展了水射流割缝增透技术的研究,并取得了许多成果,针对上述4个方面内容对水射流割缝技术的发展概况及主要研究成果进行综述,在此基础上提出了水射流割缝技术的发展趋势及下一步的研究重点。     

进退式高压水射流割缝对煤层卸压增透效果的影响

高压水射流割缝技术目前为单一低透气性煤层卸压增透技术的主要措施,通过穿层钻孔在煤层内部进行水力割缝,冲出部分煤体,改变钻孔周围应力状态,破坏煤层内部平衡,增加煤层透气性能。从不同割缝工艺的效果分析进退式割缝对煤层卸压增透的影响及其特点,得出符合不同矿井条件的割缝工艺:进式割缝过程中钻孔内比较"暴躁",适合于煤层厚度不大煤层,退式割缝过程中钻孔内较"温柔",适合煤层厚度极大煤层。     

脉冲射流割缝控制压裂技术关键参数研究及应用

为解决常规水压裂缝受地应力影响,导致扩展形态单一、易在裂缝两侧遗留增透空白带等问题,结合脉冲射流破煤岩特点与缝槽-孔隙水压联合诱导裂缝定向扩展作用,研究了煤矿井下脉冲射流割缝控制压裂技术。通过冲击应力波效应分析了脉冲射流充分利用水锤压力高效破碎煤体割缝机理,阐明了脉冲射流割缝控制压裂大幅增加煤层透气性原理,明晰了脉冲射流割缝压力、割缝控制压裂实施压力和压裂钻孔封孔长度等关键参数,探讨了割缝控制压裂技术的工艺流程,并在逢春煤矿开展了割缝控制压裂、常规压裂和钻孔抽采三种现场试验,对比考察了三种方式的煤层瓦斯抽采效果。现场试验结果表明:由于缝槽卸压和孔隙压力场的存在,脉冲射流割缝控制压裂能降低煤层压裂时的实施压力;通过分析压裂后不同距离煤体瓦斯含量和含水率变化规律,得出割缝控制压裂技术比常规压裂的影响范围更远,提高约33%;煤层实施割缝控制压裂后单孔瓦斯抽采纯量为0.034m³/min,较常规压裂和传统钻孔抽采技术提高了3.7倍和10.6倍,瓦斯抽采汇总浓度约为73%,提高了1.7倍和2.25倍。     

突出煤层穿层钻孔孔群增透技术及应用

研究了穿层钻孔孔群增透的作用原理,阐述了突出煤层穿层钻孔孔群增透技术及工艺。研究表明,在突出煤层采取穿层钻孔孔群增透瓦斯抽采技术,利用煤体的“自突”特性排出煤体,孔群范围剩余煤体卸压、膨胀变形,裂隙系统扩展、贯通,透气性平均提高150倍,单孔平均瓦斯流量提高4倍,显著提高瓦斯抽采效率。     

水射流切槽诱导高瓦斯煤体失稳喷出机制与应用

针对钻孔内水射流切槽诱发煤体失稳喷出问题,探讨了在水射流破煤与瓦斯压力作用下的煤体切槽诱导失稳喷出机制,并推导了诱导失稳发生的判据公式。基于古汉山矿10631运输巷二1煤层,采用ANSYS软件数值模拟分析了切槽煤体应力分布及演化特征;并基于裂纹扩展试验分析了水射流冲击煤岩断裂特性;最后,进行了现场试验与应用。数值模拟和实验室试验结果表明：围压条件下,切槽煤体周围会形成应力显著变化区,且随切槽深度的增加而扩大和增强;大直径水射流冲击破断煤岩分为初期响应、稳定破坏和断裂突变3个阶段,煤岩破裂具有瞬时性。现场试验应用表明,水射流切槽会诱发煤体失稳移动,失稳喷出现象与理论分析较吻合,切槽诱导失稳钻孔的累计和瞬时瓦斯排放量是常规钻孔的3~4倍,有利于提高钻孔瓦斯抽采能力和防治矿井煤与瓦斯突出。     

Research on hydraulic slotting technology controlling coal-gas outbursts

Measured to control serious coal-gas outburst in coal seam were analyzed by theory and experimented in test site. A new technique to distress the coal-bed and drain methane, called hydraulic slotting, was described in detail, and the mechanism of hydraulic slotting was put forward and analyzed. The characteristic parameter of hydraulic slotting was given in Jiaozuo mining area and the characteristic of validity, adaptability and security was evaluated. The results show that the stress surrounding the strata and the gas in coal seam is released efficiently and thoroughly while new techniques are taken, as slotting at heading face by high pressure large diameter jet. The resistance to coal and gas outbursts is increased dramatically once the area of slotting is increased to a certain size. In the process of driving 2 000 m tunnel by hydraulic slotting excavation, coal and gas outburst never occurre. The technique could be used to prevent and control potential coal-gas outburst in the proceeding of tunnel driving, and the speed tunneling could be as high as more than 2 times. Supported by National Nature Science Foundation of China(50534070); International Science and Technology Cooperation and Communion Key Project of Ministry Science and Technology of China (2005DFA61030); Natural Science Foundation of Henan Province (200510460014); Coal Mine Gas and Fire Prevention and Control Key Laboratory Foundation of Henan Province (HKLGF200708)     

碎软低渗高突煤层井下长钻孔整体水力压裂增透工程实践

针对阳泉矿区碎软低渗高突煤层开展了井下长钻孔整体水力压裂增透技术的工程试验研究,工程实现了井下一次性整体压裂煤孔段长度达307 m,单孔注入水量达1 510 m3,最大注水压力达26.09 MPa。效果检测表明钻孔压裂影响半径最大达58 m,压裂后煤层透气性系数提高了2.67倍,百米钻孔瓦斯流量衰减系数降低了55%,230 d内钻孔日抽采纯甲烷1 395~2 810 m~3,平均2 173 m~3,钻孔累计抽采纯甲烷50.86×10~4m~3,抽采瓦斯浓度为49.38%~83.70%,平均64.31%。分析认为:水力压裂能改善煤层裂隙和孔隙的连通性、降低煤层有效应力、提高煤层渗透率,注水能促进煤层瓦斯从吸附态向游离态转化,是煤层压裂后钻孔高效抽采瓦斯的关键,依据填砂堵缝压裂技术原理提出了碎软低渗煤层长钻孔整体水力压裂煤层裂隙开启、扩展和延伸机制。工程试验成果及认识可为井下长钻孔整体水力压裂增透高效抽采瓦斯提供借鉴。     

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。     

长钻孔分段压裂增透技术在抽采煤层瓦斯中的研究与应用

针对重庆地区地质条件的复杂性,在研究定向长钻孔分段压裂技术装备的基础上,成功在松藻煤矿实施了定向分枝长钻孔分段压裂试验,实现对每个分支孔的单独压裂施工。与该煤矿常规压裂钻孔相比,定向分支长钻孔分段压裂后,平均瓦斯抽采流量提高了7.12倍,平均瓦斯抽采浓度在30%以上,取得了良好的效果,达到了大幅提高煤矿瓦斯抽采效率、缩短抽采达标时间、降低瓦斯治理成本的目的,提升了煤矿的安全水平,为煤矿安全高效生产奠定了基础。     

低透气性煤层回采工作面消突技术实践

为了解决低透气性煤层回采工作面采取顺层钻孔抽采后,在预计的抽采时间内未消突且在运输巷补打钻孔后抽采效果依然未达标的问题,提出了在工作面布置瓦斯治理巷,施工顺层倾斜钻孔,与原抽采钻孔形成交叉。通过在602回采工作面进行试验,发现采取瓦斯治理巷,并布置倾斜抽采钻孔技术措施后,回采工作面突出危险性预测超标率为0,割煤期间回风流瓦斯浓度由1.0%降至0.4%,实现了安全回采。证明布置瓦斯治理巷,并施工倾斜抽采钻孔的技术措施,可以有效使煤体卸压,倾斜钻孔可以有效抽采回采期间卸压瓦斯,解决回采期间回风流瓦斯超限的问题。     

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.