水力压裂技术在低透气性煤层瓦斯抽采中的应用

为了解决某煤矿低透气性煤层难抽采的问题,分析了水力压裂增透裂缝扩展规律以及煤层水力压裂卸压增透机理,采用PFPA-2D数值模拟软件,研究了单注水孔以及双注水孔的水力压裂过程中的裂缝扩展规律及煤体位移和应力变化规律,实现大范围裂隙网的形成、贯通和发育,提高了煤体的透气性。通过现场试验,实现了低透气性煤层卸压增透的目的,验证了低透气性煤层水力压裂增透技术的安全性、有效性和适用性。     

低渗透性煤层均匀水力压裂增透技术研究

针对井下煤层裂缝数量少且分布不均匀问题,提出了均匀水力压裂增透技术,即预先对煤层进行深孔爆破作业,制造出大量预裂缝,再运用水力压裂技术进行增透。基于流体力学与岩石损伤力学,分析了预裂缝存在前提下水力压裂增透机理及均匀水力压裂原理。运用ABAQUS模拟软件首先模拟了传统水力压裂主裂缝随注水水压的发育情况,并对不同注水水压条件下水力压裂裂缝与深孔预裂裂缝相交程度进行模拟。同时在马堡煤矿15号煤层二采区15205工作面开展工业试验,并且选取现场煤样进行扫描电镜试验,在宏观和微观上对比均匀水力压裂与传统水力压裂增透效果。结果表明：水力压裂裂缝与预裂缝的相交程度受注水水压影响,在水压p=24MPa时充分相交;运用均匀水力压裂增透技术后,煤层透气性显著提高,试验组观测孔的初始瓦斯涌出量是对照组的3.19倍,瓦斯含量的衰减强度降低了71.6%;与传统水力压裂技术相比,煤体经过均匀水力压裂技术增透后,裂纹数量更多且分布均匀,煤体损伤程度大。模拟与工业试验的结果均证明：均匀水力压裂增透技术能极大地提高煤层透气性,提高瓦斯抽采效率,与传统水力压裂相比增透效果更佳。     

马堡煤矿15号煤层水力压裂增透技术研究

针对马堡矿15号煤层瓦斯含量高、煤层透气性差、钻孔施工量大、瓦斯抽采率低等问题,提出以15108综放工作面为试验地点进行水力压裂增透试验来增加煤层透气性。通过对水力压裂增透技术原理的研究,分析了水力压裂试验流程,确定了试验设备仪器、压裂工艺参数,最终成功完成了水力压裂试验。并通过对注水压力的变化分析和试验前后抽采效果的对比,总结得出通过对煤层进行水力压裂,可大幅度提高煤层透气性和钻孔瓦斯抽采效果、增加煤层瓦斯抽采半径、缩短抽采周期,有效解决马堡矿瓦斯治理难题。     

不稳定流量水力压裂对深部低透气性煤层增透效果的影响

为了进一步提升深部低透气性煤层水力压裂增透效果,在煤层水力压裂相关理论研究及现场试验的基础上改进水力压裂工艺,根据相关的力学原理,推导得到压裂孔周边的应力随注水流量的变化情况,提出以控制注入水流量为原则,在水力压裂过程中采用不稳定注入水流量的方法,在平煤十二矿己15-31040工作面进行水力压裂试验.试验结果表明:通过...     

低透气性煤层水力压裂增透技术应用

 针对大兴煤矿煤层透气性差、瓦斯抽采效率低、钻孔施工量大等问题,提出了水力压裂增透技术。研究了水力压裂增透机理,分析了水力压裂提高煤层透气性的过程。结合理论研究与现场经验,进行了高压钻孔密封,确定了工艺参数,完成了现场实施。应用效果证明：实施水力压裂后,水力压裂孔及影响区域内瓦斯抽采孔保持了较高的抽采水平,相对于普通抽采孔瓦斯抽采量提高了7.2倍,水力压裂影响区域内煤层透气性系数提高了79~272倍。     

穿层钻孔水力压裂增透防突技术在红阳二矿的应用

对深部矿井红阳二矿瓦斯突出防治中的难题进行了分析,针对井下条件开展了水力压裂增透防突技术研究。对水力压裂钻孔注水量、注水压力、钻孔布孔方式等参数进行了设计,通过考察注水时间、保压效果等参数对水力压裂注水效果,提出了影响水力压裂注水效果的关键因素;通过水力压裂后压裂影响范围内3个关键区域瓦斯抽采量与未压裂区域的对比考察,对水力压裂增透范围和增透效果进行了分析。从增透范围和增透效果看,水力压裂技术提高了煤层透气性,增加了煤层瓦斯抽采量,加快了煤层消突速度,保证了煤矿的采掘接替和安全生产,对相似条件的深部矿井瓦斯突出防治工作具有较好的借鉴作用。     

水力压裂技术在提高煤层瓦斯抽采效果的研究与应用

为了提高低透气性煤层瓦斯渗透率和瓦斯抽采效果，利用模拟软件计算了煤层水力压裂孔径和地应力对压裂效果的影响，并进行了工程试验。模拟结果表明，大压裂孔孔径对压裂效果起到促进作用，高地应力对压裂效果起到抑制作用；现场试验结果表明，在煤层中实施水力压裂增透技术后，钻孔瓦斯涌出量衰减度降低了67.65%,煤层透气性提高了30多倍，表明在低透气性煤层中实施水力压裂增透技术能大幅度提高煤层瓦斯抽采效果。     

低透气性煤层的点式水力压裂增透试验研究

针对煤层透气性低,抽采效果不佳的问题,开展水力压裂增透试验。利用数值模拟软件模拟单孔和三孔孔压裂情况下的起裂压力和裂纹扩展规律。基于数值模拟研究结果,确定水力压裂现场试验工艺参数,利用点式水力压裂装置进行了压裂试验。压裂后试验结果表明:煤层的透气性系数、单孔抽采量、抽采浓度分别是压裂前的18.9倍、2倍和2倍。     

水力压裂增透技术在兴安煤矿的应用

为了解决煤层透气性较低的问题,提高本煤层钻孔瓦斯抽采率,降低煤与瓦斯突出危险性,在兴安煤矿井下进行水力压裂增透现场试验。为确定合理的注水压力,对煤层水力压裂进行了力学分析,并利用数值模拟的方法计算出该煤层裂纹起裂临界水压为12.4 MPa。水力压裂现场试验结果表明:煤层压裂后瓦斯抽采浓度和流量均有明显提高。     

赵固二矿本煤层定向长钻孔水力压裂增透技术研究

为了提高井下低透气性煤层瓦斯抽采钻孔瓦斯抽采效果,开发了适合中等偏硬低透煤层裸眼钻孔高压稳定封孔装备,采用了本煤层定向长钻孔整体水力压裂增透技术,分析了本煤层定向长钻孔水力压裂增透机理,并进行了水力压裂强化增透试验。根据压裂施工过程中压裂参数变化规律,利用压裂前后煤层全水分和钻孔瓦斯参数变化对比,综合考察和评价了水力压裂增透效果和影响范围。研究表明：压裂过程中最大注水压力24.6MPa,发生多次明显压降,最大压降5.2MPa。水力压裂增透后,煤层瓦斯日抽采纯量提高了12.70倍,百米钻孔瓦斯抽采量提高了2.67倍,压裂最大影响半径达到了 38m,平均超过30m,提高了瓦斯抽采效率。     

顶板抽采巷水力压裂消突技术研究与应用

煤层水力压裂技术是应用于高瓦斯低透气性突出煤层的一种卸压增透消突技术,演马庄矿在22111工作面实施水力压裂,并控制注水压力、注水时间、注水量及封孔方式等条件,将水力压裂前后瓦斯抽放浓度和抽放量进行了比较。结果表明:压裂后实施抽采,抽采瓦斯量比常规抽采孔增加了36.89倍,单孔最大抽采量比常规抽采孔增加了59.58倍。     

点式水力压裂装置的试验研究与应用

为了增加煤层的透气性,提高瓦斯抽采效果,利用点式水力压裂技术对本煤层进行增透,介绍了点式水力压裂装置作用原理,并通过实验室试验确定了压裂装置合理的技术参数,在潘北煤矿进行了工业试验,利用地应力统计结果计算出了试验煤层起裂压力分别为23.6、23.0 MPa。工业试验表明:煤层压裂后压裂组的平均抽采瓦斯流量为普通抽采组的2.5~3.5倍,平均瓦斯浓度是普通抽采组的1.9~2.5倍;点式水力压裂增透技术能够在低透气性煤层取得较好的增透效果,并且压裂时间短,可大幅增加煤层瓦斯的涌出量与抽采量,能有效提高煤层气产量,在提高煤层透气性的应用上具有广阔前景。     

低透煤层井下重复水力压裂后含水率与瓦斯含量变化规律研究

目前水力压裂技术已广泛用于低透气性区域煤层的消突增透,注水量是水力压裂工艺重要的控制参数,也是决定压裂效果的关键指标,但是如何准确定量一直是水力压裂技术的难题。以探讨井下低透煤层水力压裂后含水率与瓦斯含量的变化规律为出发点,在平煤股份十二矿低透煤层开展了重复水力压裂增透及效果考察试验,通过详细分析考察孔的含水率和瓦斯含量,获得了压裂后煤层含水率、瓦斯含量及其关系规律,并初步确定了水力压裂区域有效注水量临界值。研究表明:压裂后煤层含水率的变化规律与瓦斯含量相反,含水率增幅较大的区域瓦斯含量降幅较小,含水率增幅较小的区域瓦斯含量降幅较大;含水率小于3%的区域瓦斯含量平均较低且差值较小,而含水率大于3%区域的瓦斯含量平均较高且差值较大;由此判断水力压裂区域有效注水量最高为含水率3%。研究结果可为低透煤层水力压裂泵注量的计算、压裂后煤巷安全高效的掘进与抽采钻孔的优化提供参考。     

碎软低透煤层底板梳状长钻孔分段水力压裂增透技术研究

针对碎软低渗煤层成孔难、瓦斯抽采浓度及流量衰减速度快、抽采有效影响半径小、达标期长等问题。以千米定向长钻孔为基础,结合自主研发的分段水力压裂成套装备,提出了底板梳状长钻孔分段水力压裂强化增透技术并开展了碎软煤层典型矿区工程应用试验。研究结果表明:①实现了一次性裸眼分5段压裂增透施工,累计注水量达到2 865 m~3,最大注水压力达17.18MPa;②压裂增透后,煤层透气性系数增加至压裂前的16.63倍,钻孔瓦斯流量衰减系数降低至压裂前的7.6%,最大压裂影响半径达60m,与普通穿层压裂钻孔相比,采用底板梳状长钻孔分段水力压裂后钻孔抽采浓度提高了12.8倍,瓦斯日抽采纯量提高了2.53倍;③压裂增透过程可分为"高压注水通道打开—煤层起裂—周期性明显破裂"3个阶段。保压阶段孔内压力具有"快速下降—缓慢降低—平衡不变"的变化特征。④分析认为压裂增透过程可分为"高压注水通道打开—煤层起裂—周期性明显破裂"3个阶段变化。分段水力压裂增透过程中,通过高压注水作用下,周期性携带离散煤颗粒形成封堵带,压裂段循环增压,形成多点段三维立体裂隙网络。将压裂增透区域划分为紊流区、渗流区、过渡低渗及扩散区,通过卸压裂隙带的渗流及扩散和高压水的甲烷置换作用,加速瓦斯解吸和增大瓦斯裂隙运移通道,实现碎软煤层瓦斯增透高效抽采。     

煤岩体水力压裂增透技术工艺参数研究

为了解决低透气性煤层中的瓦斯预抽,以及增大有效抽采半径,在提高煤层透气性的同时改善瓦斯预抽效果,在李子垭南二井进行了水力压裂增透试验。在分析煤岩体水力压裂增透机理的基础上,结合现场试验数据,总结了影响水力压裂、增加煤层透气性的工艺参数,并确定了系统工艺参数和钻孔施工工艺参数的范围,可为今后推广水力化技术措施提供参考。     

水力压裂和深孔预裂爆破联合增透技术的应用研究

针对鲁班山北矿8号煤层地质构造复杂、透气性差、抽采效果差的问题,在152底板巷道对8号煤层进行水力压裂和深孔预裂爆破联合增透技术,结果表明该技术比水力压裂技术、深孔预裂爆破增透技术和普通抽采技术提高了煤层透气性,瓦斯抽采纯量较水力压裂钻孔提高了1.55倍、是深孔预裂爆破钻孔1.39倍、是普通抽采钻孔2.3倍,水力压裂和深孔预裂联合增透试验钻孔汇总浓度保持在42%以上且无衰减。     

注水压力对低透气性煤层水力压裂增透效果影响研究

对于低透气性煤层瓦斯瓦斯抽采难度加大问题,采用了水力压裂对煤层进行增透,与之同时,水力压裂中注水压力是一个控制压裂效果的关键参数之一。采用数值模拟方研究平煤十二矿己15-31040工作面煤巷条带区域注水压力煤层水力压裂效果的影响。从模拟结果可以看出,随着注水压力的增加,压裂影响半径亦随之增大。当注水压力增大到一定范围,注水压力的增大对压裂增透效果的影响意义不大。将数值模拟结果应用于现场实际工程中,在压裂施工中,未发生压裂事故,而且巷道顶板保持完好。压裂后本煤层瓦斯衰减系数原始区域减小了13.3倍,透气性系数比原始区域增大了21.2倍,而且与之同时,煤层进行水力压裂后,瓦斯抽采浓度和纯量大幅度提升,单孔抽采浓度和纯量为未压裂区域的2.94倍及13.5倍,压裂增透效果明显。     

水力压裂-深孔预裂爆破复合增透技术研究

为了增加低渗透高瓦斯煤层的透气性,提高瓦斯的利用率和抽采效率,提出了水力压裂-深孔预裂爆破复合增透技术,分析了水力压裂-深孔预裂爆破复合增透的爆破致裂机理,建立了在爆轰气体作用下的裂纹应力强度因子方程和裂纹二次扩展半径方程。运用RFPA2D-Flow模拟软件对水力压裂后孔壁周围煤岩体裂隙的产生过程与裂隙扩展规律进行模拟。利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析模拟软件对不同长度预裂缝影响深孔预裂爆破后瓦斯抽采增透效果的程度进行模拟。同时在阳泉五矿8410工作面开展了现场工业性试验,以此验证煤矿井下进行水力压裂-深孔预裂爆破复合增透技术后的瓦斯抽采增透效果。结果表明:使用水力压裂-深孔预裂爆破复合增透技术后煤层的透气性与常规的深孔预裂爆破相比有显著提高,致裂孔的初始瓦斯涌出量是普通爆破孔的3.18倍,瓦斯含量的衰减强度降低了77.3%。深孔预裂爆破的有效影响半径随着爆破孔内预裂缝长度的增加而提高,而且二者呈线性关系。该研究中采用复合爆破后的有效影响半径可达到6.98 m,与数值模拟结果得到的有效影响半径6.763 m相近。同时数值模拟与现场工业性试验的结果均证明:提出的水力压裂-深孔预裂爆破复合增透技术,能够有效增加煤岩层的透气性,提高瓦斯的抽采效率,为其他低渗透高瓦斯煤层的瓦斯抽采增透技术提供了参考。     

水力压裂增透技术在瓦斯抽采中的应用

为了提高低透气性突出煤层的瓦斯抽采量,达到抽采消突的目的,在李子垭南二井进行了水力压裂增透技术现场试验,对水力压裂技术在高瓦斯、低透气性突出煤层中的运用效果进行了试验考察,并分析了水力压裂煤体致裂增透机理.试验结果表明:对煤层进行钻孔水力压裂后可有效提高煤层的透气性和钻孔瓦斯抽采效果,压裂前后钻孔瓦斯自然流量提高127.6倍以上,水力压裂钻孔在煤层走向方向上的影响半径可达50m以上.     

水力压裂技术在王行庄煤矿的应用

针对王行庄矿二1煤层透气性、瓦斯预抽率低等问题,提出了水力压裂增透技术,分析了水力压裂增加煤层透气性机理,确定了水力压裂工艺及参数,并在二1煤层11091运输巷进行了水力压裂技术试验。结果表明:实施水力压裂后,煤层瓦斯平均抽采浓度提高了5.3倍,瓦斯抽采量提高了6.1倍,提高煤层透气性和瓦斯抽采率的效果较理想。