特厚煤层定向长钻孔水力压裂瓦斯抽采技术及应用

为解决大佛寺煤矿特厚煤层透气性和瓦斯赋存差异性较大而导致的矿井抽掘采接替问题,提出“分段压裂延展裂隙+整体压裂沟通网络”的定向长钻孔水力压裂技术,通过增加煤层渗透性来提高矿井瓦斯抽采效率,并在40103工作面进行工程应用试验。共完成4个定向长钻孔分段水力压裂施工,累计压裂工程量2 190 m,最大泵注压力17.83 MPa,累计压裂注水量4 535 m³,总压裂时间10 853 min。相比于未压裂的预抽钻孔,压裂后瓦斯抽采浓度提高了2.20～4.22倍,百米抽采流量提高了4.93～11.03倍。试验结果表明,通过水力压裂后煤层渗透特性增加,瓦斯抽采效果显著提升,初步证实了长钻孔水力压裂强化瓦斯抽采技术的适用性,为彬长矿区的矿井瓦斯高效抽采提供了技术支撑。     

煤油共生条件下原油对煤自燃特性影响的试验

煤油共生是我国较为普遍的煤层赋存状态,尤其是黄陵、陇东矿区,煤油共生现象更为明显,而原油的存在会对煤的自燃有一定影响。为了探究原油对煤自燃倾向性的影响作用,从存在煤油共生现象的黄陵矿区某矿410工作面采集煤样和岩层中的原油,将煤样(YM)与原油(SY)按不同质量比(YM∶SY=1∶0、1∶0.05、1∶0.1、1∶0.15)进行混合,进行了程序升温氧化试验,得到低温氧化过程中煤样罐出气口气体组分的变化规律,发现不同含油量煤样的耗氧速率、气体产生速率及放热强度随温度的变化规律,以及该工作面煤自燃预测预报的指标气体。研究结果表明,含油煤样与原煤样均容易自燃,且3种不同含油量煤样低温氧化过程中气体产生规律相似;相同条件下,含油量越高,煤的耗氧速率、氧化气体产生量、放热强度均越小,说明煤越不容易自燃,即原油对煤的自燃有阻化作用。     

基于采空区孔隙率动态演化模型的卸压瓦斯运移规律研究

为了获得工作面推进过程中采空区卸压瓦斯的运移规律，以大佛寺煤矿40118工作面为研究对象，基于煤岩层的物理力学参数，建立了基于采空区应力分布特征的采空区孔隙率动态演化模型，采用数值模拟的方法获得了工作面不同通风量、高位钻孔不同抽采负压，以及不同瓦斯涌出量条件下的采空区瓦斯运移规律。研究结果表明：采空区孔隙率动态演化模型可以较好地适应该矿的地层条件，其随着工作面推进而动态变化；在高位钻孔抽采条件下，随着工作面通风量和抽采负压的增大，采空区瓦斯浓度(甲烷体积分数)逐渐减小，但浓度值处于爆炸界限内的区域却有所增加，这在一定程度上增大了发生瓦斯爆炸风险的范围；随着采空区瓦斯涌出量的增加，采空区内甲烷体积分数整体上升，但瓦斯爆炸风险有所降低。     

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。     

基于颗粒级配的密封黏液制备及应用

为了解决瓦斯抽采钻孔围岩次生裂隙漏风而引起抽采后期瓦斯浓度急剧降低的难题,现场实测了钻孔周边煤岩裂隙及其尺度的分布特征,提出了裂隙封堵的颗粒级配黏液封堵材料制备方法。通过优选固相颗粒,同时以羧甲基纤维素钠为主料,以聚丙烯酸钠、明胶等为辅料制备了内掺级配颗粒的封堵黏液,测定了新型封堵材料的黏度、保水率、膨胀性等特性参数,并在现场进行了应用验证。结果表明,该新型内掺级配颗粒的黏液封孔材料稳定性好、黏性适中易注浆、膨胀率大,且与煤壁润湿接触性好。现场应用显示,相较于水泥基封孔材料可将钻孔平均瓦斯抽采浓度提高近40%。以此为基础,探讨了级配黏液对裂隙的封堵机理主要在于颗粒的桥堵堆积、支撑作用、膨胀堵塞及黏液滞留效应。