千米深井煤层水力压裂作用下裂隙应力场演化规律的数值模拟研究

为了掌握千米深井煤层水力压裂作用下煤体内部裂隙应力场演化规律,更科学地开展超千米矿井煤层水力压裂增透瓦斯综合治理工作,以平煤股份一矿超千米埋深的戊8-31240工作面为建模背景,采用RFPA-2D数值模拟软件,建立了煤体内部裂隙发育—应力场扰动数值模型,模拟得到了水力压裂作用下深部煤体内部裂隙应力场演化过程。研究结果表明,深部煤体内部在水力压裂作用下,首先由水流浸润煤体,微裂隙在压裂孔四周区域萌生,在孔左上、右上两侧区域形成“V”形主级宏观裂隙呈扇形继续扩展发育,然后在孔左下、右下两侧区域微裂隙贯通形成“Λ”形次级宏观裂隙,最后孔两侧主、次级宏观裂隙贯通,呈现“X”形裂隙扩展主导压裂,并产生更多微裂隙,使深部煤体受水力压裂的影响范围不断扩大;深部煤体水力压裂开始阶段,内部破坏向压裂孔四周随机发生,随着压裂压力升高,煤体破坏开始向压裂孔上下区域延伸,但远小于向压裂孔两侧破坏速度,煤体破坏更多集中在煤层上部,表明水力压裂将会对煤层顶板造成较大冲击;深部煤体受水力压裂作用,条带状剪应力、块状拉应力主要集中在裂隙的尖端附近区域,剪应力从13.5 MPa卸压到1.1 MPa,卸压降幅91%,而拉应力从11.0 MPa卸压到2.2 MPa,卸压降幅80.0%,其拉应力卸压效果要小于剪应力的卸压效果,随着压裂的裂隙向煤体深部延伸转移,最终在单个压裂孔前后25 m范围区域形成剪—拉双重作用卸压区,使地应力得到释放,大大提高了深部煤体的透气性。数值模拟研究可为千米矿井深部煤层水力压裂技术工艺参数优化实施提供一定参考。

黄沙矿区复杂生产环境下的多通道微震信号辨识分析

文章介绍了铁山垅钨业有限公司黄沙矿区井下的各种震源,在广泛现场监测的基础上通过震相分析对地下各种信号如爆破、机械作业设备、人员作业、岩体破裂等产生的震源信号进行了辨识,给出了各种震源波形的基本特点;同时,在理论上采用傅里叶变换辨识方法进一步对受干扰信号的波形进行了分析,说明了采用该方法可以更好地排除噪音信号的干扰,提取有用信号、正确选取信号初到时刻。本文介绍的信号辨识方法简便易行,而且基本可以满足矿山日常监测中对岩体破裂微震信号的提取需要。

基于千米钻机的“三软”煤层瓦斯治理技术及应用

在系统分析了三软煤层综放开采工作面超前支撑应力及采空区垂直区带划分的基础上,结合煤矿地质特点,提出了基于千米长钻孔技术的"三位立体"瓦斯综合治理技术措施,并进行了现场实际应用。研究结果显示:实施该技术措施后,51109工作面煤层瓦斯抽采率显著提高,达67.3%,风排瓦斯浓度降至0.3%,工作面瓦斯涌出不均匀系数由2.5降至1.6,瓦斯频繁超限的难题得到有效的解决,表明"三位立体"瓦斯综合抽采技术措施是一种适合该类地质条件的煤矿瓦斯综合治理技术方案。

水力冲孔技术在孟庄矿的应用

针对孟庄矿高瓦斯、低透气性的状况,分析了工作面各种防突措施的优缺点,研究了水力冲孔技术的防突原理及工艺流程。结果表明在相同数目钻孔的条件下,可有效提高钻孔的使用效果,缩短煤体原始瓦斯压力和瓦斯含量降低规定值的抽采时间。

煤巷水力挤出防突措施的研究与应用

阐述了水力挤出工艺系统及设备选型,结合李一矿的实际条件,研究了水力挤出措施合理的注水参数,并通过对注水防突效果的考察,分析了水力挤出措施的主要防突机理.在突出煤层采用水力挤出措施,可使工作面前方煤体应力集中带前移,卸压带增宽,同时大幅度释放了煤体中的瓦斯,取得了明显的防突效果,巷道掘进速度提高了1.5倍.

阜生煤业上保护层开采可行性研究分析

阜生煤业15^(#)煤层透气性低,瓦斯含量大,煤巷掘进瓦斯治理难度大,现有的瓦斯治理手段难以满足安全生产需求。为探索新的煤与瓦斯防治技术手段,从根本上解决瓦斯问题,阜生煤业决定开展15^(#)煤层保护层开采试验。通过分析15^(#)煤层各上覆煤层的地层结构、垂距、被保护层的顶板支护、突出危险性、自然发火危险性等因素,最终提出若阜生煤业采用上保护层开采方法,那么选择13^(#)煤层作为保护层最为合理。

低透气性煤层点式酸化压裂增透技术研究与应用

为解决富含矿物质煤层透气性问题,基于点式压裂和酸液增透煤体机制,提出了点式酸化压裂增透技术,且通过扫描电镜试验确定了适合三元煤矿的酸液配比。现场试验结果表明,点式酸化压裂钻孔组的平均瓦斯抽采流量和浓度是普通钻孔组的3.65倍和1.72倍,是点式水力压裂钻孔组的1.32倍和1.06倍,点式酸化压裂增透效果明显优于点式水力压裂,且其增透煤体的起裂压力和同等条件下的注液量均低于点式水力压裂。点式酸化压裂实现了煤体定点、低流量、大范围、快速增透,其对物理增透与化学增透方式的融合大大提高了煤体孔隙-裂隙结构的发育程度和其整体连通性,有助于煤体中瓦斯的运移及高效抽采。

水系抑制剂控制瓦斯爆炸的实验研究

运用高速摄影仪在小型爆炸实验台上分别对CH4体积百分浓度约为9.5%的甲烷和空气的混合气在超细清水雾以及超细NaHCO3,NaC l,KC l水雾气氛中的爆炸过程进行了实验研究.实验发现:在超细水雾气氛下,瓦斯的爆炸感应期明显延长,火焰在实验管道中传播的平均速率和最大速率显著降低,并出现了火焰驻停现象.实验表明:含有NaHCO3,NaC l,KC l的超细水雾对瓦斯爆炸的控制效果要优于超细清水雾的控爆效果,其中又以KC l超细水雾为最佳.

低透气性煤层水力压裂增透技术应用

针对低透气性煤层瓦斯抽采效率低、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,确定了设备仪器与压裂工艺参数,完成了高压钻孔密封与现场水力压裂,并对瓦斯抽采效果和煤层透气性系数变化进行了考察。结果显示:实施水力压裂后,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,达到了增大煤层透气性,提高瓦斯抽采效率的目的。

急倾斜多煤层上保护层保护范围的数值模拟

针对急倾斜煤层上保护层俯伪斜开采的保护范围划定问题,采用三维快速拉格朗日法,通过模拟上保护层俯伪斜开采后被保护层的应力场及变形场的动态发展过程,确定了随着上保护层工作面的推进,被保护层的垂直层理面应力和煤层变形规律;根据上保护层开采后的应力卸压保护准则和煤层变形保护准则,确定了上保护层沿走向和倾向的保护范围.研究表明,急倾斜煤层俯伪斜上保护层开采后,上保护层俯伪斜采煤法沿倾向上、下边界的卸压角分别为81.5和74°;沿走向的卸压角在倾向上呈非均匀分布,大小为30~52,°伪倾斜工作面中部的走向卸压角最大,为52°.数值模拟结果与现场考察结果比较接近.

石门揭煤钻孔布置优化分析及应用

为优化突出煤层石门揭煤钻孔布置,在理论分析射流割缝影响半径的基础上,提出基于高压脉冲水射流割缝技术的钻孔布置的新工艺。在理论分析圆形紊动射流结构的基础上,研究了射流冲击破碎煤体时射流速度分布,基于动量守恒定律得出射流作用于煤体的应力分布。并选取重庆某煤矿K1煤层煤体制作原煤煤样进行孔隙率测试和单轴压缩实验,得出煤体的初始损伤和煤体力学参数,基于损伤力学对煤体发生损伤破坏的门槛值进行了计算,得出射流冲击煤体的最大深度和钻孔切缝后影响半径,并应用于重庆某煤矿+175N2号石门揭煤工程。应用结果:钻孔数量减少32个,减少钻尺718.4 m,钻进工程量减少35.7%。

几种常用的深部煤层气水平井压裂方式

煤层气资源是一种重要的非常规天然气资源,在中国具有广阔的开发前景。然而,由于深部煤层气井固有的低渗透性和低孔隙度等特点,其产能较低,因此如何提高煤层气产能一直是一个重要的研究方向。煤层气井压裂技术作为一种提高煤层气产能的重要手段,得到了广泛的应用。结合煤层气开采特点,重点介绍了几种深部煤层气水平井水力压裂技术方式及其扩展应用,以期为煤层气资源的高效开发和利用提供有益的参考。

煤巷卸压带及其在煤和瓦斯突出危险性预测中的应用

本文应用岩体力学,弹塑性力学等有关知识,探讨了煤巷卸压带对煤和瓦斯突出的作用机理,建立了煤层界面的应力分布状态方程以及煤巷卸压带和地应力,瓦斯压力,煤强度之间的关系式,并分析了煤巷卸压带中煤体稳定性的条件。研究工作表明:煤巷卸压带中的瓦斯压力,煤体透气性值可以作为突出危险性预测指标和防突措施效果检验的敏感指标。最后,利用自行设计的泡沫封孔测压仪对现场进行了突出危险性预测和防突措施效果检验,得到了十分满意的结果。

低透气性煤层脉动注水增透机理研究及数值分析

为了有效提高低透气性煤层渗透率,提出脉动注水增透技术,从微观机理上对脉动注水原理和疲劳裂纹起裂扩展过程进行了研究。在充分考虑有效应力以及滑动摩擦力的基础上,结合Ⅰ-Ⅱ型裂纹断裂判据,首次计算得到考虑影响因素较全面的煤体原级裂纹起裂的临界裂隙水压计算公式;通过将分支裂纹力学模型简化为悬臂梁模型,计算得到适合分支裂纹起裂扩展的裂隙水压范围。通过FLAC3D内嵌FISH程序语言编写脉动注水函数,实现了对裂纹尖端裂隙水压变化趋势以及裂纹扩展规律的数值模拟,模拟结果表明原级裂纹起裂扩展临界裂隙水压为13.1 MPa,分支裂纹初次起裂扩展水压为12.91 MPa;裂纹扩展半径在水平方向为3.6 m,竖直方向为2.3 m。现场试验表明脉动注水压裂增透效果明显优于普通注水压裂增透效果。

瓦斯隧道通风在线监测与动态分析预警

瓦斯隧道通风控制系统是利用自动瓦斯监测系统对隧道内施工环境进行监测和对通风设备运行状态进行控制,在实时检测隧道内CH_4、CO、风速、温度等参数的基础上,将这些数据传送到地面监控室的计算机,计算机再以检测到的环境参数为依据,对瓦斯隧道内通风状况进行动态分析与预警,为实时掌握瓦斯隧道通风安全状况提供技术手段,提高瓦斯隧道施工通风的管理水平,从而保证隧道施工安全有效地进行。文章以兰渝铁路梅岭关隧道为例,介绍了瓦斯隧道的施工通风方案、通风系统检测、通风安全预警以及瓦斯监测系统的的现场应用。

低渗透煤岩体水力压裂的数值模拟

建立了模拟低渗透煤岩体水力压裂裂纹断裂扩展以及固液耦合作用的数学模型，并推导了该模型的数值解法．通过潞安矿务局王庄煤矿低渗透性３号煤层注水的实例分析，结果表明：水力压裂过程中，裂缝的宽度不随水压升高而无限增大，所需的扩缝压力随裂缝增长而降低，这对于提高低渗透性煤岩体水力压裂的效果有重要的指导意义．

水锁对含瓦斯煤体的瓦斯解吸的影响

受石油与天然气开采界水锁损害研究的启示,利用自主研发的外液侵入条件下瓦斯解吸实验装置,实验获得了0.025%渗透剂溶液侵入条件下对瓦斯自然解吸的影响。结果表明:外液的侵入能够降低瓦斯的解吸量,对于2.0,1.5,1.0和0.5 MPa四个含瓦斯压力水平而言,在1 h以内能够将瓦斯解吸量降低7%～26%,在12 h时能降低26%～41%,说明利用水锁防止工作面瓦斯超限具有可行性。

突出煤层煤巷快速掘进综合防突技术

淮南新庄孜煤矿C13煤层属于严重突出危险性煤层,采用超前排放孔措施严重影响了掘进工作面生产效率,通过采用水力挤出与巷帮边掘边抽相结合的综合防突技术,较好地消除了工作面的突出危险性,巷道掘进速度提高1倍以上,实现了煤巷安全快速掘进。

声发射连续预测煤与瓦斯突出技术研究

评述了我国煤与瓦斯突出预测技术现状及发展趋势,指出动态连续预测技术是有前途的。介绍了新开发的AEF-1型声发射监测新装备的功能和技术特点,采用嵌入式PC结构,可进行全波形数据采集。探讨了AE声发射预测煤与瓦斯突出的滤噪工艺和预测工艺技术。

地质构造控制煤和瓦斯突出作用类型研究

对河南平顶山、安阳和四川南桐、天府矿区地质构造与煤和瓦斯突出的关系研究表明，地质构造控制突出的分布主要有四种作用类型，不同构造具有不同的突出倾向性．提出将地质构造分为突出构造和非突出构造及突出构造的突出段和非突出段，利用地质构造指标预测突出的技术关键是区分突出构造的突出段．