近直立特厚煤层分段开采覆岩垮落规律研究

近直立特厚煤层由于其特殊开采方式,导致采空区的覆岩垮落与裂隙发育规律较水平煤层不同。利用相似材料模拟试验研究了近直立煤层采空区覆岩垮落规律,然后利用PFC^(3D)软件模拟了不同水平分段开采稳定后的地表沉降和裂隙发育情况,分析了空隙率演化规律,并进一步探究了地表沉降规律。相似材料模拟试验发现,随着分段开采的进行,上覆岩层逐渐垮落,首先形成“U”形区域,最终形成“V”形的垮落结构;随着开采的进行,采空区两端所留的少量空间逐渐消失,采空区裂隙与地表连通,形成采空区漏风通道;采空区的空隙率稳定在0.30~0.65,顶、底板侧裂隙的空隙率逐渐增加,最终稳定在0.30左右;垮落后地表沉降范围宽度由92.93 m缓慢增加至100.16 m,深度由27.85 m大幅增加,最终稳定在101.63 m。研究结果可为近直立煤层的开采设计及安全生产提供参考。

底水油藏水平井分段开采配产方法研究

水平井采油作为目前底水油藏开发最主要的技术方式之一,如何抑制底水锥进、实现水平井有效控水是油田高效开发亟待解决的问题。基于点源/线源思想,利用镜像反映和势叠加原理建立了水平井分段开采产能计算耦合模型,并将水体大小和含水率对油井液量的影响进行了校正。同时利用商业数模软件建立目标区块单井机理模型,完成合理的分段策略并对每一分段的配产进行了优化。JX实例井研究结果表明:关闭跟端出水段、保持中间和趾端两段开采、单井初期日配液量为1 460 m^(3)/d且各段配产比为1∶1时,可达到最好的开发效果。本文方法为矿场JX井分段开采提供了理论依据,在进行水平井分段开采之后,JX井平均日增油可达47 m^(3),含水率下降11%,降水增油效果显著。通过对比,本文的预测结果与实际开发效果较为匹配,验证了本文耦合模型及数值模型预测结果的可靠性。

海上高含水油井分段开采的选井方法应用研究

海上边底水油藏一旦见水会迅速进入高含水阶段,而分段开采可以达到抑制高含水和延长油井寿命的目的。因此,可利用分段开采机理模型对含水上升影响因素进行敏感性分析,研究高含水油井分段开采的选井方法依据,并利用数值模拟方法进行验证。结果表明:1)底水油藏水平井含水上升影响因素敏感性大小排序为黏度>高低渗级差>高渗条带比例>最大产液>高渗段渗透率。2)根据生产动态、水平段地质资料及邻井资料将海上底水油藏高含水水平井见水模式分为线性见水全面水淹、点状见水局部水淹和多点见水全面水淹,其中点状见水局部水淹模式可进行分段开采。以典型井A1为例,利用所建选井方法流程判断含水率曲线为线状见水特征,开井含水高,水平段渗透率分段特征明显,Ⅲ-1小层水淹程度较高,A1井跟部水淹严重,且由于第1套夹层遮挡,A1井趾部水淹程度较低,为点状见水模式局部水淹,符合分段开采特征。3)针对点状见水局部水淹水平井,采用分段开采进行稳油控水,利用数值模拟方法模拟预测,分段开采方案开发较不分段方案产油量和采收率得到显著提升,验证了选井方法及分段开采的适用性。提出的选井方法流程可为现场水平井分段开采选井研究提供方法依据。

急倾斜煤层分段开采冲击矿压防治工程研究

针对某煤矿工作面急倾斜煤层分段开采矿压冲击的问题,研究与分析了分段开采时上覆岩的垮落特点、分段开采的冲击机理,提出了利用防控动载、静载力源的卸压防治技术预防矿压灾害的方案,通过煤层顶板深孔爆破实现动载防控,底板钻孔爆破实现静载防控。在某工作面实施该矿压防控方案,结果表明,实施矿压防控措施后,开采作业中矿震发生的次数以及总能量均逐渐减少,矿压防控效果良好。

急倾斜煤层水平分段开采煤层厚度变化区矿压显现规律与防治技术研究

针对急倾斜煤层水平分段开采煤层厚度变化区冲击压灾害频发现象,以王家山矿2号井水平分段开采工作面为工程背景,采用有限差分数值模拟(FLAC3D)方法,研究了急倾斜特厚煤层水平分段开采应力场和塑性区演化规律,揭示了急倾斜煤层水平分段开采煤层厚度变化区冲击矿压发生机理,并提出了防治对策。研究结果表明:在煤层厚度发生改变时,两巷道附近走向高应力逐渐在煤层厚度变化区内集中,直至转移至回风巷道顶板附近,最大值可达到40MPa,易导致回风巷道顶板出现冲击矿压情况。研究结果与现场实测相吻合。

急倾斜煤层分段开采下部煤岩体应力及位移演化规律

为了掌握急倾斜特厚煤层分段开采时工作面下部煤岩体应力及位移演化规律,采用数值模拟方法研究了工作面下部煤岩体和工作面底板的应力及位移分布,并分析了分段高度和开采深度对下部煤岩体应力及位移的影响。研究表明:上分段开采后,下部不同深度煤岩体卸压范围均呈长轴沿煤层走向的椭圆状,但卸压范围并不对称,底板侧和顶板侧的煤岩体卸压程度不同,靠近底板侧卸压程度更大。下部煤体卸压深度大小为底板侧>工作面中部>顶板侧。煤层底板不同深度出现不对称卸压区,靠近回采分段上端部的煤层底板处垂直应力明显集中。急倾斜煤层分段开采,段高对下部煤体的卸压深度范围影响较小。开采深度不同时,随着埋深增加,工作面下部煤岩体应力集中区域增大,下部同一深度煤体的垂直应力、垂直位移均出现明显增加,开采深度对工作面下部煤岩体的卸压范围影响明显,埋深越大卸压范围也越大。

水平井智能分段开采工艺管柱的研制与应用

目前的水平井多段找水、堵水作业须各下1次管柱,存在作业费用高、占产时间长、多次污染地层的问题。为此,研制了水平井智能分段开采工艺管柱。该管柱主要包括Y441堵水封隔器、K341堵水封隔器、智能开关和安全接头等。智能开关的工作采用"定时+休眠"模式,并在过夜通道处设计有球阀,保证正加压时压力上升可靠。K341封隔器具有逐级解封功能,解决了上提整体管柱载荷大的问题。现场应用结果表明,水平井智能分段开采工艺1趟管柱完成了水平井多段找水、堵水和生产过程,降低了管柱的作业风险,直井、斜井和水平井均可使用。

底水油藏水平井分段开采研究与设计——以大港油田庄海8馆陶组为例

目前国内绝大多数底水油藏采出程度较低,开发效果不理想,如何进一步提高该类油藏的采收率,是油藏工程技术人员不断的追求与奋斗的目标。以大港埕海油田庄海8馆陶组底水油藏为例,通过对经验与教训的分析,开展了非均质底水油藏中不规则井身轨迹的水平段压降、流量等沿程分布规律的研究,定量描述底水油藏水平井水平段内部流量及压力的分布,明确底水锥进规律。以此为基础进行水平井优化设计,结合储层分布、水平井完钻轨迹、油藏波及动用范围,提出水平井防砂完井分段采油技术方式,实现长水平段内生产压差有效控制,实现了水平段内均衡的采油。理论与实际生产证明,水平井分段开采是不分段开采产量的2倍以上。底水油藏水平井分段开采技术的研究与试验,起到了控水增油的效果,为国内外此类油藏水平井改善开发效果探索了新的途径。

特厚急倾斜煤层水平分段开采顶板冒落研究

为了进一步减少由于煤矿开采而引发的冒顶安全事故,对煤矿开采过程中顶板的稳定性进行分析,建立了基于突变理论的特厚急倾斜煤层水平分段开采条件下采空区顶板稳定性分析模型。最后结合具体案例对模型进行了分析和验证,并求出顶板的压缩弹性能,得到顶板冒落破坏计算结果与现场实际情况相吻合,说明模型适用于采空区顶板稳定性的分析。

大港埕海油田分支水平井分段开采技术与应用

埕海油田位于渤海湾大港辖区的滩涂-极浅海地区,修建进海路与海上人工井场,克服了多年来陆地设备下不去、海上设备上不来的不利因素,加快了大港滩海勘探开发的节奏,应用大斜度定向井、大位移水平井钻探技术,应用分支水平井钻探技术,应用分支水平井分段开采技术,成功地实现了埕海油田优质高效开发。

底水油藏水平井分段开采技术可行性分析研究

研究区为典型的底水油藏。水平井投产初期产量高,但受底水锥进的影响,稳产期短,含水上升速度快。针对存在问题,开展水平井水平段内部动用规律分析研究,提出分段开采模式,提高油藏开发效果。

近直立煤层水平分段开采夹持煤体型冲击机理及防治

针对目前近直立特厚煤层水平分段开采条件下动力灾害发生的现状,综合运用理论分析、数值模拟等研究方法,分析了顶底板和煤体3者形成的结构并建立力学模型,认为近直立煤层在顶底板两侧均受到支承压力的夹持挤压,正是这种夹持力构成了冲击力源,经过力学推导,得出表征力源集中程度和发展趋势的关系式。采用数值模拟方法分析了开采后夹持煤体的应力分布特征,对理论分析进行了验证。结果表明:从工作面水平直至下方约70 m深度的煤体出现了应力集中现象,夹持煤体的增压区才是发生动力灾害的直接危险源。基于分析结果,在工作面巷道进行顶底板预裂和煤体卸压爆破等原有卸压措施的基础上,提出在夹持煤体中掘进爆破卸压巷的防治方案,为近直立特厚煤层水平分段开采冲击灾害防控提供借鉴。

急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击机理及防治

为了防治急倾斜特厚煤层水平分段开采冲击地压灾害,以甘肃窑街三矿为工程背景,提出了急倾斜特厚煤层工作面冲击地压的动静载叠加诱发机理以及针对性的防治对策。结果表明:由采动应力非对称分布引起的夹持煤体高集中应力是急倾斜煤层冲击的静载力源,而覆岩破断及结构失稳所形成的强动载是冲击的主要动载力源;在动静载叠加作用下,当应力达到急倾斜煤岩大范围失稳临近载荷则诱发冲击灾害。基于急倾斜煤层开采诱发冲击的动静载力源特征,建立了综合采用顶板深孔预裂爆破控动载、巷帮与底煤爆破或大直径钻孔卸静载的三位一体冲击地压防治技术体系,并成功应用于窑街三矿五采区工作面。

急倾斜特厚煤层水平分段开采工作面瓦斯涌出影响因素研究

急倾斜特厚煤层回采工作面瓦斯涌出问题已经严重影响到煤矿的安全生产。为研究急倾斜特厚煤层回采工作面各因素对瓦斯涌出量的影响,利用分源预测法构建了急倾斜特厚煤层回采工作面瓦斯涌出量预测模型,对采用水平分段综放开采的乌东煤矿+575 m水平45号煤层西翼回采工作面的瓦斯涌出源进行分析并预测工作面的瓦斯涌出量,采用修正的Morris筛选法对采用水平分段综放开采的乌东煤矿+575 m水平45号煤层西翼及43号煤层西翼回采工作面影响瓦斯涌出量的各个因素进行灵敏度分析,结果表明:乌东煤矿+575 m水平45号煤层回采工作面瓦斯涌出量预测模型的预测结果与实测结果具有较高一致性,其最大相对误差为5.43%,最小为0.18%,平均相对误差为3.23%,验证了预测模型的准确性;回采工作面的瓦斯涌出主要来自于开采分段与下部煤体,邻近煤层与上部老采空区的瓦斯涌出所占比重较少;+575 m水平43号煤层西翼回采工作面与+575 m水平45号煤层西翼回采工作面的灵敏度分析结果整体上具有一致性,工作面的丢煤瓦斯涌出系数、开采层瓦斯涌出、煤层的原始瓦斯含量、开采煤层瓦斯含量梯度均为高灵敏度参数,围岩瓦斯涌出系数和分层瓦斯涌出系数均为灵敏参数,采动影响破坏深度为中灵敏度参数,老采空区瓦斯涌出系数为不灵敏参数。

近直立煤层群水平分段开采应力分布与演化特征

为揭示近直立煤层群水平分段综放开采条件下围岩应力分布与动态演化特征,以乌东煤矿南采区B1+2和B3+6工作面为工程背景,采用理论分析、数值模拟等方法,对同水平两工作面交替开采的应力分布与动态演化特征开展了研究。结果表明:随开采深度增加,整体上两工作面煤体支承压力峰值不断增大,峰值点不断下移;煤体应力集中峰值呈"锯齿状"波动增长,应力峰值点下移距离呈"阶梯状"增长,B3+6工作面优先开采对B1+2煤体起到卸压作用,降低了其应力集中峰值,B3+6煤体应力峰值始终大于B1+2煤体,应力峰值位置始终低于B1+2煤体应力峰值位置;函数拟合得出了应力集中峰值与应力峰值位置与2个工作面开采深度的线性相关关系式;提出了随开采深度增加冲击地压防治方案优化思路。

综采工作面分段开采对接的方法与效果

介绍了张集煤矿 - 70 0 m水平山西组 760 1、9446两个综采工作面受到断层影响 ,不能按照常规的等长布置 ,而是实行分段布置、进行分段开采对接的技术条件、主要设备 ,详细介绍了两个综采工作面 3次对接的方法 。

急倾斜特厚煤层分段开采卸压瓦斯抽采技术

急倾斜特厚煤层水平分段开采工作面采放比大、瓦斯涌出复杂,工作面下部卸压煤体瓦斯涌出量占工作面瓦斯涌出总量比例过高,在开采过程中易出现回采工作面回风隅角瓦斯超限问题。为有效解决急倾斜特厚煤层开采工作面回风隅角瓦斯超限问题,以神华新疆能源有限责任公司乌东煤矿水平分段开采工作面5754502为例,理论分析了工作面底板及下部煤体的破坏规律,并对底板破坏深度和下部煤体破坏深度进行了理论计算,根据理论分析和计算结果对工作面下部煤体卸压瓦斯拦截抽采钻孔进行了布置及优化,最后统计、分析了工作面下部卸压拦截抽采钻孔抽采参数随着工作面推进的变化情况。研究结果表明:5754502工作面开采对煤层底板破坏深度为11.88 m,其下部煤体垂直破坏深度为7.38 m,最大破坏深度距工作面端部的水平距离为10.3 m;随着工作面的推进,下部煤体中的钻孔逐步进入卸压区,卸压抽采后比之前的抽采瓦斯体积分数、瓦斯流量均有显著提高,其卸压拦截抽采钻孔的抽采纯流量比卸压前平均提高了3.2倍,卸压增流效应显著;综合采取采空区埋管抽采技术和卸压拦截抽采技术,使5754502工作面在开采过程中的瓦斯抽采率达到59.6%,回风隅角瓦斯体积分数控制在0.8%以下,实现了瓦斯零超限,保障了工作面的安全生产。

急倾斜特厚煤层水平分段开采瓦斯预抽技术

基于对新疆乌东煤矿的急倾斜特厚煤层水平分段开采方式的瓦斯流动特征的研究,围绕急倾斜特厚煤层水平分段开采方式瓦斯来源多、涌出量过大等问题,对煤层取芯测瓦斯含量数据进行统计,并将数据导入MATLAB进行多元回归分析,采用现场试验法和极限抽采时间法相结合的方式研究出瓦斯抽采半径,得到了合理的抽采间距在6 m左右,提出了急倾斜煤层掘进工作面瓦斯抽采技术。结果表明,急倾斜特厚煤层地质构造复杂,瓦斯赋存量大,需要预抽煤层瓦斯;对现场实测与拟合结果进行误差分析,平均误差为3.59%,误差值较小,准确性高;预抽瓦斯有效降低了掘进迎头和回风巷道的瓦斯浓度,能保障工作面安全、高效生产。

急倾斜特厚煤层水平分段开采煤岩应力演化规律数值模拟研究

急倾斜特厚煤层赋存条件非常特殊,为揭示急倾斜特厚煤层开采过程中灾害的致灾机理,基于COMSOL Multiphysics数值模拟软件对乌东煤矿45#急倾斜特厚煤层水平分段开采条件下,岩体及煤体的应力演化规律进行数值模拟研究,研究结果表明:煤层顶板附近的岩层应力较大,靠近煤层底板处的岩层应力变化不大;覆岩局部区域内产生了应力集中现象;工作面煤体的应力集中多分布在靠近顶板处的煤体,而靠近底板处的煤体其应力集中程度较顶板小;工作面煤体的轴向应力的分布分为塑性区、弹性区和原岩应力区三个区,工作面煤体沿走向方向上的侧向应力随距离工作面的距离增加而减小。

急倾斜分段开采液压支架合理工作阻力的确定

为了防治冲击压架事故,确定液压支架合理的工作阻力,采用BZY-60型双针耐震压力表对液压支架工作阻力进行监测,分析了窑街三矿五采区5521-20工作面急倾斜厚煤层水平分层综采放顶煤工作面矿压显现规律,得出该工作面采动应力强烈,液压支架工作阻力波动范围大,液压支架工作阻力应不低于12 000 kN。