基于水力压裂钻孔的注水量及压裂半径的应用研究

针对目前部分煤层透气性低,采取水力压裂强化抽采瓦斯的技术措施,通过现场考察孔来检查煤层的含水量来确定水力压裂的半径范围值,通过测定出的煤层水力压裂半径来指导煤层钻孔压裂钻孔的有效间距。

煤层注液态CO_2压裂增透过程及裂隙扩展特征试验

针对我国煤层＂高储低渗＂的赋存特征,基于液态CO_2黏度低、阻力小、酸化解堵及相变增压的特点,采用液态CO_2进行煤层压裂增透现场试验,研究煤层压裂过程裂隙扩展规律。结果表明：压裂过程流量随着压力的增长呈现出＂波动＂特性,钻孔周围煤体受CO_2压力作用产生裂隙并向前延伸,压裂初期裂隙扩展速度较快,随后逐渐减小;压裂裂隙同时沿压裂孔轴向和径向扩展;压力及流量曲线在1.8,2.2 MPa处出现拐点,压裂过程分为3个阶段,各阶段煤体破坏形式依次为钻孔破碎区裂隙起裂—弱面扩展—微孔隙破坏。现场压裂试验结果表明压裂半径可达10~20 m,且与水力压裂相比在压裂安全性、时间和效果方面存在技术优势。

基于弹塑性损伤的软煤水压致裂渗流耦合数值模型

为指导煤矿井下软煤水压致裂的现场应用,基于弹塑性损伤理论进行软煤水压致裂渗流耦合数值模型研究。通过研究煤岩体孔隙度动态变化,推导出孔隙度-应变耦合模型,形成水压致裂的应力-渗流耦合模型和水压致裂煤体失效判据。结果表明,数值模拟结果与实际相符,软煤在压裂过程中同时发生剪切和拉伸破坏,小流量压裂时压裂半径小,大流量压裂时压裂半径大,同时出现了压裂范围在倾向方向大于走向方向的特征。软煤水压致裂的损伤过程与硬煤有较大区别,硬煤因裂缝长度扩展更快而压裂范围大于软煤,煤矿井下压裂后的半径考察结果与数值模拟预测结果相符。

地面压裂与井下钻孔对接联合抽采技术

针对我国高瓦斯矿井采用单一井下抽采或地面抽采方法,抽采达标时间长,难以满足高产高效需要的技术难题,进行了实验室水力致裂及数值模拟的理论分析,分析了裂缝扩展的影响因素,给出了地面压裂裂缝扩展理论计算方法,为地面压裂造缝、布孔设计等提供理论支撑,研究了地面压裂作业与井下抽采钻孔合理的时间和空间衔接关键参数,实现了地面压裂井与井下钻孔的安全对接和联合压抽,提升了矿井瓦斯抽采效率,有效地保障了矿井安全生产。

煤矿地面水力压裂理论研究及应用

利用弹性力学原理,建立了水力压裂力学模型,给出了起裂压力理论计算公式。从压裂后压裂液的滤失速度出发,推导出了压裂半径理论计算公式,提出了新的压裂工艺技术,给出了压裂参数。试验结果表明:压裂孔后平均抽采量较原始孔提高了33.14倍,平均浓度较原始孔提高了44.28%,说明压裂后的增透效果较为显著。

煤矿地面水力压裂增透技术研究及应用

为了提高煤层的透气性、强化井下瓦斯抽采,采用地面大排量压裂、井下抽采的井上下联合工艺。通过分析地层应力的分布特点和水压破裂规律,给出水压裂缝的两种典型形态,计算裂纹在平面应力状态下的位移场,得到了基于水力压裂变缝高椭圆压裂形态的压裂半径理论计算公式,为地面压裂设计提供依据。提出了煤矿地面压裂井下抽采的压裂工艺系统,给出了压裂位置的布置原则。在寺河矿进行地面压裂试验,压裂增透后瓦斯抽采量较原始孔提高了3.65倍,压裂孔抽采瓦斯累计量为218.66万m^3,压裂半径120 m,达到了较好的压裂增透效果。

煤层水力压裂基础参数研究

煤矿高瓦斯低透气性煤层使得瓦斯抽放困难,抽放效率较低.针对此类煤层进行水力压裂来提高瓦斯抽放效率,具有非常重要的意义.采用数值模拟的方式模拟了不同水力压裂压力下压裂渗透半径等基础参数,并通过现场试验进行了验证.模拟结果表明,水压为15 MPa时,其渗透半径为6～7 m.在现场试验中,其渗透半径为6～8 m,模拟试验能够大致给出压力范围及渗透半径.

千米深井区域压裂增透技术应用与研究

针对矿井开采垂深下延,煤层透气性低,造成矿井采掘接替紧张现状。以平煤股份十二矿己15-31040进风巷低位瓦斯治理巷为工程背景,对比采取水力压裂增透技术前后,煤层区域瓦斯含量的卸压效果。现场实测,己15、己16-17煤层绝对瓦斯压力分别为0.83~1.30、0.86~1.06 MPa,原始瓦斯含量分别为5.41~12.86、9.63~13.84 m^3/t。水力压裂后分别沿压裂孔走向、倾向方向、不同步距点进行卸压效果考察:己15煤层瓦斯含量较原始平均值降低5.41 m^3/t左右,己16-17煤层瓦斯含量较原始平均值降低2.91 m^3/t左右。研究得出,沿走向方向外段瓦斯含量降幅大于里段,沿倾向方向巷道下帮方向瓦斯含量降幅大于上帮方向。研究分析煤层抽采效果考察等工作,为大垂深、低透气性,高应力矿井煤层增透促抽提供指导。

“钻-切-压”一体化顶板预裂技术在冲击地压防治中的应用

针对上覆厚硬顶板及宽煤柱留设带来冲击地压防治难题,针对性地开发"钻-切-压"一体化高效预裂坚硬顶板技术,利用高压水射流切缝为水力压裂提供起始裂纹,压裂压力可达45MPa,操作工艺简单、高效。现场观测表明,顶板压裂半径可达15m以上,巷帮压力降幅50%,有效地降低了临空巷道的危险程度。

水力压裂增透技术在鲁班山北矿瓦斯治理中的应用

班山北矿煤层瓦斯含量大,透气性系数低,井下钻孔抽采效果差,严重制约了瓦斯治理和防突效果,影响了矿井的部署接替及安全生产。为解决鲁班山北矿目前存在的问题,提高瓦斯抽采效果,在142底板巷道对8~#煤层施工穿层钻孔进行水力压裂增透,抽采纯量提高了5. 5倍,压裂影响半径达40 m以上,钻孔工程量减少82%,抽采时间缩短82%,每个压裂钻孔影响范围内可节约钻孔费用26. 03万元,并节约43个钻孔的施工时间,增透卸压效果显著。水力压裂增透技术在鲁班山北矿是适用的、可行的,下一步可进行大面积推广应用。

煤矿井上下联合抽采瓦斯关键技术研究及应用

为解决煤矿井下压裂增透效果较差难以高效抽采瓦斯的问题,提出了煤矿井上下联合抽采瓦斯的模式,建立了基于地面井与井下钻孔抽采的方法;利用地面老井和井下钻孔通道,形成了一套长距离、多拐弯、大排量及可携砂的地面压裂井下对接技术。获得了水力压裂裂缝破裂扩展规律,给出了不同条件下煤层水力压裂裂缝形态,得到了压裂半径理论计算公式。提出了井上下联合地面井位置优选原则,给出了基于井上下联合的水力压裂设计方案。在寺河矿开展了井上下联合2个压裂孔的增透抽采试验,试验结果表明:1#压裂孔累积抽采量为50.31万m^(3),2#压裂孔的顺层考察孔2和顺层考察孔3抽采瓦斯纯量分别为238.35万m^(3)和129.29万m^(3),压裂孔及对比考察孔抽采效果分别提高6.34倍、43.8倍及31.37倍,压裂后平均抽采量比原始钻孔提高33.14倍,压裂后煤层具有较好的增透抽采效果。实现了井上下联合抽采瓦斯,对于同类型的矿井具有较好的指导价值。

坚硬顶板磨砂射流轴向切顶初次放顶应用研究

为了实现坚硬顶板的初次放顶,宽沟煤矿通过开展现场工业性试验确定磨砂射流割缝、压裂关键技术参数,设计并开展了扩面磨砂射流轴向切顶初次放顶工程,利用水压仪、钻孔窥视和出水现场观测等方法进行实施过程监控,利用微震监测、支架压力监测、煤体应力监测和顶板垮冒观测等方法进行回采过程的效果检验。研究结果表明,通过控制割缝压裂的作用压力、作用时间、用砂量等主要技术参数,完成了割缝半径200 mm、割缝长度300 mm的裂缝,压裂半径5 m和10 m的工业性试验;扩面初放实施结果验证了整个扩面顶板缝网导通,表明了该技术工程实施过程的有效性、可靠性;扩面后回采过程效果检验分析表明,采用磨砂射流轴向切顶进行顶板初次放顶同期垮冒情况基本达到了传统爆破初放切顶的效果,顶板对工作面煤壁的作用得到明显改善,工程实施过程使煤体发生2.9 MPa的应力降,扩面回采期间,煤体应力集中程度得到显著改善,煤体应力未再形成应力集中,起到了良好的卸压效果。