低渗煤层液态CO_2相变定向射孔致裂增透技术及应用

如何实现深部煤层瓦斯的高效抽采是保障我国煤炭企业安全生产的重要问题,而低透气性煤层瓦斯储层增产改造则是其中的核心技术和热点问题。为解决低透气性煤层瓦斯高效抽采技术难题,研究提出了地应力条件下优势射孔致裂方向的确定方法及低渗煤层液态CO_2相变定向射孔致裂增透技术,现场试验及应用研究形成了液态CO_2相变定向射孔致裂增透网格式瓦斯抽采方法。研究表明:孔壁破裂压力受钻孔方位角、倾角影响具有明显的方向性,并确定了试验区液态CO_2相变定向射孔优势致裂方向;该技术可有效增加煤样孔隙度、孔径、比表面积、可见孔比例等,改善煤岩体内孔隙结构及渗流能力,提高瓦斯抽采纯流量9~12倍,降低煤层瓦斯抽采流量衰减系数92%;现场试验及PFC2D数值模拟研究确定了该技术的影响半径为9~13 m;应用表明液态CO_2相变定向射孔致裂增透网格式瓦斯抽采方法,可有效预防低透气高突煤层巷道掘进期间的瓦斯超限问题,提高巷道掘进速度4~5倍。

低渗煤层液态CO_2相变射孔破岩及裂隙扩展力学机理

液态CO_2相变射孔致裂增透技术作为一种有效的低渗煤层强化抽采方法,已被广泛的应用研究。但由于该技术在破岩及裂隙扩展力学机理方面研究不足,在一定程度上影响该技术进一步发展及应用。基于热工学、弹性力学、断裂力学等理论基础,建立了液态CO_2相变气体射流压力模型,理论分析了液态CO_2相变射孔破岩力学机理、地应力条件下裂隙扩展力学机理。采用PFC2D离散元颗粒流分析软件,进行数值模拟研究,分析了不同地应力及射流压力条件下液态CO_2相变射孔破岩及裂隙分布特征。在以上研究基础上,在川煤集团白皎煤矿进行现场试验,研究表明该技术可有效提高低渗煤层瓦斯抽采效率。

超高压水力割缝在坚硬突出煤层石门揭煤预抽瓦斯防突措施中的应用

白皎煤矿开采低透气性坚硬突出煤层,石门揭煤预抽瓦斯时间一般为4~5 a,为了缩短石门揭煤时间,研发了超高压水力割缝成套设备及施工工艺,并在+300 m四号石门揭煤掘进工作面进行了工业性试验。实践表明,超高压水力割缝增透措施增加了煤层的透气性,提高了瓦斯抽采效果,使整体揭煤时间缩短近4 a,极大提高了石门揭煤速度,同时揭煤瓦斯浓度不超限,实现了安全、快速揭煤。

瓦斯压力对卸荷原煤力学特性及能量特征的影响

运用自主研制的含瓦斯煤热流固耦合三轴伺服渗流试验装置,以原煤煤样作为研究对象,进行了含瓦斯煤固定轴向压力、卸围压的渗流试验,研究了卸围压过程中瓦斯压力对煤样力学特性和能量特征的影响。结果表明:在轴压加载阶段,煤样的变形模量基本不变,泊松比逐渐减小;在定轴压卸围压阶段,煤样的变形模量先小幅度增加,然后逐渐减小,泊松比则逐渐增大。瓦斯压力越高,煤样的承载能力越低,煤样发生破坏时相应的轴向应变和围压卸荷量百分比越小,而煤样破坏时的径向变形和扩容量越大。各应变围压柔量Δεi与瓦斯压力呈线性关系且线性相关性良好。随瓦斯压力升高,轴向应变的围压敏感性降低,径向应变和体积应变的围压敏感性显著升高。随瓦斯压力升高,煤样发生破坏时存储的弹性应变能Ue减小,而总能量U、耗散能Ud和耗散能比例Ud/U都增大。

多煤层共采区域通风防火控制技术

针对白皎煤矿煤层群间距近、瓦斯含量大、自然发火期短等问题,为实现瓦斯与火耦合影响下工作面低成本安全回采,白皎煤矿因地制宜地提出区域均压防火技术工艺及"瓦斯抽采影响下氮气动态补偿理论",并以白皎煤矿2274回采工作面为例,结合工作面煤层赋存条件、巷道布置、邻近老空区对本工作面影响等因素,应用区域通风防火控制技术工艺,保证了工作面的安全回采,总结出"注氮优先、抽注兼顾、动态控抽、实时监测"的氮气动态补偿基本原则,并得出瓦斯抽采下注氮量及氮气补偿瓦斯的影响因素等结论。

新维煤矿2108工作面硫化氢来源探究

为了确定新维煤矿2108工作面的硫化氢聚集区,采用瞬变电磁和无线电波透射法以及钻孔探测对2108工作面进行了详细的探测,得出该工作面的硫化氢气体没有受到邻近煤矿采空区的影响,并且初步分析无硫化氢通过顶板裂隙进入煤层。通过2108工作面煤层顺层孔的硫化氢气体的监测,获得了每个孔硫化氢气体浓度随抽采的变化,并分析了该工作面硫化氢气体的来源,最终确定了2108工作面硫化氢警戒区。

新维矿区围岩瓦斯渗透率演化规律研究

为了得到新维矿区顶底板围岩瓦斯渗透率受巷道掘进影响的演化规律,从力学角度分析了煤岩体的变形与应力变化同渗透率的关系式;给出了不用状态下的应力-渗透率关系式及特征演化曲线;利用FLAC3D软件模拟新维煤矿8104工作面风巷的渗透率演化规律;研究了煤岩体在不同推进距离下围岩渗透率最大位置及最大值的变化。结果表明:对于新维煤矿来说,煤岩体的瓦斯渗透率不会随着巷道的掘进而变化,并且渗透率最大值点始终固定在顶底板内1.6 m左右,最大值约为3.51 mD,满足瓦斯自主解析能力。

SF_6示踪气体漏风测试技术在白皎煤矿的应用

白皎煤矿近距离煤层群赋存条件下区域漏风复杂,工作面层间漏风严重,对防火工作极为不利。以2274工作面区域为例,开展SF_6示踪气体漏风测试技术工艺研究,查找漏风通道并掌握漏风规律,为分析2274工作面上覆老空区隐患范围,针对性采取预防措施提供技术支持,保障了该工作面安全回采。

新维矿8102工作面自然发火防治技术

针对川南矿区近距离煤层群开采过程中面临的自然发火防治难题,以新维矿8#煤层首采工作面为例,通过8102工作面回采期间面临的自然发火危险因素分析,得出高位遗煤与采空区遗煤是自然发火的高危区域。提出以自然发火预测预报为先导,以堵漏控风、开区注氮和高位注浆为核心的综合防灭火技术措施,根本上降低了煤层自然发火概率。回采过程中工作面及采空区各地点CO浓度始终保持在20×10^-6以下,保障了工作面的安全回采。

复杂地质低渗煤层水力压裂-割缝综合瓦斯增透技术研究

针对水力压裂区域化瓦斯增透盲区,提出了水力割缝局部化瓦斯增透技术措施,形成了复杂地质低渗煤层水力压裂-割缝综合瓦斯增透技术,并进行现场验证。研究结果表明:水力压裂区内的3个压裂钻孔平均瓦斯抽采纯流量较238底板道常规抽采钻孔单孔瓦斯抽采纯流量提高15.8倍,瓦斯抽采浓度提高4%,压裂区瓦斯抽采纯流量较对比区提高2.1倍,但水力压裂区域性措施受断层及煤层硬度等地质条件限制,存在盲区;水力割缝增透区内的抽采钻孔瓦斯浓度平均提高4.9倍,瓦斯纯流量平均提高3.3倍,对不同地质条件的适应性强,但是割缝影响范围小,抽采时效短;复杂地质低渗煤层水力压裂-割缝综合瓦斯增透技术综合了水力压裂与割缝的优点,对复杂地质煤层具有较强适应性,大幅提高了瓦斯治理水平。现场验证结果表明复杂地质低渗煤层水力压裂-割缝综合瓦斯增透技术在复杂地质条件下煤层强化抽采中有较好的实际应用价值。

煤体自然发火判识模型

本文采用室内试验和现场试验结合,提出白胶煤矿煤体自然发火判识模型,对不同粒度煤样进行升温实验表明,CO在常温下既有,C2H6在50℃开始出现,C2H4在125℃开始出现,C2H2在50℃开始出现,C2H6在50℃开始出现,C2H2在试验温度范围内未出现;CO浓度随温度升高基本呈指数规律增加,温度大于120℃时变化趋势明显。CH4浓度在130℃~150℃时达到最大值,随后逐步下降。实验初始阶段没有C2H6和C2H4气体,在50℃左右温度下才出现少量的C2H6气体。CO2在整个实验阶段存在高温脱附现象,在110℃~120℃左右CO2脱附量最大,在140℃左右脱附基本完成;随着温度的升高,C2H4/C2H6、CH4/C2H6值逐渐增大;随着温度升高CO2/CO值明显增加,到38℃达到峰值。随着温度继续升高,CO2/CO值呈下降趋势,到120℃左右达到谷值。根据煤体自然升温过程实验室测试结果和现场实践经验,CO和C2H4/C2H6作为判识煤体自然发火的指标气体,其中以CO为主,C2H4/C2H6为辅。

白皎煤矿低渗强突煤层增透技术应用

针对白皎煤矿2382工作面,设计水力压裂钻孔布置,并将压裂区域与未压裂区域进行对比分析,考察压裂影响半径及压裂效果,结果表明:非压裂区域内抽采钻孔的平均单孔抽采纯量是15.2 m3/min,压裂区域内的平均单孔纯量是41.74 m3/min,即压裂区域内抽采钻孔的平均单孔抽采纯量是非压裂区域的2.75倍。根据压裂孔出水及见水情况分析,所有抽采钻孔均处于压裂影响范围内,压裂孔影响距离在80 m以上。

水力压裂技术在白皎煤矿穿层条带瓦斯治理中的应用

为提高白皎煤矿井下瓦斯抽采效果, 在白胶煤矿238底板道进行了穿层条带水力压裂技术应用, 对B4煤层进行水力压裂增透.压裂最大压力达24.6MPa, 单孔最大注入液量113.8m3, 抽采纯量提高了2.27倍, 在抽采时间不变的情况下, 钻孔数量可减少56%.结果表明, 达到了压裂设计方案要求, 增透卸压效果显著, 水力压裂在白皎煤矿是适用的, 下一步要进行大面积推广实施, 以充分发挥水力压裂技术的效果.

高突矿井深孔预裂爆破瓦斯“零”超限技术

针对高突矿井低透气煤层瓦斯"零"超限治理需要,采用理论计算、现场试验方法研究了深孔预裂爆破影响半径,通过现场瓦斯抽采流量及浓度监测对比分析深孔预裂爆破增透作用效果。结果表明:深孔预裂爆破粉碎区理论半径可达4.0~6.3 m,裂隙区理论半径可达7.8~12.1 m,现场试验深孔预裂爆破影响范围大于9 m,爆破增透抽采效果与距离爆破孔的距离呈反比趋势;深孔预裂爆破技术可最大提高瓦斯抽采量9.27倍,平均提高瓦斯抽采量4.96倍,可有效提高煤层瓦斯抽采效率。