巷帮钻场扇形钻孔水力造穴增透促抽技术研究

针对低透气性煤层煤巷掘进工作面掘进过程中瓦斯涌出量大的问题,采用数值模拟结合现场考察的方法,以中煤昔阳黄岩汇煤矿为工程背景,研究了巷帮扇形钻孔水力造穴增透促抽技术。结果表明:巷帮钻场扇形钻孔采用水力造穴增透技术后,越靠近巷道煤壁侧的洞穴周围瓦斯压力越低,水力造穴卸压增透效果越明显;随着洞穴逐渐靠近原始应力煤层区域,受原始煤层应力的影响,越接近原始煤层应力区域,瓦斯压力相对来说越高。经过水力造穴后,试验矿井造穴钻孔与未经过水力造穴的钻孔相比,抽采浓度和纯量分别提高了4.3倍和2.09倍左右;受造穴影响钻孔与未经过水力造穴的钻孔相比,抽采浓度和纯量分别提高了1.23倍和1.15倍左右。这些表明巷帮钻场扇形钻孔水力冲孔造穴能够对顺层钻孔煤层抽采瓦斯、卸压增透有着明显作用。

深部开采煤层水力割缝卸压增透与促抽瓦斯技术研究

为了提高深部开采高瓦斯煤层渗透性,实现储层冲击地压的有效防控和瓦斯高效抽采。根据高压水射流对煤体的切割破坏效应,提出深部开采煤层水力割缝卸压增透与促抽瓦斯技术,研发高压水射流水力割缝工艺技术及装备,并在陕西彬长矿业公司孟村煤矿4号煤层401102工作面回风巷开展现场工业试验。在验证工艺技术及装备可靠性的基础上,重点考察煤层卸压增透及促抽瓦斯工艺效果。结果表明:工业试验区域煤层在50 MPa高压水射流切割作用下,煤层渗透性提高30%,相应地降低冲击地压发生频次;与煤层瓦斯原始抽采区域相比,水力割缝后煤层瓦斯抽采量由最初水锁效应下的低效抽采阶段(为期5 d)转为高效抽采阶段(为期20 d),瓦斯抽采平均浓度和纯量提高2倍以上;试验区域煤层抽采3个月后,煤层吨煤瓦斯含量由原始的3.87 m^(3)/t降低至0.84 m^(3)/t,抽采达标时间明显缩短。

“三软”低透煤层高压注氮促抽瓦斯工程实践

为提高“三软”低渗透煤层的瓦斯抽采效果,在郑煤集团赵家寨煤矿井下采用注入高压纯氮气(组分为97%)的方法进行强化注抽煤层瓦斯试验。试验结果表明,在注气压力为1.5 MPa时,注气影响半径为2 m,影响范围内的排放瓦斯孔混合流量增加了9~21.8倍,纯瓦斯流量增加了4.2~6.2倍;井下穿层钻孔注气+抽采工艺措施的现场考察结果表明,抽采孔混合流量的增长幅度与注气压力呈正比关系,长时边注边抽的注抽效果好于间歇注抽效果,在6 MPa压力下,注气有效半径为6 m;注气35 d后煤层瓦斯含量降低了25.38%,煤中解吸的气体组分中,CH 4浓度由97.12%下降到79.06%,氮气浓度由0.94%增加到12.38%。对比了同样范围长时边注边抽措施和水力割缝措施钻孔工程量、瓦斯治理费用以及预抽瓦斯达标时间等参数。

低渗透煤层注水驱替促抽治理瓦斯技术

为解决单一低渗透煤层瓦斯抽采技术难度大、抽采成本高等问题,以夏店煤矿3116工作面低渗透3~#煤层瓦斯抽采为工程背景,提出注—抽钻孔间隔布置高压注水驱替促抽治理瓦斯技术。通过注水孔和抽采孔间隔布置,利用高压水对煤层瓦斯的驱替作用和水对瓦斯的置换解吸作用,提高相邻抽采孔的瓦斯浓度和瓦斯流量,通过试验结果可知:注水时相邻抽采钻孔煤层瓦斯流量和瓦斯浓度均显著增加,注水后一定时间相邻钻孔瓦斯流量和瓦斯浓度持续增加,注水驱替促抽瓦斯持续周期为10d左右。

注水驱替促抽治理瓦斯技术在低渗透煤层中的应用

为解决单一低渗透煤层瓦斯抽采技术难度大、抽采成本高等问题,以夏庄煤矿3116工作面低渗透3~#煤层瓦斯抽采为背景,提出注-抽钻孔间隔布置高压注水驱替促抽治理瓦斯技术。通过注水孔和抽采孔间隔布置,利用高压水对煤层瓦斯的驱替作用和水对瓦斯的置换解吸作用,提高相邻抽采孔的瓦斯体积分数和瓦斯流量。通过试验可知:注水时相邻抽采钻孔煤层瓦斯流量和体积分数均显著增加,注水一定时间相邻钻孔瓦斯流量和体积分数持续增加,注水驱替促抽瓦斯持续周期为10 d左右。

低渗透煤层注水驱替促抽治理瓦斯技术

为解决单一低渗透煤层存在瓦斯抽采技术难度大、抽采成本高等问题,以夏店煤矿3116工作面低渗透3^#煤层瓦斯抽采为工程背景,研究提出了高压注水驱替促抽治理瓦斯技术。钻孔采用注-抽钻孔间隔布置,利用高压水对煤层瓦斯的驱替作用和水对瓦斯的置换解吸作用,达到提高相邻抽采孔的瓦斯浓度和瓦斯流量的目的。

注水驱替促抽技术在治理低渗透煤层瓦斯的应用

为了解决单一低渗透煤层瓦斯抽采技术难度大,抽采成本高的问题,以夏店煤矿3116工作面低渗透3~#煤层瓦斯抽采为试验对象,提出注-抽钻孔间隔布置的高压注水驱替促抽治理瓦斯技术。试验结果表明,注水时,相邻抽采钻孔煤层瓦斯流量和瓦斯浓度均显著增加,注水后,一定时间相邻钻孔瓦斯流量和瓦斯浓度持续增加,注水驱替促抽瓦斯持续周期为10 d左右。

低透煤层水力压裂促进瓦斯抽采模拟与试验研究

针对低透气性煤层瓦斯抽采难度大、工作量大、效率低等问题,采用水力压裂技术促进煤层瓦斯抽采。在多场耦合和弹性损伤理论基础上,建立煤层损伤-应力-渗流耦合模型,数值模拟马堡煤矿15108工作面水力压裂及瓦斯抽采过程,分析煤层弹性模量、渗透率和瓦斯压力的变化规律,确定压裂和抽采关键参数,并据此开展工程试验,对模拟结果进行验证。结果表明:高能压裂液能使煤层破裂,渗透率急剧升高,加快瓦斯向抽采钻孔运移;随着压裂时间增加,压裂损伤范围逐渐扩大;模拟得出水力压裂10 000 s时,2个压裂孔间的损伤区在抽采孔处贯通,压裂损伤范围达14 m;现场压裂试验后,瓦斯抽采平均和最高纯量分别达到63.79和126.57 m3/d,是未压裂的9.65倍和7.23倍,透气性升高了67倍。

赵庄矿1307底抽巷钻孔注气置换深化促抽试验研究

针对赵庄矿1307工作面煤层松软低透气性、瓦斯抽采难的问题,尝试在底抽巷穿层钻孔中采用钻孔注气置换促抽的方法,合理布置了注气孔和抽放孔,并对煤层注气效果进行了测试,最终得出注气促抽试验是可行的,提高了煤层瓦斯抽采效果,从而保障1307工作面安全高效回采。

地面压裂与井下钻孔联合抽采技术研究

针对段王煤矿本煤层瓦斯含量高、渗透性低的瓦斯治理难题,提出“地面压裂、井下打孔、井下抽采一体化”技术治理本煤层瓦斯。为研究地面压裂对井下抽采的影响,运用ABAQUS软件模拟压裂裂缝延伸扩展规律,通过微地震监测技术得到压裂范围;运用COMSOL软件模拟不同钻孔间距瓦斯抽采达标时间,为现场抽采钻孔的布置提供理论依据。研究结果表明:压裂影响范围长×高=212 m×10 m,最大宽度90 m;压裂区钻孔间距为18 m时,抽采180 d,瓦斯抽采达标;DW9-3压裂孔平均单孔瓦斯抽采纯量0.022 m^(3)/min,与普通顺层钻孔抽采量相比,提高近15倍;该技术模式能够大幅度增加煤层透气性、降低本煤层瓦斯含量降低施工成本和减少钻孔工程量,确保煤矿安全高效的开采。

水力冲孔空气炮爆破强化抽采合理爆破次数研究

针对水力冲孔空气炮爆破综合强化增透促抽技术的合理爆破次数问题,在探析促抽机制的基础上,首次采用LS-DYNA软件,模拟分析试验地点0~50次不同爆破次数条件下,空气炮爆破能量作用于水力冲孔孔洞周围煤体的变形过程,考察了水力冲孔空气炮爆破造成煤体裂隙发育的变化特征,通过回归分析得到了最大裂隙半径和空气炮爆破次数之间非线性渐变规律的函数表达式。通过数值模拟并结合现场试验,确定水力冲孔之后空气炮爆破40次为合理爆破次数,这对于推广应用该技术具有理论指导意义。

强力推进瓦斯抽采利用 努力实现矿区安全稳定

鹤壁煤业(集团)公司现有8对生产矿井,4对为煤与瓦斯突出矿井,4对为高瓦斯矿井,是河南省绝对瓦斯涌出量最大矿区和国家确定的45个瓦斯治理重点监控企业之一。公司通过强力推进瓦斯抽放,制定“三先三后三落实”瓦斯抽放制度及具有鹤煤特色的“六位一体”综合防突措施,为矿井安全生产打下了良好的基础。通过实施双能源开采,推动了瓦斯的综合利用,变害为利、变废为宝,提高了矿井经济效益。根据鹤壁矿区煤孔施工困难、抽放衰减速度快的特点,提出了“挤、破、抽”的技术理念,积极与科研院校联手,开展瓦斯综合治理科研攻关,攻克煤层透气性差的抽放技术难题。

提高认识 科学管理 切实提高瓦斯抽采效果

煤矿瓦斯抽采是防范瓦斯事故的治本之策,经过多年的努力,矿井瓦斯抽采取得了丰硕的成果,但是,部分矿井瓦斯抽采率低,抽采效果差,认识跟不上国家瓦斯治理要求,片面追求瓦斯抽采技术的先进。文章从提高理念认识、加强瓦斯抽采管理以及利用方面,浅析了目前情况下,提高瓦斯抽采效果的方式、方法。

加大瓦斯预抽强度 确保煤矿安全生产

阐述了辽源矿业集团公司以瓦斯预抽为中心，全面实施瓦斯综合治理技术，保证矿井安全生产的具体实践。

高瓦斯低透气性煤层CO_2相变致裂增透技术研究

针对高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采效果差,且炸药爆破增透存在危险性大等问题,采用理论分析与计算、数值模拟及现场实验等方法,分析了液态CO_2致裂增透煤层原理及煤层损伤,计算了液态CO_2致裂当量,模拟优化了关键部件释放管几何类型及参数,研究了相变致裂点数对致裂效果的影响。结果表明:CO_2相变致裂利用高压气体冲击破碎煤岩体,增强了煤岩层的裂隙发育及透气性;1 kg液态CO_2相变致裂爆炸的当量相当于398 g TNT炸药;关键部件释放管最优结构为空心圆柱结构,最优长度18 mm,最优直径24 mm,最优压力276 MPa;瓦斯抽放影响半径与致裂管数满足三次函数关系,单孔一点致裂方案能够实现增透促抽;致裂后增透促抽瓦斯效果显著,为安全高效抽采瓦斯提供了有效的技术支撑。

管理技术利用并重 实现双能源安全开采

介绍了鹤壁煤业集团公司从强化管理入手，积极研究和应用瓦斯综合抽放技术，坚持以用促抽，实现煤炭与瓦斯双能源安全开采的具体作法。

强弱强结构技术在高瓦斯突出煤层石门揭煤中的应用

突出矿井突出煤层的石门揭煤是非常重要的环节。在水力化措施成为治理瓦斯的一个常规有效技术的情况下,提出采用强弱强结构技术进行矿井石门揭煤。白龙山煤矿一井C 7+8煤层为突出煤层,为保障石门揭煤安全、缩短揭煤周期,对强弱强结构技术开展试验研究。结果表明:水力割缝技术可以在石门外围形成足够的弱结构区域,可以较好地增加预抽阶段煤体的透气性,提高抽采效率。揭煤期间工作面钻屑瓦斯解吸指标K 1值最大为0.30 mL/(g·min 1/2),钻屑量最大值2.2 kg/m,炮后瓦斯浓度0.04%~0.22%;采取水力割缝措施后,试验区域煤层瓦斯含量由原来的11.34 m^(3)/t下降到3.5306~4.9130 m^(3)/t;瓦斯压力由0.82 MPa降低至0.38 MPa;注浆加固可以在巷道外围形成强结构圈,较好地保护了揭煤期间的安全。强弱强结构技术可以为安全快速揭煤提供技术保障,对矿井安全生产具有重要指导作用。

高硬度低透气性煤层高压注氮驱替瓦斯工程实践

煤与瓦斯突出是煤矿中一种极其复杂的动力现象,属于世界性治理难题,瓦斯事故频发,严重威胁煤矿的安全生产。林东集团龙凤煤矿为解决“高硬度低透气性”煤层瓦斯抽采效果差的问题,在井下采用“两堵一注”、“水压致裂+注氮驱替”的方法进行瓦斯抽采试验。试验结果表明,水压致裂结束后,钻孔的瓦斯浓度随时间推移逐渐增加,10天后,3个钻孔瓦斯浓度已达到80%左右,32天后,瓦斯浓度趋于稳定,接着,在水力压裂孔中开展注氮驱替试验,影响范围内的排放瓦斯孔混合流量增加了3~5倍,纯瓦斯流量增加了3~4倍,钻孔瓦斯抽采浓度提高了到90%~95%,有效抑制了抽采混合流量的下降趋势,且抽采负压为20KPa时,比15KPa时的流量提高了20倍左右,使抽采效果稳步提高。 该试验中20 kPa的注汽压力和水压致裂后30天左右的注汽时间点可为类似工程优化设计提供参考依据。