松软低透气性煤层瓦斯抽采技术的应用研究

为有效解决新源煤矿松软低透气性煤层瓦斯地面抽采难题,进行了超高压水力割缝增透技术的应用研究。采用COMSOL-Multiphysics仿真软件确定了有效抽采半径,找到了地面抽采难的原因,确定采用超高压水力割缝增透技术,并对超高压水力割缝装置和超高压水力割缝工艺进行了阐述。实践应用结果表明,对比普通钻孔瓦斯抽采技术,采用超高压水力割缝增透技术进行瓦斯抽采,其抽采体积分数和纯量均有大幅度的提高,抽采体积分数是普通钻孔抽采的2.24倍,抽采纯量是普通钻孔抽采的2.61倍。超高压水力割缝增透技术的应用有效解决了新源煤矿307工作面松软低透气性煤层瓦斯抽采难度大的问题。

多级破煤水力冲孔强化松软低透煤层瓦斯抽采技术研究

在松软低透煤层中应用水力冲孔强化瓦斯抽采时,经常出现堵孔、卡钻等现象。针对这一问题,提出多级破煤水力冲孔技术。在分析堵孔发生原因的基础上,研制了多级破煤系统装置：一级破煤装置对原始煤体进行初始破碎;二级破煤装置对包裹在钻头及钻杆周边的煤渣、煤泥进行破碎、清除;三级破煤装置对小块煤体再次研磨。基于淹没射流速度场分布特征,分析了二级破煤装置射流轴向流速衰减规律,确定了二级破煤装置与一级破煤装置的最佳距离。在此基础上研发了多级破煤水力冲孔工艺,并应用于鹤煤八矿-655轨道石门揭煤瓦斯预抽,应用结果表明采用多级破煤水力冲孔工艺能够实现排渣顺畅,避免堵孔等现象的发生,单孔出煤量为3-8吨,冲孔后瓦斯抽采浓度及抽采流量均提高了3~15倍,石门预抽达标时间缩短至三个月以内,为安全快速揭煤提供了良好基础。

淮南矿区松软低透煤层煤层气开发利用技术与思考

为解决淮南矿区松软低透气性突出煤层群条件下煤层构造复杂、多源瓦斯涌出、抽采流量衰减快、岩巷与钻孔成本高、低(超低)浓度煤层气利用率低等制约煤层气资源高效开发难题,通过分析煤层群条件下保护层卸压井上下立体抽采煤层气开发模式,提出较为适用的、与淮南矿区煤层群开采条件下煤与煤层气协调开发模式配套的六大关键技术,即:地面水平分段压裂井煤层气抽采技术,煤层气抽采巷道盾构快速施工技术,井下松软煤层煤层气强化抽采技术,地面采动区井卸压煤层气抽采技术,“以孔代巷”施工技术,低浓度煤层气梯级利用技术。配套关键技术应用表明:形成的碎软煤层顶板水平井分段压裂工艺及精细化排采技术,有效提高煤层气预抽产量;煤矿深井巷道全断面硬岩掘进机大幅提高巷道掘进效率,实现硬岩掘进自动化、少人化;井下水力压裂加砂、超高压水力割缝实现井下大区域卸压增透;Ⅲ、Ⅳ型地面采动区井在煤层群采动卸压瓦斯治理方面可以取代顶板高抽巷,且减少其他措施工程量,减小投入成本和工期;“以孔代巷”技术显著提升了复杂顶板中高位定向钻孔成功质量;低浓度煤层气梯级利用技术大幅减少了煤层气排放量;六大关键技术保障了淮南矿区安全生产,提高了煤、煤层气产量与煤层气利用水平。最后,针对地面水平井水力压裂煤储层改造技术作业成本高、产量低、范围小与采动井存在破断风险、超低浓度煤层气梯级利用规模小等问题,提出了深部煤层气精准地质导向、超大规模高效储层体积改造、抽采效果评价技术、采动区地面井稳定持续抽采技术、井下大面积智能水力化增透技术、“一井多用”协同抽采煤层气技术、全浓度煤层气综合利用技术的发展方向。

水力冲孔技术在松软低透突出煤层中的应用

针对嘉禾县罗卜安煤矿煤层松软低透气性的现状,选择了水力冲孔增透措施,介绍了水力冲孔增透机理及基本工艺流程,研究了水力冲孔在松软低透突出煤层区域抽放消突措施中的应用效果。研究表明,水力冲孔在松软低透突出煤层区域抽放消突措施中应用效果显著,单孔冲出煤体7t,冲出瓦斯558.3 m3,抽放钻孔等效孔径提高13.38倍,钻孔抽放有效影响半径提高2～3倍,单孔瓦斯预抽浓度提高4～5倍,抽放衰减周期提高3倍以上。

钻割抽一体化技术在高瓦斯松软低透煤层区消突中的应用

针对王行庄矿煤层高瓦斯松软低透气性的现状,选择了钻割抽一体化增透措施,介绍了钻割抽一体化增透机理,研究了钻割抽一体化技术在高瓦斯松软低透煤层区域抽放消突措施中的应用效果,研究表明,实施水射流钻割抽一体化技术,割缝钻孔平均每孔出煤量7t,平均扩孔倍数为8.51倍;抽采一个月之后,割缝钻孔的平均瓦斯抽采纯量约为未割缝钻孔的8倍,割缝钻孔瓦斯抽采浓度约为未割缝钻孔的3.7倍,有效地提高了单个钻孔的影响范围。

松软低透气性煤层水力压裂增透瓦斯抽采技术研究

为解决松软低透气性煤层瓦斯抽采难度大、效率低的难题,以新景煤矿3#煤层为研究对象,采用PFC2D颗粒流数值模拟软件和控制变量法,研究不同注水流量和压裂时间对煤层水力压裂半径、裂缝最大开度和裂缝数目的影响。研究结果表明:松软低透气性煤层水力压裂半径、裂缝最大开度和裂缝数目与注水流量和压裂时间均呈幂函数形式增长。基于松软低透气性煤层的特点,引入压裂液效率,得到了压裂半径、裂缝最大开度和裂缝数目的修正计算公式。基于新景煤矿3#煤层实际工程地质条件,在南五底抽巷进行了现场水力压裂试验。试验结果表明:当泵注压力为20~25 MPa、注水量为90~100 m^(3)时,水力压裂半径约为50 m;水力压裂区域煤层透气性系数、平均抽采瓦斯浓度、百米巷道瓦斯抽采量和单孔平均抽采瓦斯纯流量分别为未压裂区域煤层的22.0、2.2、2.4、2.7倍,为新景煤矿3#煤层水力压裂参数选取和瓦斯抽采设计提供了技术指导。

松软低透气性煤层井下水力压裂工艺技术研究

为了研究松软低透气性煤层井下水力压裂的施工工艺及技术,以淮南矿业集团潘一矿东井为工程背景,首先根据建立的松软低透气性煤层压裂裂缝尺寸计算模型,分析得出煤体的弹性模量、泊松比是影响压裂裂缝尺寸及决定裂缝形态产状的主要因素;通过分析计算压裂煤体裂缝缝内净压力,研究了压裂泵注压力的影响因素。理论计算得出试验区域煤层起裂压力为24.3 MPa,设计泵注压力30.2 MPa;现场压裂试验与计算压力误差仅为3.3%,证实了理论计算方法的可行性。试验结果表明,水力压裂影响半径达40 m,压裂后煤层透气性及抽采效果大幅提高,瓦斯治理成本大幅降低。

松软低透气性煤层顺层钻孔全程套管预抽瓦斯技术

为了提高松软低透气性煤层的瓦斯抽采效果,针对潘一矿东区1252(1)首采工作面的特点,开展了松软煤层顺层钻孔全程瓦斯预抽技术实践,采取该措施后,单孔瓦斯抽采体积分数由原来的20%～40%提高到90%,瓦斯抽采纯量由原来的0.08 m3/min提高到0.25 m3/min,且最大单孔瓦斯抽采纯量达0.51 m3/min;评价单元瓦斯抽采纯量提升近35%,且流量稳定;单元抽采达标时间由传统预抽工艺的93 d,减少到采用顺层钻孔全程套管预抽瓦斯技术后的26 d,达到了快速消突和均匀消突的目的。

松软低透煤层超高压水力割缝技术应用及效果分析

鄂尔多斯盆地西缘煤层松软破碎,煤层透气性差,瓦斯含量高,该类煤层钻孔钻进困难,瓦斯抽采效果差。针对现有割缝钻具在现场施工中需要进行2次下钻作业、施工效率低等问题,研制出1套不需退钻超高压钻割一体化工艺,并在鄂尔多斯西缘突出煤层开展现场试验。现场试验得出,割缝钻孔平均单刀出煤量0.289 t,等效割缝半径达1.605 m;超高压水力割缝后,平均瓦斯抽采混合量1.456 m^(3)/min,是未割缝钻孔的瓦斯抽采混合量0.764 m^(3)/min的1.91倍;瓦斯抽采平均日纯量226.43 m^(3)/min,是未割缝钻孔的瓦斯抽采纯量51.42 m^(3)/min的4.4倍;抽采时间为40 d钻孔的抽采总量为83462.57 m^(3),抽采率达到35.71%,割缝后抽采效果显著。

松软低透煤层底板岩巷水力冲孔治理瓦斯技术研究

针对大多数开采单一松软低透煤层时瓦斯治理面临的困难,提出了松软低透煤层底板岩巷水力冲孔技术,阐述了该技术的原理,在偃龙煤田的二1煤层进行了现场应用,结果表明,从12041工作面上巷的实际抽放情况来看,瓦斯抽放浓度在15%～20%之间,工作面回风流的瓦斯平均浓度从0.6%降到0.3%左右,并消除了工作面在放顶煤过程中出现的瞬间瓦斯超限现象。

水力压裂冲孔在松软低透气性高瓦斯煤层抽采中的应用

为解决三汇三矿松软低透气性高瓦斯煤层(K_1)抽采钻孔垮孔严重,瓦斯预抽困难,抽采达标时间长的问题,采取水力压裂冲孔技术对该矿-60m N_4石门揭穿K_1煤层时进行了处理,结果表明:在相同的地质条件下,和未采取措施的-60m N_6石门揭穿K_1煤层相比,减少石门揭煤抽采钻孔79个,抽采达标时间减少105天。

水力压裂孔提高松软低透气性煤层瓦斯抽放效果

介绍了首山一矿利用水力压裂孔提高低透气性煤层瓦斯抽放的影响范围,增加煤层透气系数,提高抽采半径,确保瓦斯抽放效果的技术。比较了水力压裂抽放孔和正常抽放孔的抽放效果,该技术可增加煤层透气性,具有消突、降尘、阻止自燃、解除局部应力集中等多项重要功能。

松软低透煤层随钻水力冲孔钻具研制与应用

针对现有水力冲孔钻具在松软低透煤层造穴施工中存在需2次下钻、劳动强度大、施工效率低、钻杆密封性不好等问题,研制了随钻型水力冲孔钻具,实现了只需下入一趟钻便可同时完成正常钻进和冲孔作业,并在晋煤集团赵庄矿、淮南矿业丁集矿及阳煤集团新元矿开展了现场试验。试验结果表明:研制的随钻型水力冲孔钻具结构设计合理,压力转换机构工作可靠,密封性能良好,耐压能够达到30 MPa;与常规水力工艺相比,该技术能够减少辅助作业时间,有效降低了工人劳动强度,对松软低透煤层卸压增透作用显著,有效提高了瓦斯抽采效果,具有较高的推广应用价值。

松软低透煤层钻孔卸压增透技术研究

为解决松软低透突出煤层卸压增透难题,在祁南矿开展了深螺纹钻杆钻进工艺试验。效果考察结果表明,钻孔排渣量越大,煤体卸压效果越好;钻孔瓦斯初始涌出量越大、衰减系数越小,抽采达标时间越短。研究认为,松软低透煤层应以卸压增透为发展方向;钻孔卸压增透技术的本质就是加大钻孔排渣量;应制定配套的薪酬管理及钻孔考核验收制度,应把钻孔排渣量、瓦斯初始流量作为重要考核内容。

松软低透煤层底抽巷水力冲孔技术研究

针对某矿15#煤层松软低透气性的现状,选择了高压旋转水射流冲孔增透措施,采用有限元软件——Comsol Multiphysics建立了冲孔造穴后的煤体瓦斯抽采模型,分析了冲孔煤体受扰动影响的变化规律,同时在北翼辅助运输大巷进行了现场的试验和应用。研究表明,水力冲孔在松软低透突出煤层区域消突措施中应用效果显著,单孔冲出煤体6~23t,瓦斯预抽浓度提高约2倍,瓦斯抽采纯量提高约2.3倍,相同时间内瓦斯抽采率提高约2.7倍。

松软低透气性煤层跟管钻进及压裂抽采技术研究分析

针对我国松软低透气性煤层瓦斯抽采难题,提出了采用跟管钻进和水力压裂技术提高松软煤层钻孔深度和煤层透气性,通过布孔设计、应力分析论证了该方法的施工可行性,讨论了该方法的施工步骤。该技术有望成为解决松软低透气性煤层瓦斯抽采难题的新工艺方法。

松软低透气性煤层瓦斯抽采技术研究

为解决赵庄矿煤层透气性差和预抽效果不理想的问题,基于钻孔周围应力分布特征,选择合理的布孔间距和布置方式,可以使两钻孔应力叠加影响,增大塑性区范围,有效覆盖两钻孔之间的煤体区域,提高煤层透气性和抽采效率。同时对抽采半径进行了考察,依据抽采半径考察结果设计了预抽钻孔间距。在赵庄矿1308工作面开展了普通平行钻孔、平行加密钻孔和立体交叉钻孔3种布孔方式试验,抽采效果对比得出,立体交叉钻孔布孔方式抽采效果最优。采用水力洗孔和下放筛管的方式,对失效的钻孔进行了二次修复试验,修复后钻孔的平均抽采量提高了4.2倍,延长了钻孔有效抽采时间,提高了抽采效果,表明钻孔修复效果良好。

松软低透煤层煤与瓦斯突出综合防治技术

在分析河南首山一矿松软低透煤层特点的基础上,提出了底抽巷预抽煤层瓦斯、水力压裂技术及一系列防治煤与瓦斯突出技术措施,通过现场的实际应用,瓦斯抽采效率明显提高并起到了良好的防突效果,达到了安全高效生产,对此条件下的矿井防突工作提供了借鉴和指导。

松软低透煤层穿层钻孔诱突技术探索及工程实践

郑州矿区开采的二1煤层为松软、低透煤层,瓦斯治理难题一直未得到突破。为了探索此类问题,分析了煤层卸压增透机理和适用条件,提出钻孔内诱导煤与瓦斯突出卸压增透的技术构想,并实践了大孔径水力冲孔诱突技术措施。实践研究发现,采用水力冲孔诱突技术措施后,其平均单孔瓦斯抽采量是普通措施孔的3.4倍;工作面预测指标q和s值平均下降了47%和11%;钻孔诱突技术措施适用于煤层瓦斯含量大于9 m^(3)/t的区域,反之则不适用。

松软低透煤层回采工作面动压瓦斯抽采技术研究

根据工作采场周围应力特征以及上覆岩层“竖三带”和煤层“横三区”分布理论,通过在顶板裂隙带内布置走向高位钻孔、在工作面动压影响区内布置顺层钻孔以及在回风隅角采取埋管抽采措施等,使得工作面生产期间的瓦斯抽采量提高了198.5%,风排瓦斯量下降了44.6%。表明松软低透煤层回采工作面采用综合瓦斯抽采措施能够有效降低工作面生产期间的风排瓦斯量,提高生产效率。