模拟煤层钻进过程中钻孔稳定性试验研究

钻孔钻进过程的实验室模拟及失稳现象捕捉,是钻孔失稳破坏机制研究的关键环节。通过构建模拟煤层钻进过程中钻孔失稳监测系统及方法,探讨了轴压、吸附平衡压力、气体种类及煤的变质程度对钻孔稳定性的影响规律,得出不同试验条件下的孔周煤体应力变化及孔壁、孔底破坏特征。研究结果表明:随轴压及吸附平衡压力的增大,孔周煤体峰值应力最大值逐渐增大,孔壁变形及孔底破坏趋于严重,甚至发生喷孔;与N2相比,当煤样吸附CO2时,孔周煤体峰值应力最大值较大,孔壁变形及孔底破坏也较为严重;随煤的变质程度的加大,孔周煤体峰值应力最大值及卸压范围呈先增大后减小的趋势,试验所用焦煤应力集中现象及孔壁、孔底破坏程度最为严重。

天安煤矿5#煤层回采巷道支护设计与应用

为保障天安煤矿5#煤层首采工作面回采巷道围岩稳定性,通过数值模拟、理论分析等方法,探究5#煤层回采巷道围岩破坏特征,进行了50601运输顺槽支护设计,矿压观测结果表明:50601运输顺槽顶板及两帮潜在不稳定围岩深度和范围更大,需保证顶板及两帮支护强度,设计方案掘巷阶段表面变形量微小,顶板离层量在合理范围内,围岩控制效果良好。

近距离煤层回采巷道布置方式与支护

近距离煤层上部煤层开采所形成的应力集中,影响下部煤层布置回采巷道。该文运用FLAC^(3D)数值模拟软件对煤柱内应力分布及传递规律进行数值模拟计算,得出煤柱的宽度对下方底板应力传递及分布规律的影响,对近距离煤层回采巷道布置方式与支护有一定的指导作用。

折线型综放面开采顶煤运移破坏规律及支架受力特征的数值模拟研究

应用UDEC2D计算程序,模拟了某矿水平与倾斜联合布置的折线型综采面,揭示了综放开采过程中的采场覆岩与顶煤的运移规律及相应的应力场、破坏场的变化特征,并采用FLAC3D对沿折线型综采面布置的支架的受力及其运移特征进行了分析,研究结果对现场工程实践有一定的指导意义。

上部含水砂岩层对煤层气井产能影响因素研究--以寿阳地区为例

寿阳地区15#煤为该区煤层气开发的主力煤层,上部砂岩含水层,产水量较高,成为制约该区煤层气井产能释放的重要因素。本文针对这一问题,建立了砂岩/煤层叠合发育的双孔介质模型,对不同压裂改造效果对应的产能变化展开研究,揭示了寿阳研究区储层改造的缝高、缝长对煤层泄压的影响规律。认为研究区压裂缝长对煤层泄压效果的影响约为缝高的5.6倍,压裂时一定范围内需控制缝高,超过此范围则应以延伸缝长为主要指标。

基于水力压裂措施的高突煤层卸压增透技术研究

以平煤十三矿为试验矿井,对水力压裂增透效果进行现场考察,试验结果表明,压裂孔两侧30 m范围内煤体都受到不同程度的影响,地应力得到释放,压裂后瓦斯抽放浓度和流量得到极大提高,抽放瓦斯浓度提高15倍左右,单位时间抽放纯量提高40多倍,水力压裂效果显著。

极软突出煤的视相对密度测定方法研究

视相对密度是煤的重要参数,在煤与瓦斯突出预测、煤质分析等方面有广泛的用途,但查阅文献发现标准GB/T 6949—2010对极软突出煤层不适用,主要是由于极软突出煤层粒径较小无法选取规定粒径,且松软极易破碎造成裹蜡损失。针对此问题,建立了视相对密度测定与粒径关系模型,经计算分析发现粒径选取越小测定值越大,且在4 mm以下表现更为明显,所以不可选用大颗粒代替极软突出煤进行测定。为解决其测定问题,提出了模拟煤层法,该方法将一定质量的极软突出煤放置入固定装置中压制成型,然后施加相应煤层应力,对其体积进行准确测定,从而获得煤样的视相对密度,并设计制造了相关设备,利用设备进行了相关实验。设备能实现对极软突出煤层视相对密度的准确测定,且由于测试过程中考虑了应力影响,故测定值略大于GB/T 6949—2010方法,误差率小于1%,远远满足重复性小于0.04的要求。

突出煤体视密度测定技术研究

为解决突出煤体由于粒径过小导致其视密度测定结果不准确的问题,通过理论分析煤样粒径与视密度之间的关系,并运用自主研制的视密度测定装置,选取全国各地9个不同变质程度的煤样,提出了模拟煤层法测定突出煤体视密度的新方法。结果表明:很小范围内煤体视密度随煤体粒径的增加而减小后趋于常数;随着煤体变质程度增大其视密度呈现先变大后变小的变化规律,这和煤体变质程度与微孔体积、孔隙度、吸附能力变化规律相吻合;每个煤样在相同的水分、粒径、成型压力和围岩压力下对其视密度测定2次,对测定结果进行误差分析,分析发现不同煤样视密度测定误差均小于0.5%,不同煤样之间所得的视密度误差最大为0.33%。

修正的Knothe沉陷模型及FLAC^(3D)模拟开采验证

针对原Knothe地表沉陷的时间函数模型与地表观测点下沉速度曲线不吻合的缺陷,采用数学分析的方法,修正了Knothe模型。修正的模型不但能较好地拟合地表沉陷观测点下沉的位移序列,而且从观测点下沉速度、加速度的变化方面也符合地下煤层长壁工作面开采过程中上覆岩层移动的物理过程,能较好地描述地表观测点下沉的3个阶段即逐渐开始阶段、快速发展阶段和缓慢衰减终止阶段的非线性特征。验证这一模型需要大量的观测数据,为克服进行大量的沉陷观测所需的人力和物力上的困难,采用FLAC^(3D)软件模拟的煤层地下开采过程,并在模型的上表面经过开采中心点的走向和倾向剖面线上共布置了36个地表下沉和下沉速度的监测点,监测了模拟开采过程中地表的移动过程;模拟完成后,各监测点的下沉及下沉速度与计算步数之间的关系曲线与修正的Knothe模型曲线的形态特征相符,说明模拟开采过程可行,进一步验证了修正的Knothe地表沉陷的时间函数模型可拟合地表观测点下沉的动态过程曲线。