造穴-CO_(2)气相压裂复合技术造缝卸压增渗机理研究

我国煤矿煤与瓦斯突出灾害严重,目前增透主要采用静力型技术和动力型技术,不同程度地解决了瓦斯治理难题。为获得更好的复合造缝卸压增渗效果,开发出造穴-气相压裂复合技术,综合采用185 MPa高压力CO_(2)冲击煤样、数值模拟、光纤应变监测3种技术手段,研究造穴-气相压裂复合技术的瓦斯治理机理。结果表明:①煤样在CO_(2)气相压裂应力波作用下,在煤基质表面新形成损伤坑(DM)和三翼型裂隙(TRW)典型显微构造。②煤层在静力型和动力型荷载复合作用下近钻孔中心范围内煤层中原始的裂隙被重新打开,形成以钻孔为中心的放射状多尺度、张剪性破坏为主的裂缝,该裂缝能够充分均化应力集中区,并使得煤层产生不可逆的破坏,其应力扰动范围为24 m。③在有效的气相压裂-造穴复合技术影响范围内,造穴孔有助于提高气相压裂应力波的能量利用效率,避免能量耗散在无效的震动区,充分导通压裂孔与造穴孔多尺度裂缝,使得煤层裂缝区域范围大、连续性强、卸压充分。研究为解决煤层低渗、难抽、高地应力的问题提供了参考。

利用CO_(2)气相压裂技术提高煤层透气性:以吉宁煤矿为例

为破解复杂低渗高瓦斯煤层瓦斯治理技术难题,本文以山西华晋吉宁煤矿2号煤层2203工作面为研究对象,通过采取CO_(2)气相压裂增透技术,对4组(共12个)抽采钻孔的瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采纯量进行分析,得出有效致裂影响范围,进一步评价瓦斯抽采效果和防突效果。结果表明:该地质单元的有效致裂裂缝影响范围为6~7 m;常规抽采孔的瓦斯抽采纯量为0.018 m^(3)/min,与其相比,4组抽采钻孔百米瓦斯抽采纯量平均值为0.179 m^(3)/min,提升了8.9倍;在衰减区域,瓦斯抽采浓度均值64.7%、纯量均值0.150 m^(3)/min,在稳定区浓度,瓦斯抽采均值为73.2%、纯量均值0.188 m^(3)/min,相比稳定区域瓦斯抽采参数更高。该技术有效增大了2号煤层的透气性,提高了瓦斯抽采效率和煤巷掘进速度,减少了钻孔施工投入,缓解了采掘接替紧张的局面。

含夹矸煤层CO_(2)气相压裂瓦斯治理技术

吉宁矿山西组2号煤层为典型的复杂低渗突出煤层,2201工作面存在瓦斯含量高、煤层松软、透气性低、存在厚夹矸的复杂情况,表现为采前难抽,采中涌出大的特点。为解决上述难题,在掘进工作面实施CO_(2)气相压裂强化造缝、卸压增透技术,通过对瓦斯抽采数据和掘进效果的分析,得出气相压裂孔瓦斯参数随抽采时间增加,表现出“稳定型”和“增高型”演化规律。气相压裂孔的百米瓦斯抽采纯流量0.11~0.22 m^(3)/min,与前期密集钻孔措施的0.018 m^(3)/min相比,提高了5.1~11.2倍。185 MPa的高压力CO_(2)气相压裂技术适配于该煤层地质条件,能够有效沟通煤中解吸-扩散-渗流多尺度通道,瓦斯抽采参数稳定且高效。

CO_(2)气相压裂煤层瓦斯参数测试及数值模拟分析

五虎山煤矿所开采的山西组9#煤层为高瓦斯难抽采煤层,回采期间瓦斯抽采效率低下,严重制约了煤矿的安全高效生产。为探究适配的CO_(2)气相压裂瓦斯治理技术方案,在瓦斯治理巷开展CO_(2)气相压裂瓦斯参数测试。测试结果表明,气相压裂过后,平均瓦斯含量从8.26 m^(3)/t降低到7.67 m^(3)/t,降低了7%;Langmuir吸附体积由19.0969 cm^(3)/g提高到20.2657 cm^(3)/g,提高了6.12%;煤层透气性系数从0.022~0.027提高到0.780~0.791,提高了28~35倍。基于瓦斯参数测试结果,建立COMSOL Multiphysics流固耦合模型,模拟气相压裂前后瓦斯抽采半径。模拟结果表明,气相压裂后煤层瓦斯抽采半径大幅度提高,抽采180 d后抽采半径从0.63 m提高到4.13 m,提高5.56倍。在抽采时间为6个月时,可按照8 m的孔间距布置气相压裂钻孔,即可获得良好的瓦斯抽采效果。该研究成果可为类似条件煤矿的瓦斯治理提供借鉴。

难抽煤层CO_(2)气相压裂瓦斯高效抽采技术研究

五虎山煤矿开采的9号煤层为高瓦斯低渗难抽煤层,回采期间瓦斯抽采效率低,制约了煤矿的安全高效生产。为此,开展CO_(2)气相压裂瓦斯高效抽采技术研究,在010911回采面近切眼段布置4单元共20个100 m深钻孔,其中8个压裂孔,12个瓦斯抽采孔;对比分析压裂单元与非压裂单元瓦斯抽采数据。试验结果表明:CO_(2)气相压裂试验后,瓦斯抽采效率大幅度提高,瓦斯抽采浓度提高了1.46倍;瓦斯抽采纯量提高了1.49倍;抽采90 d瓦斯抽采半径提高了1.53倍;抽采达标时间缩短了190 d.实践证明,CO_(2)气相压裂在煤层中形成复杂裂缝,大幅提高煤层渗透率,使难抽煤层变为易抽煤层,是回采面近切眼段瓦斯高效抽采的可行技术。

CO_(2)气相压裂掘进工作面顶板卸压技术应用

安全一直是煤矿生产关注重点。为保障井下安全作业,降低安全隐患,本文研究CO_(2)气相压裂技术在掘进工作面顶板卸压中的技术应用,通过在五阳煤矿8006回风巷进行工程试验,发现在工作面煤炮发生频率、瓦斯涌出浓度及掘进速度试验中CO_(2)气相压裂技术对顶板卸压效果明显。

旋转填充床气相压降特性研究

旋转床的气相压降是旋转床工程设计的一项重要指标。利用空气水系统对旋转填充床的气相压降进行分段模型化和实验研究。结果表明： 旋转床干床压降比湿床大； 进口压降随气量增大而增大； 内腔压降随液体加入突然减小； 出口压降随气量增大而增大， 随转速增大而减小， 随液体加入而突然增大； 填料层压降随气量和转速增大而增大， 当流体加入时， 先减小， 后增大。

逆流和并流操作时旋转床气相压降的对比

对逆流和并流旋转床的气相压降进行了实验研究。结果表明 :在并流和逆流操作条件下 ,旋转床的湿床压降小于干床压降 ;且随液量增大而略有减小 ,随气量增大而增大 ;当转速增大时 ,并流操作的压降减小 ,逆流操作的压降增大 ;拟合结果与实验结果吻合很好。

折流式超重力旋转床转子结构对气相压降的影响

折流式超重力旋转床是继旋转填料床之后出现的一种新型高效的气液传质设备。今采用空气-水系统对折流式旋转床进行了气相压降实验,考查了折流式转子结构对气相压降的影响,建立了折流式旋转床干床气相压降的理论模型。实验结果表明:折流式旋转床转子结构对气相压降影响较大,在动静折流圈结构不变的情况下,动静盘垂直间距存在某一最优值,通过实验得到了实验中所用的折流式旋转床的最佳转子高度为90mm,实验也验证了旋转床设计时采用的等通流面积原则是符合气体运动规律的;干床压降理论模型的计算结果与实验值符合较好,为建立湿床压降模型奠定了基础。

气相压裂增透技术在煤巷掘进工作面中的应用

针对高瓦斯低渗煤层煤巷掘进工作面瓦斯抽采钻孔施工量大、抽采周期长、抽采效率低等问题,提出了气相压裂增透瓦斯治理技术,介绍了气相压裂设备及技术原理,确定了工作面压裂施工方案,并对气相压裂后的预抽效果进行了考察分析。结果显示:气相压裂孔较普通钻孔抽采量提高了4倍,压裂影响区域内的预抽孔抽采量提高了2.4倍。实践证明,气相压裂技术适用于矿井高瓦斯松软低渗煤层的瓦斯抽采。

错流旋转填料床气相压降特性研究

旋转床的气相压降是旋转床工程设计的一项重要指标。笔者利用空气 水系统对错流旋转填料床的气相压降进行实验研究。结果表明 :在实验范围内 ,错流旋转床压降是逆流旋转床的十分之一 ;对错流旋转床压降影响较大的是转速和气量 。

同心环碟片填料旋转床气相压降实验研究

对同心环碟片填料旋转床在气液两相沿径向逆流条件下，进行了水－空气压降测量，推导出压降与操作工况的关联式。测量结果表明，该关联式与实测值吻合较好．研究发现在旋转床压降分析中必须考虑科氏力的影响，在总压降中摩擦阻力所引起的压降占主要部分．

旋转填料床气相压降研究进展

本文概要介绍了旋转填料床的工作原理及结构组成 ,着重讨论了旋转填料床气相压降的实验及理论研究情况 。

错流旋转填料床气相压降特性实验研究

旋转填料床的气相压降是衡量设备性能的一项重要指标。利用空气-水体系,在转速0 r/min^1300 r/min,气量200 m3/h^1110 m3/h,液量0 m3/h^7 m3/h范围内,对错流旋转填料床的气相压降进行中试实验研究。结果表明:旋转填料床的干床压降随着气量和转速的增大而增大;湿床压降随着气量的增大而增大,在小气量或小液量条件下也随着转速的增大而增大,但在大气量、大液量条件下则随着转速的增大先降低后升高;当高转速、低气量时,会出现短暂的旋转填料床干床压降大于湿床压降的现象,其他条件下,湿床压降大于干床压降;错流旋转填料床未发生液泛现象。

CO_2气相压裂综放工作面顶板弱化技术研究

为了探究CO_2气相压裂技术在综放工作面顶板弱化中的应用,对顶板压裂技术特点进行深入分析,并在常村煤矿N3-1工作面进行工程试验,通过观测综采支架压力监测系统变化,以及采用防爆相机和钻孔窥视仪观测压裂效果。研究表明,气相压裂技术弱化顶板的效果明显,工作面初次来压步距与全矿平均距离相比提前18m左右,与传统炸药技术相比,具有更高的安全系数,可为综放工作面的安全开采提供借鉴和参考。

两种动折流圈折流式超重力旋转床气相压降的实验研究

折流式超重力旋转床是继旋转填料床之后出现的一种新型高效的气液传质设备.压降是超重力旋转床流体力学的重要特征之一.实验以空气—水为物系,对转子直径为288 mm,高度为55mm的折流式旋转床进行了压降实验.旋转床转子采用动圈开单排孔和动圈开多排孔两种结构,实验结果表明折流式旋转床的气相总压降随气量、转速、液量的增加而增大,随气量和转速增大的趋势比较明显,随液量增大的趋势比较缓慢.在同等条件下,单排孔压降比多排孔大.

折流式超重力旋转床液泛和气相压降的实验研究

折流式超重力旋转床是一种新型高效的气液传质设备。液泛和气相压降是超重力旋转床流体力学的重要特征。实验以空气-水为物系,对转子直径为288 mm,高度为55 mm的折流式旋转床进行了气相压降和液泛实验。实验表明:随着转速和液流量的增加,液泛气速减小,折流式旋转床更容易液泛。气相压降随气量、转速、液量的增加而增大,随气量和转速增大的趋势比较明显,随液量增大的趋势比较缓慢。

气相压裂技术提高综放面初采的研究

以山西某矿1308综放工作面为工程背景,运用离散元数值模拟计算的手段,分别模拟了综放工作面初采时顶煤采用CO2炮弱化前后的顶煤垮落情况。揭示了采用CO2炮气相压裂技术弱化顶煤后,工作面出了切眼便可放煤。

三角形螺旋填料旋转床气相压降特性

为深入了解三角形螺旋填料旋转床气相压降的影响因素及规律,以空气-水为实验物系进行了实验和模型研究。改变气、液流量及转速测定气相压降的实验结果表明,气体流量和转速的增大均使干、湿床气相压降增大;液体流量增大时湿床气相压降先减小,而后基本保持不变;该旋转填料床具有气相压降小、操作弹性大的优点。按照气相压降产生的机理,将其分为局部压降、离心压降、转子外内腔压降和填料主体压降4部分进行模型研究,其中用旋涡理论描述转子外内腔压降、用简化的模型描述填料主体压降是新提出的方法,且所建模型能较好地描述气相压降的规律。

气相压裂瓦斯快速抽采技术研究和应用

针对试验煤矿高瓦斯低渗煤层密集抽采钻孔施工量大、抽采效果差、抽采达标时间长等问题,提出了气相压裂瓦斯快速抽采技术。试验结果显示:气相压裂后抽采量提高了4.4倍,瓦斯抽采达标时间比压裂前缩短了4/5。实践证明,气相压裂技术适用于高瓦斯低渗煤层的瓦斯抽采。