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。

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。

吉宁矿CO_(2)气相压裂条件下抽采半径时变规律

针对低渗厚煤层瓦斯抽采难度大,抽采效率低的问题,以华晋焦煤吉宁矿为工程背景,运用CO_(2)气相压裂技术对煤层进行增透,增大煤层的渗透性。采用数值模拟,构造吉宁矿2#煤层煤体抽采半径本构模型,运用COMSOL数值模拟软件对CO_(2)气相压裂增透前后抽采半径进行模拟,并通过与现场实测的华晋吉宁煤矿2#煤层原始煤体瓦斯抽采半径和CO_(2)气相压裂增透煤体的瓦斯抽采半径进行对比分析验证CO_(2)气相压裂技术的增透效果。现场工程实践表明:华晋吉宁煤矿2#煤层原始煤体的抽采半径为2.5 m,CO_(2)气相压裂增透煤体的抽采半径为5.5 m,是原始煤体抽采半径的2.2倍,增透效果显著,误差在10%以内。

天池煤矿CO_(2)气相压裂强化增透瓦斯抽采技术研究

为解决山西和顺天池能源有限责任公司15号煤层存在的瓦斯治理难题,在15603工作面进风顺槽开展CO_(2)气相压裂瓦斯快速抽采关键技术研究与工业性试验。实验结果表明,气相压裂后,瓦斯抽采效率提高1.6倍。抽采4个月后,压裂区煤层平均瓦斯含量降低至5.81 m~3/t,平均瓦斯抽采半径可达6 m以上。

基于防突指标下降视角的CO_(2)气相压裂增透技术应用分析

在煤矿开采过程中,因掘进面煤层透气性差导致无法抽采效果不佳。为解决这一问题,实际作业中,要以降低防突指标为基准,运用CO_(2)气相压裂增透技术处理工作面。文章以某试验为例,详细阐释钻孔布置和压裂工艺应用情况,并就试验效果予以分析。经分析,应用CO_(2)气相压裂增透技术能够显著提高抽采效果,快速降低防突指标,大幅缩减抽采达标时间。提出具体应用实践,证明技术能够在开采中发挥防突作用。

气相压裂和水力割缝强化瓦斯抽采技术应用

针对吉宁煤矿2203条带煤层渗透率低,瓦斯抽采浓度低的难题,提出了采用气相压裂与水力割缝联合强化瓦斯抽采技术。分析了该技术的卸压增透原理,并进行了现场试验。实验结果表明:采用单一的增透技术,瓦斯抽采浓度和抽采量会随着时间逐步降低。而采用联合强化瓦斯抽采技术,瓦斯抽采浓度及抽采量能够保持在较高水平,保障了矿井瓦斯抽采达标。

店坪矿掘进面气相压裂增透技术应用

店坪矿9-2052巷道掘进过程中利用气相增透技术抽采瓦斯,与普通抽采状态相比,压裂后抽采的瓦斯浓度是常规抽采条件的1.65倍、瓦斯混合流量为3.1倍、纯流量为5倍,煤层内部瓦斯含量从常规抽采条件的9.87 m~3/t下降到气相压裂技术抽采后的7.82 m~3/t,钻屑瓦斯解析指标值从0.45 mL/(g·min~(0.5))降低至0.33 mL/(g·min~(0.5))。

复杂低渗高瓦斯煤层CO_(2)气相压裂强化增透技术研究

山西华晋吉宁煤业有限责任公司(吉宁煤矿)开采的山西组2号煤层为典型的复杂低渗难抽煤层,透气性系数为0.023m^(2)/(MPa2·d),瓦斯含量8~10.52m^(3)/t,存在“多分层,多夹矸,采前难抽,采中涌出大”的特点。为此,在吉宁煤矿2201掘进工作面开展185MPa高压力、大容量的CO_(2)气相压裂强化造缝、增透防突瓦斯治理技术,考察其瓦斯抽采和防突效果。结果表明:(1)CO_(2)气相压裂技术能有效提升裂孔瓦斯抽采效率,瓦斯抽采纯流量最大值为0.193m^(3)/min,平均值为0.138m^(3)/min。(2)与前期条带预抽防突技术措施相比,CO_(2)气相压裂技术实施后,煤层瓦斯抽采纯流量提高了4.6~9.7倍,瓦斯有效抽采时间缩短47天,月掘进速度由原来36m提高至80m,提高了2.22倍,瓦斯抽采成本降低为原来的50%。

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。

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。

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。

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。

玉溪煤矿CO2气相压裂煤巷防突快速掘进技术

玉溪煤矿首采工作面在煤巷掘进过程中,突出指标参数频繁超标,瓦斯异常涌出,瓦斯超限,导致被迫停产、掘进速度慢。为解决安全快速掘进的生产技术难题,玉溪煤矿开展CO2气相压裂消突快速掘进技术研究和试验。结果显示,采取气相压裂措施后,平均每百米巷道掘进K1值超标0.15次,较压裂前降低了11倍;掘进过程中瓦斯涌出趋于均匀化,瓦斯涌出浓度峰值相对降低,有效避免了瓦斯超限;巷道掘进日均进尺5.38m,较气相压裂前(日均进尺2.79m)巷道掘进速度提高了1.92倍。CO2气相压裂消突快速掘进技术有效保障了矿井安全和高效生产。

掘进面多级气相压裂卸压抽采防突研究

为解决煤层赋存条件复杂、煤体渗透率低、部分区域突出易发性高等问题,提出运用多级气相压裂的方案在阳泉矿区新元矿31004工作面辅助回风巷与进风巷进行压裂试验,以考察其卸压增透效果;在试验巷道的不同区段实施单孔压裂和双孔压裂,并采用“压裂抽采”和“压后即掘”2种工作循环方式进行试验;基于对多项抽采参数的实测结果,从多角度评价多级气相压裂效果。结果表明:多级气相压裂具有明显的重启裂缝与扩张裂缝作用,能够有效改善煤体的渗透性和瓦斯抽采条件;通过对比单孔压裂与双孔压裂效果,并结合现场监测数据发现,双孔多级压裂的效果明显优于单孔多级压裂,双孔多级压裂钻孔作业难度低,且作业后瓦斯更易抽采;观测不同的工作循环方式未见明显差距,但“压后即掘”的工作效率明显更高。多级气相压裂的成功实施,对该技术在低渗矿区的防突消突与瓦斯抽采工作中的应用具有重要指导意义。

气相压裂低渗难抽煤层瓦斯增透效果检验

介绍了针对低渗难抽采煤层的增透强抽新型二氧化碳气相压裂技术,并通过现场试验测试了原始煤层与实施气相压裂后煤层透气性系数与钻孔瓦斯衰减系数的变化。通过数据分析表明,气相压裂技术能显著增加钻孔周围煤层有效裂隙数量,提高煤层透气性,降低钻孔瓦斯衰减程度,提高低渗透难抽采煤层瓦斯抽采效率。

低渗煤层定向多簇气相压裂瓦斯治理技术研究与实践

为解决低渗透煤层瓦斯抽采难题,在潞安矿区5 a多的研究和规模化现场试验基础上,提出了一种低渗透煤层CO_2气相定向多簇压裂瓦斯综合治理技术。该技术是应用改进后的CARDOX装置系统所产生的高压CO_2气体在煤层中进行定向多簇造缝,实现煤层的卸压和增透,均化和改善局部地应力集中和瓦斯含量/压力的异常分布状态,提高瓦斯抽采效率。研究表明,在气相压裂试验区段,瓦斯突出危险性降低,煤层渗透率提高1~2个数量级,瓦斯抽采浓度和流量提高1个数量级,抽采达标时间由原来的720 d减少到210 d,实现了高瓦斯煤层的安全掘采协调生产。

低渗煤层CO_2气相压裂裂隙圈形态研究

为了揭示低渗煤层气相压裂裂隙圈形态,采用球形震源理论建立了地震应力降和裂隙圈形态关系,并对山西高河能源公司山西组3号煤层气相压裂作业过程进行了监测研究。结果表明:微地震监测作为一种地球物理手段可以有效揭示气相压裂裂隙卸压圈形态;气相压裂裂隙卸压圈形态显示为不规则的椭球型,椭球的长轴和钻孔压裂段长度相当,短轴长度为8~20 m;气相压裂裂隙扩展的不规则性主要受控于高压气体破岩的不同步,煤(岩)的各向异性及脆性指数也对裂隙扩展形态有影响。

底抽巷穿层钻孔气相压裂强化增透技术试验研究

针对阳泉矿区瓦斯地质条件复杂、瓦斯含量高、压力大、透气性差、煤与瓦斯突出灾害严重的生产现状,基于气相压裂增透卸压瓦斯抽采消突技术原理的分析,以寺家庄煤矿为试验研究对象,确定了底抽巷穿层钻孔气相压裂强化增透技术的试验参数和施工工艺。研究结果表明:气相压裂强化增透可诱发煤体裂隙发育,加快瓦斯解吸速度,该技术可对煤体起到较好的卸压作用,还可以提高钻孔的抽放浓度,抽放量提高约3倍,本层工作面掘进速度提高2~3倍;在合理布置压裂孔与抽采孔、采取"两堵一注"封孔工艺的同时,应及时进行高效抽采。

突出煤层CO_(2)气相压裂高效抽采防突掘进技术

我国煤矿煤与瓦斯突出灾害严重影响煤矿安全生产。尽管近10年来这一灾害事故大幅度减少,但恶性事故依然发生,给矿工生命和煤矿安全生产造成严重损失。国内外现阶段的防治瓦斯突出技术,如水力压裂、水力割缝、水力冲孔、深孔爆破、密集钻孔等,不同程度地解决了防突安全掘进,但对于一些高瓦斯低渗透突出煤层,上述技术还难以从根本上解决消突安全快速掘进。所以,防突技术仍然是我国煤炭领域亟待攻关的重大科技难题。选取山西寿阳县新元煤矿31002工作面为试验案例,介绍CO_(2)气相压裂技术方法,并探讨其防突掘进效果。新元煤矿开采的山西组3号煤层为低渗透突出煤层,前期主要采用密集钻孔预抽瓦斯防突措施,抽采达标时间长,掘进速度慢。高效抽采瓦斯,防止煤与瓦斯突出,保障煤巷安全快速掘进,是新元煤矿安全高效生产的重大技术难题。在新元矿采取的气相压裂措施概况如下:在掘进工作面前方实施双钻孔气相压裂;完成9个瓦斯抽采钻孔以覆盖巷道两侧各15 m安全范围;全部11个钻孔联网抽采3~5 d,防突参数K1值达标后恢复掘进。试验数据表明,气相压裂抽采防突技术措施的强化抽采效果显著,抽采效率大幅度提高,煤炮等动力现象减少,K1值降低,掘进割煤时巷道瓦斯浓度得以降低和均化,保障了连续安全掘进。实践证明,CO_(2)气相压裂技术能够实现连续安全快速掘进理技术,在全国类似瓦斯地质条件煤矿中具有推广应用意义。

气相压裂技术在立井揭煤中的应用

主要介绍立井揭煤施工过程中,采用CO2气相压裂施工的工艺流程、技术特点,并通过在赵庄煤业南苏回风井揭煤前压裂工作,证明气相压裂的安全可靠性,以及在技术经济学上比传统揭煤所占有的优势。