低渗透裂缝性油藏水力缝延伸特征分析——以克拉玛依油田百31井区佳木河组油藏为例

在分析百31井区佳木河组油藏天然缝发育特征、现今应力特征、水力缝延伸特征的基础上,重点分析了天然缝和现今地应力对水力缝的影响,归纳了低渗透裂缝性油藏水力缝的分布规律。天然缝发育特征、现今应力场特征不但决定了水力缝分布特征,而且直接影响着压裂施工;百31井区佳木河组油藏油井压裂时水力缝基本上都是沿天然缝延伸或对天然缝进一步改造和沟通;油井射孔段天然缝产状、发育程度、水平应力大小直接影响着压裂施工压力。

高瓦斯中硬煤层超高压水力割缝卸压增透技术及应用

为了提高高瓦斯中硬煤层卸压增透及瓦斯抽采效果,研究了顺层长钻孔超高压水力割缝技术,分析了其卸压增透机理,开展了超高压水力割缝现场试验,确定了等效割缝半径和有效瓦斯抽采半径,考察了超高压水力割缝技术的应用效果。研究结果表明:超高压水力割缝技术具有切割速度快、切割半径大等特点,相当于在钻孔周围煤体开采极薄保护层,平均单刀割缝时间9 min,单刀出煤量0.32~0.42 t,等效割缝半径为1.55~1.78 m;超高压水力割缝组单孔平均抽采浓度76.5%,单孔平均抽采纯量为0.089 m^(3)/min,分别是普通钻孔的4.58倍和4.05倍,是水力冲孔的1.2倍和1.43倍,可见该技术可以大幅度提高卸压增透及瓦斯抽采效果。

低透气性突出煤层群首采层水力割缝卸压抽采技术研究

针对中近距离松软低透气性突出煤层群抽采防突难题,以皖北矿区任楼煤矿突出煤层群瓦斯地质条件为工程背景,在对松软煤层水力割缝卸压增透机制、首采层割缝工艺参数等研究的基础上,提出了首采层煤巷条带水力割缝卸压增透、煤层群瓦斯联合抽采的综合治理技术,优化了钻孔布置方式,并进行了工程应用。结果表明:割缝实施后钻孔的瓦斯抽采浓度、单孔日均抽采纯量分别是常规钻孔的4.27倍、3.94倍,煤层透气性提高了22~31倍,首采层72号煤层割缝后的防突有效半径可提高至5 m以上,检验抽采半径5 m处的瓦斯含量指标为4.13 m 3/t,在有效解决首采层煤巷条带瓦斯灾害的同时,钻孔工程量降低了2/3以上。

高应力特厚突出煤层水力割缝卸压防突技术研究

针对采动形成的高应力煤柱区瓦斯动力灾害防控难题,以窑街煤电集团有限公司金河煤矿16219工作面为工程背景,综合采用数值模拟、理论分析、微震分析、工程实践相结合的研究方法,揭示了煤柱区的应力演化规律,在分析水力割缝卸压增透原理的基础上,优化并实施了水力割缝卸压增透措施,并对卸压防突效果进行了考察。结果表明,受周边采动影响,16219工作面首分层开切眼及回风巷交叉区域的煤体出现了高应力集中现象;通过对常规掘进与开挖缝槽后掘进2种情况的模拟对比分析,表明开挖缝槽能有效缓解高应力集中区内巷道周边煤体的应力集中状况;针对均一的缝槽尺寸可能导致巷道周边形成小范围应力增高区的现象,进一步优化了高应力集中区的水力割缝参数,合理增加了巷道周边水力割缝钻孔的出渣量。割缝作业实施后,微震监测数据显示大能量事件的占比有所减少、小能量事件的占比增加,煤体的弹性能有所释放,测试煤层残余瓦斯含量降低至4.73 m^(3)/t,表明煤层的突出及冲击危险性均有所降低。

深部高突低渗煤层超高压水力割缝卸压增透技术实践

峰峰集团九龙矿2号煤埋深大,瓦斯含量高,为保证工作面安全回采,开展了瓦斯卸压增透技术的研究。与其他致裂方式相比,超高压水力切缝卸压增透技术的成本低、安全性高,对地质条件的适应性强,是一种理想的低渗煤层增透方式。该技术可破坏钻孔的“瓶塞效应”,促进裂缝的产生、发育和贯通,由此提高透气性,加大煤层中瓦斯的释放。在15249N工作面的现场应用表明,割缝钻孔单刀出煤量0.78 t,等效割缝半径1.89~2.31 m,较普通钻孔瓦斯抽采浓度提升1.6倍,瓦斯抽采纯量提升3.79倍,取得了较好的增透效果。

水力割缝对不同厚度“三软”煤层巷道围岩扰动影响研究

赵家寨煤矿开采煤层在水力割缝过程中受到较大扰动,围岩强度降低,导致煤厚较大且分布不均的“三软”煤层巷道更加难以控制。基于14205工作面岩石力学参数,理论分析确定水力割缝合理参数,借助COMSOL Multiphysics构建不同煤厚条件下水力割缝模型,数值模拟得到了水力割缝对煤层应力、位移影响规律。结果表明:顶煤厚度对于受水力割缝扰动后巷道顶板稳定性有着重要影响,应力特征的主要影响因素为割缝的形态、位置,煤层越厚其变形量越小,水力割缝对煤体的损伤范围主要与割缝位置相关,巷道受扰动范围为两帮各5 m,托顶煤为2 m厚时,顶部煤体受破坏程度最大,巷道稳定性最差,当托顶煤厚度超过4 m时巷道稳定性得到良好改善,在煤体损伤范围内巷道顶部变形量最大,需要加强支护力度。研究结果为不同厚度“三软”煤层水力割缝扰动下巷道围岩稳定性分析提供基础。

松软煤层水力割缝缝槽形态控制技术研究及应用

为解决松软煤层(f>0.2)超高压水力割缝期间缝槽发育难控制、易垮孔等问题,通过理论分析手段,分析了割缝缝槽周围煤体应力分布规律,获得了割缝缝槽周围煤体塑性区分布影响因素。研究了高压水射流破煤规律,得到了影响割缝缝槽形态的主要因素为割缝压力、喷嘴直径及煤体自身硬度。提出了基于松软煤层特点的超高压水力割缝缝槽形态控制技术,获得了控制松软煤层缝槽深度、宽度以及发育速度的关键参数为割缝压力、喷嘴直径及压力调节速度。通过现场应用表明,针对松软煤层其缝槽形态控制合理参数为:割缝喷嘴直径2.5~3.0 mm,割缝压力70 MPa,割缝调压间隔3~5 min。验证了松软煤层水力割缝缝槽形态控制技术适用性,可效提高松软煤层水力割缝施工成功率及安全性。

基于水力割缝增透技术提高煤层瓦斯抽放效率研究———以保安煤业为例

煤层瓦斯是一种宝贵的能源,但如果不加以控制,将成为煤矿开采中的一大灾害。井下煤层瓦斯抽采是降低瓦斯灾害风险最有效的方法之一,然而许多低透气性煤层,尤其是受构造作用严重破碎甚至粉化的构造煤层,瓦斯抽采难度较大。提高单一煤层瓦斯抽采效率的常规技术较多,但对于下部为软黏土构造煤亚层的特厚煤层,常规技术无法奏效。为加强对这类煤层的瓦斯抽采,提出了水力割缝瓦斯抽采技术,通过数值模拟分析了水力割缝后煤体的应力演化、塑性损伤、渗透率变化及瓦斯抽采情况。结果表明,采用水力割缝瓦斯抽采技术后,构造煤亚层中的大孔扩大了卸压增透范围,瓦斯抽采效率显著提高。

双排水力割缝钻孔参数优化研究与应用

为了实现工作面快速消突,提出布置双排瓦斯抽采钻孔,并实施水力割缝。通过数值模拟,研究不同割缝深度、孔间距、布孔方式对抽采效果的影响。结果表明:单孔有效抽采半径随割缝深度的增加而增加,但增速逐渐放缓,根据数据拟合结果,确定割缝深度为1.5 m;双孔抽采时,钻孔间距越小,瓦斯压力越低,最终确定钻孔间距为7 m;正方形布孔和菱形布孔均可以实现消突目的,正方形布孔覆盖面积大,选择该方式。现场试验表明,水力割缝正方形双排钻孔抽采效果良好,可以达到消突的目的。

基于ZGF-100(A)型超高压水力割缝成套装备的煤层卸压增透效果考察试验

为了解决矿井深部区域高瓦斯难抽煤层抽采工作量大、抽采效果差的问题,提出了采用超高压水力割缝技术强化煤层瓦斯抽采。该技术可充分改变煤体结构,增加透气性,改善抽采效果。基于ZGF-100(A)型超高压水力割缝成套装备,以小宝鼎煤矿12393-2工作面作为试验区,开展了顺层钻孔水力割缝抽采效果考察试验。结果表明:在采用合理的水力割缝技术参数下,割缝组相较于普通组瓦斯抽采浓度提高约1.02倍,抽采纯量提高约2.36倍,抽采达标时间缩短约54.2%,抽采效果显著。

底抽巷工作面煤层水力割缝增透技术应用

针对大平煤业3号煤层透气性低的特点,采用水力割缝技术进行试验。通过连续观测瓦斯抽采浓度、抽采流量和抽采纯量等参数变化情况,对间隔割缝和全部割缝两种方式的实施效果进行对比分析。结果表明,间隔割缝效果优于全部割缝效果,可为矿井制定合理的水力割缝参数提供数据基础。

ZDY8000LPS煤矿用履带式坑道钻机水力割缝技术及应用

在煤矿生产活动中,钻机水力割缝技术应用价值较高。本文以某煤矿开采活动为例,对钻机水力割缝技术的应用要点进行梳理,包括科学布置钻孔、钻机设备参数、固定施工设备、钻头开孔作业、切割煤层等,并讨论了钻机水力割缝技术的应用效果,积累了钻机水力割缝技术的应用经验,以期为煤矿开采体系的优化与完善提供有益参考。

高压水力割缝抽采技术在瓦斯治理中的应用及消突效果分析

针对煤矿深部开采存在瓦斯压力大、煤层透气性差的问题,提出采用高压水力割缝隙技术来防治煤与瓦斯突出。通过分析不同抽采负压、钻孔间距对消突范围的影响规律,得到最佳抽采负压为-30 kPa,钻孔布置间距小于或等于8 m,并在此基础上,从残余瓦斯压力和含量分析消突应用效果。研究发现,割裂孔布置间距为7 m时可满足防突要求,且割裂后抽采间距大幅延长,减少了抽采采空的施工量,同时降低了经济投入。

水力割缝扰动三软厚煤巷道锚固力增强研究与应用

针对赵家寨煤矿水力割缝扰动“三软”托顶煤回采巷道,分析了底抽巷水力割缝对煤层及底板的扰动影响特征,在差异化主动支护形式下,通过模拟方法研究了恶劣围岩条件下锚固力增强技术,提出了以锚杆孔楔形扩孔和锚索锚固增效装置改进锚固性能,提高了锚杆(索)锚固效果,实现了受扰动“三软”厚煤层沿底掘进回采巷道的主动支护。

低渗煤层超高压水力割缝有效抽采半径考察及研究

为了解决矿井低透气性煤层超高压水力割缝钻孔合理间距的难题,以14201工作面为工程背景,运用抽采流量法研究分析14201工作面采用超高压水力割缝施工区域不同钻孔布置间距与抽采时间的关系。该研究结果对类似地质条件下钻孔布置及抽采时间具有一定的指导意义。

车集煤矿超高压水力割缝技术应用钻孔卸压增透技术效果评估

本论文深入研究了车集煤矿中超高压水力割缝技术与钻孔卸压增透技术的应用。通过探讨超高压水力割缝技术和钻孔卸压增透技术的基本原理,以及在车集煤矿开采中的具体应用,全面评估了它们对提高采矿效率和降低成本的效果。本研究建立了评估指标体系,通过实际案例深入分析技术应用效果,并展望了未来技术改进和发展趋势。这一研究为煤矿工程领域提供了有力的科学支持,有望在实践中推动超高压水力割缝技术与钻孔卸压增透技术的更广泛应用。

含夹矸煤层水力割缝瓦斯抽采技术研究及应用

为研究水力割缝强化瓦斯抽采技术在含夹矸煤层中的应用,通过理论分析得出,与普通钻孔相比,水力割缝钻孔可通过增加煤层渗透率、煤体暴露面积、瓦斯流动通道3个方面强化瓦斯抽采,并建立了考虑孔隙率和渗透率变化的煤层瓦斯流动控制方程。以东庞矿21218工作面为工程背景,采用COMSOL数值模拟软件建立了含夹矸煤层水力割缝瓦斯抽采数值模型,通过对煤层瓦斯流动控制方程进行解算,研究了不同割缝高度、不同钻孔间距条件下,水力割缝瓦斯抽采钻孔的瓦斯压力分布规律,从而确定了上煤层割缝0.3 m、下煤层割缝0.1 m、钻孔间距7.5 m的水力割缝瓦斯抽采钻孔施工参数。基于上述参数,在东庞矿21218工作面现场施工28组、每组7个水力割缝钻孔,对含夹矸煤层瓦斯进行抽采作业,结果表明:与普通钻孔相比,水力割缝钻孔的每百米巷道施工工程量减少了28.51%,瓦斯抽采纯量由11.53万m^(3)提升至21.43万m^(3),增幅为85.86%,巷道掘进期间掘进工作面平均瓦斯体积分数由0.06%降至0.01%,瓦斯抽采效果好,且有效提高了瓦斯抽采效率。

叠加效应下多孔水力割缝联合抽采参数优化研究

针对低透高瓦斯煤层在水力割缝过程中存在割缝扰动范围不清、割缝钻孔最佳布孔间距不明确的问题,以贵州豫能高山煤矿1908工作面为研究背景,在建立水力割缝煤体瓦斯抽采流固耦合模型的基础上,借助COMSOL数值模拟软件对高山煤矿1908工作面水力割缝钻孔有效抽采半径、孔周瓦斯压力变化情况进行了研究,并依据模拟结果深入分析了水力割缝钻孔在多孔布置时,受孔间抽采叠加效应影响下有效抽采范围及孔间瓦斯压力变化情况,最终得出其最佳布孔间距及抽采时间。结果表明:(1)水力割缝钻孔单孔抽采效果随割缝深度显著提升,但钻孔有效抽采半径增速变缓,为得到最佳割缝深度,对各钻孔有效抽采半径进行三项式拟合,随着水力割缝深度的增加,有效抽采半径范围在快速增加后放缓且最终趋于平稳,并得出了高山煤矿最佳割缝深度为1.5 m,有效抽采半径达为3.1 m。(2)在相同抽采时间下,煤体内瓦斯压力随两孔距的缩短而降低,说明孔间距越小,孔间受水力割缝所造成的扰动越剧烈,抽采叠加效应影响越显著。(3)在保证消突达标的前提下,选择孔距为7 m进行水力割缝钻孔布置效果最佳。(4)原本在“正方形”布孔方式中,孔心位置可能出现抽采盲区的点最大瓦斯压力仅为0.67 MPa,小于临界值,“正方形”布孔较“正三角”布孔的有效覆盖面积更大且减少了抽采重复区域,从而减少了钻孔施工量,提高了瓦斯治理效率。(5)通过现场试验得出在60 d抽采周期内,水力割缝钻孔布置采用孔距为7 m的“正方形”布孔可有效提高瓦斯抽采浓度及抽采纯量,并达到了延长高效抽采周期的效果,且可消除孔间煤体瓦斯抽采空白带,实现孔间区域煤体消突达标。

高瓦斯难抽煤层顺层钻孔水力割缝强化瓦斯抽采技术实践

霍尔辛赫煤业有限公司矿井主采的3号煤层,瓦斯高、透气性差、抽采效率低,给安全生产带来较大影响。为解决该问题,在3805工作面试验了顺层钻孔水力割缝技术,通过对比不同割缝压力的瓦斯抽采效果,确定了经济合理的割缝压力值,并通过现场测试得到有效抽采半径。实施水力割缝技术后,瓦斯抽采纯量提高了4~6倍,达到了预期目标。

水力割缝增透技术在近距离煤层群石门揭煤中的应用

水力割缝技术利用高压水射流对煤体进行切割冲刷,改变钻孔周边煤体应力分布扩大裂隙,实现对煤体的卸压增透。针对白龙山煤矿瓦斯治理难度较大的问题,以白龙山煤矿一井一号回风斜井为例,采用水力割缝增透技术,通过适当配置割缝增透设备,合理布设水力割缝钻孔,取得良好的应用效果,单孔出煤量和单元抽采浓度等指标提升明显,在巷道揭煤过程中实现了“零超限、零漏顶、零突出”的目标。