液态CO_2致裂技术在冲击地压防治中的应用

为解决冲击地压常规解危措施中的难题,研发了冲击地压防治新技术,即液态CO_2致裂。系统介绍了液态CO_2致裂技术的工作原理,在实验室中通过自主研发设备进行压力转化率测试,测试了不同孔壁和泄能头间距与爆破压力的关系,根据实验室研究成果在现场进行了工业性试验。研究实践表明,液态CO_2致裂无明火、可反复使用,是一种新型安全高效的防冲手段。孔壁和泄能头间距越小,孔壁所受压力越大;间距为10~21 mm时,压力转化率为70%~82%;封孔较不封孔压力增大了52.3%。选用直径为50、65 mm两种规格的钻孔进行现场煤体致裂,通过钻孔窥视和光纤监测发现致裂效果良好,研究成果可在高瓦斯冲击地压矿井进行应用。

亭南煤矿液态CO_2致裂巷道卸压技术的应用研究

为了消除冲击地压给亭南煤矿带来的安全隐患,采用液态CO_2致裂技术对危险区域的煤体进行预裂爆破。通过数值模拟研究控制孔对钻孔爆破的影响及亭南煤矿爆破孔的合理间距,并采用钻屑法对爆破后的效果进行分析。研究结果表明:控制孔的存在对煤预裂爆破效果是有利的,施工控制孔之后进行煤层液态CO_2爆破的裂隙区影响范围明显大于无控制孔时的爆破的裂隙区影响范围;爆破孔的合理间距为7 m;爆破后钻屑量的测定结果均小于钻屑量的临界值,爆破后消除了煤体冲击地压的安全隐患,可以正常开采。

基于COMSOL数值模拟的液态CO_2相变致裂布孔参数优化

为了能将液态CO_2相变致裂技术高效地应用到低透气煤层强化增透领域,基于COMSL软件对液态CO_2相变致裂技术布孔参数进行数值模拟优化,并在平煤十三矿进行了穿层强化预抽煤层瓦斯试验,对优化结果进行了验证。不同布孔方式、孔排间距参数下模拟试验和现场试验研究结果表明:同孔距下"隔二爆一"布孔方式其致裂后抽采效果优于"隔一爆一"布孔方式,最终确定平煤十三矿最佳布孔方式为孔距为6 m的"隔二爆一"式。

高瓦斯煤层液态CO_2致裂消突巷道快速掘进技术

针对高瓦斯煤层煤巷掘进工作面钻屑敏感指标值较大、掘进困难等问题,利用高压液态CO_2致裂器掘进头短钻孔预裂消突技术,通过理论分析和现场试验手段研究发现:采用高压CO2致裂器在掘进头进行短钻孔预裂爆破,可以促进煤层裂隙发育,提高煤层透气性,降低瓦斯解吸指标,提高钻孔瓦斯抽采量,达到掘进头消突的目的。现场试验数据显示:致裂后钻屑瓦斯解吸指标△h2最大值为150 Pa,钻屑量S值也相对减小,达到消突目的。致裂后4 h内钻孔瓦斯抽采量超过未进行致裂时抽采量的2倍,短时间内煤层瓦斯含量降低,有效保证了煤巷掘进头安全快速掘进。

影响本煤层瓦斯抽采效果的因素及对策

为了提高本煤层瓦斯抽采率,降低煤炭开采时本煤层瓦斯涌出量,探讨了本煤层瓦斯抽采与瓦斯抽放管路漏气、瓦斯抽放管路积水、煤层透气性、瓦斯抽放泵抽放能力等因素的关系,提出了采用聚氨酯+水泥浆封孔,或封孔位置用弹簧软管代替PVC管路进行封孔,人工放水与自动放水相结合,强化受采动影响范围内本煤层钻孔抽放,利用液态CO2致裂技术增加煤层透气性,增大抽放泵能力等方法,结果表明:这些综合技术措施可提高本煤层瓦斯抽采率。