相变蓄热作用下煤体增透影响因素研究

为了研究相变蓄热作用下煤体增透的影响因素,开展了相变蓄热煤体增透试验和煤体瓦斯渗流试验,分别分析了相变蓄热作用下相变初始温度、相变次数、煤体含液率、煤体破碎程度等因素对煤体渗透率变化的影响。研究结果表明:煤体渗透率增幅随相变初始温度的增加呈线性增长;煤体含液率和相变次数是相变蓄热作用下影响煤体增透效果的重要因素,随着煤体含液率或相变蓄热次数的增加,煤体渗透率增幅整体上呈指数型增长,分别最大可增至556.04%和406.92%,但是当相变蓄热次数增高到一定程度时,煤体渗透率增加的幅度快速减小;且煤体增透效果和煤体破碎程度关系密切,当煤体碎程度较高时,煤体渗透率增幅也较明显。

煤体增透与抽采瓦斯的关系研究

基于了解煤体增透与抽采瓦斯的关系的目的,采用了液态二氧化碳致裂增透技术对煤体进行增透。对比分析了煤体增透前后抽采瓦斯的浓度和流量,得出了经过液态二氧化碳致裂增透以后的煤层平均抽采瓦斯浓度提高近3.5倍,平均抽采瓦斯流量提高3～5倍。研究结果表明:煤体增透能促使煤层裂隙发育,增加煤层透气性,提高瓦斯抽采率。

温度冲击对含水煤体渗透率的影响作用

为了研究温度冲击作用对含水煤体渗透率的影响,通过温度冲击含水煤体增透试验和煤体渗透率测试试验,分析了温度冲击作用下不同含水饱和度煤体的渗透率变化规律。研究结果表明,温度冲击作用下含水煤体的渗透率增幅可达252.7%~863.9%,显著高于相应单一条件作用下温度冲击或含水煤体冷冲击的增透效应;在同一预设煤体初始温度条件下,随着含水饱和度的增高,煤体渗透率增幅呈指数型式快速增长;而在同一煤体含水饱和度条件下,煤体渗透率增幅随煤体预设初始温度的增加呈线性变化,且煤体含水饱和度的值较高时,煤体渗透率增幅随煤体预设初始温度增加而增高的趋势显著降低。

我国低透气性本煤层增透技术现状及气爆增透防突新技术

提高煤层的透气性是高瓦斯低透气性矿井瓦斯灾害防治的根本措施。采用文献综述的方法,对我国高瓦斯低透气性本煤层采用的大孔径钻孔、密集交叉钻孔、水力冲孔、水力割缝、水力压裂、深孔爆破等主要技术的增透效果进行评述,指出了各增透方法的优劣及适用性。在充分借鉴深孔爆破和水力压裂增透技术的优点之上,提出了采用高压气体爆破致裂进行高瓦斯低透气性本煤层增透防突的新技术,即气爆增透技术;基于理论分析,揭示了气爆增透新技术的冲击震裂和尖劈压裂增透机理,指出了支撑气爆增透技术工程实践应开展的基础研究工作。

蓄热相变对煤体渗透率的影响作用研究

为研究热环境下液固膨胀相变对煤体增透的作用,在蓄热相变对煤体增透实验的基础上,获取了蓄热相变作用下煤体渗透率和T2弛豫时间谱变化特征,分析了蓄热相变作用对煤体渗透率和孔裂隙结构的影响。研究结果表明:蓄热相变作用下煤体渗透率增幅最大达到150.8%,蓄热相变作用所提供的热环境可以促进相变膨胀对煤体增透的效应;煤体T2弛豫时间在10~50 ms之间和100 ms左右的谱峰值上升较高,增幅分别为15.36%及18.03%,且介于2个谱峰之间的T2值增幅最大达到47.11%,蓄热相变主要通过增加中大孔和裂隙的数量以及两者之间孔裂隙结构的连通性进而增加煤体的渗透率。

深孔预裂爆破增透技术在“三软”煤层中的应用与实践

为了解决"三软"难抽煤层消突和瓦斯治理问题,文章以代表性的埋藏深、赋存不稳定,瓦斯含量大,煤坚固性系数低等具有构造煤特点的采煤工作面作为试验区,引进深孔预裂爆破增透技术进行试验,阐述了增透技术的工作原理、试验方法,对效果进行分析、论证,并介绍了相关联高压注水技术与增透技术的混合应用,达到瓦斯综合治理的效果。

水力压裂增透技术在单一低透气性煤层中的应用

豫东地区陈四楼煤矿煤层为单一低透气性突出煤层,瓦斯预抽存在难度大、效率低的问题,严重制约了煤矿安全生产。为增加煤体透气性,提高瓦斯抽采效果,井下水力压裂是一种行之有效的措施。依据瓦斯赋存情况,在煤体瓦斯含量低于5 m 3/t区域进行水力压裂增透试验,既能大幅降低钻孔工程量,加快区域治理进度,又能有效保证压裂过程中施工安全,防范压裂期间瓦斯异常涌出,引起瓦斯事故,对低瓦斯区域实现科学治理、精准施策具有重要意义,同时也能为高瓦斯区域进行压裂尝试提供借鉴。

破煤增透技术中高速水射流流速研究

为了研究高速水射流对煤体破坏能力及透气性的影响,通过理论计算和数值模拟对高速水射流在平面和钻孔中的流速进行研究。研究表明,高速水射流喷射在不同形态煤体表面速度分布是不一样的,喷射到平面煤体,水流呈"T"型分布;喷射到钻孔内部,水流呈拱形分布。水射流的速度越大,到出口相同位置处所对应的速度也越大。

瓦斯抽采钻孔受液氮冷冲击作用的影响范围研究

为研究瓦斯抽采钻孔受液氮冷冲击作用的影响范围,采用理论分析的方法,基于传热学理论,建立了液氮冷冲击作用下钻孔周围煤体温度分布的数学物理方程,并充分考虑煤体内水含量与相变潜热的影响,获得了瓦斯抽采钻孔受液氮冷冲击作用的影响范围的解析解。分析了煤层的原始温度、导热系数和含水量等因素对瓦斯抽采钻孔受液氮冷冲击作用的影响,结果表明:液氮冷冲击作用的影响范围受煤层的原始温度的控制最为明显,其次是煤层的导热系数、煤体的含水量。