冲煤率对煤层卸压增透及瓦斯抽采的影响规律研究

合理确定水力冲孔冲煤率,是保障水力冲孔措施取得良好卸压增透效果的关键,对指导不同煤层瓦斯赋存条件下,煤层瓦斯在规定预抽期内实现抽采达标具有重要意义。根据孟津煤矿的煤层瓦斯地质条件,运用数值模拟和现场试验的手段,研究了冲煤率对煤层卸压增透及瓦斯抽采效果的影响规律。结果表明:水力冲孔技术能够有效提高钻孔周围煤体的卸压范围,且随着冲煤率的增大,钻孔间煤体所处的应力状态,由邻近钻孔煤体处于卸压区、中部煤体处于增压区,逐渐过渡至两钻孔间所有煤体均处于卸压区。水力冲孔冲煤率越高,钻孔间煤体的卸压程度越大,引起煤体渗透率呈数量级的增大,邻近钻孔煤体的渗透率增大了上千倍,从而造成了抽采后煤层瓦斯含量的降低幅度越大,煤层瓦斯的预抽效果越好。应根据煤层的瓦斯赋存条件,选择合理水力冲孔冲煤率的煤层瓦斯预抽方案,对于厚煤区和瓦斯富集区,应加大水力冲孔冲煤率。采用预抽—水力冲孔—2次抽采的工序,可降低冲孔前钻孔周围煤体的瓦斯含量和瓦斯压力,使得水力冲孔期间钻孔发生喷孔的次数及强度显著降低,利于防治水力冲孔时发生喷孔及瓦斯的异常涌出。预抽时间越长,煤层的残余瓦斯含量越低,但随着抽采时长的增大,煤层残余瓦斯含量的降低速率有减缓趋势。基于上述研究成果,成功指导了孟津煤矿12050工作面不同煤层瓦斯赋存条件下,煤巷条带煤层瓦斯的安全高效预抽。

水射流卸压增透堵孔诱因及解堵新方法

在松软煤层中采用水射流割缝、水力冲孔强化瓦斯抽采时,经常出现堵孔、抱钻等现象。为解决此问题,提出破煤、清淤及排渣一体化方法及装置。通过水压控制流道方向,使高压水破煤卸压或清淤排渣。在分析堵孔、抱钻原因关键因素的基础上,基于连续介质模型,对钻孔内钻杆进行受力分析,研究抱钻力学机制,得出了发生抱钻时,钻机扭矩与堵孔长度、钻孔参数的力学关系式。在分析钻孔内水射流流场的基础上,研究了射流清淤排渣临界参数,得出清淤喷嘴临界安装位置;并研制出破煤、清淤及排渣一体化装置和工艺。现场试验应用结果表明该方法能有效消除水射流卸压增透过程中出现的堵孔、抱钻现象。

深部煤巷条带近距离底板巷卸压增透模型研究

为解决深部煤层透气性差、瓦斯抽采难度大、抽采达标时间长、抽采效率低等问题,采用实验室实验、理论分析、数值模拟、现场试验等多种研究方法,揭示了含瓦斯煤卸荷增透特性,分析了深部巷道围岩卸压、煤层增透规律,研究了煤巷条带卸压底板岩巷最优位置,给出了煤层显著增透区、一般增透区的计算方法和卸压底板岩巷与煤层合理距离的判别准则,构建了煤巷条带底板岩巷结合水力化技术卸压增透模型,工程应用表明底板岩巷上覆煤岩层卸压增透效果显著,为类似条件提供借鉴意义。

赵固二矿二_(1)煤层超高压水力割缝增透应用研究

为有效解决赵固二矿坚硬低渗突出煤层煤巷安全高效掘进和瓦斯超限问题,在赵固二矿西轨道底抽巷通尺1042~2030m范围施工超高压水力割缝穿层钻孔,设计了275组超高压水力割缝试验孔,10组对照钻孔,进行超高压水力割缝卸压增透现场试验考察。为解决赵固二矿二1煤层瓦斯治理的难题,探索符合矿井地质条件的煤层透气性改造技术,开展了穿层钻孔超高压水力割缝卸压增透技术的现场试验,考察了应用超高压水力割缝的增透效果,以期为同类型地质条件矿井瓦斯防治工作提供有益的借鉴。

超高压水力割缝精准控制技术应用及效果分析

为了解决由于水力割缝压力、喷嘴大小、割缝时间等参数的选取不当导致煤层割缝深度浅、割缝后煤体卸压增透效果不理想、割缝作业期间钻孔憋孔、堵孔等问题,提出了超高压水力割缝精准控制技术,分析了割缝缝槽宽度、深度控制,割缝落煤速度控制,以及割缝区域效果控制,集成开发了ZGF-100(A)型超高压水力割缝装置,并进行了精准控制割缝现场应用试验。结果表明:采用超高压水力割缝精准控制技术对煤层进行割缝后,缝槽等效半径约为1.02~1.58 m,割缝钻孔平均抽采瓦斯纯量较普通对比钻孔增大约2倍,割缝钻孔抽采半径较对比钻孔增大1倍左右。

电脉冲水力压裂煤体机理及裂缝效果评价

为了研究高压电脉冲水压致裂煤体的机理和作用,在高压电脉冲水压致裂理论的基础上进行了3 MPa静水压力、不同放电电压条件下煤样的压裂试验。通过压力传感器记录了煤样孔底脉冲水压力的变化情况,然后利用超声波探伤仪和CT扫描技术进行了试验前后煤样宏、微观裂纹的分布、发育情况的观测。结果显示:水中高压脉冲放电产生的峰值压力远大于3 MPa静水压力,最大峰值压力能达到27 MPa(9 k V电压);通过超声波检测发现在钻孔周围一定范围内有新生宏观裂纹产生,越靠近中心钻孔位置,首波声时差越大,新生裂纹数量越多、裂纹宽度越大;CT扫描结果也证明在钻孔周围存在着长短不一,宽度不等,形态各异的新生微观裂纹。试验结果表明,高压电脉冲水压压裂煤体技术可行,致裂效果良好。