适用于煤层瓦斯增透的高压脉冲放电关键技术研究

研究分析了高压脉冲放电煤层增透技术的关键要素,并结合其在矿井瓦斯抽取中存在的电气防爆问题进行综合论述,为工程实践提供技术支持与指导。

随钻水力冲孔技术在松软低透气煤层瓦斯增透中的应用

松软低透气性煤层,由于煤层松软、透气性低,瓦斯抽放浓度低、持续时间短、抽放量小,使煤层瓦斯区域预抽效果不理想。作为改善瓦斯抽采效果的有效方法之一,水力冲孔法以其原理简单、易于实现的优点广泛应用于各大煤矿,但是需要预先施工先导孔,辅助作业时间长。为解决这一问题,研究了随钻水力冲孔技术,该技术采用钻进-冲孔一体式钻具,将钻孔施工与冲孔施工一次完成,不需重复起下钻,提高了工作效率。采用随钻冲孔技术在赵庄煤矿进行了现场试验,试验证明,随钻水力冲孔技术能够满足矿方施工要求,且通过计算对冲孔直径进行了评价,瓦斯抽采钻孔通过水力冲孔可将原常规施工钻孔直径扩大12.2倍。

五阳矿8006工作面分层分段水力压裂瓦斯增透试验研究

为有效提升五阳矿8006工作面瓦斯的抽采量及效率,根据该工作面瓦斯及地质赋存的具体条件,展开顶板分层分段水力压裂增透技术试验,通过具体分析分层分段水力压裂增透技术的原理及工艺流程,结合工作面的具体条件进行压裂增透方案各项参数的设计,并对压裂段钻孔段瓦斯抽采量及效率进行监测。结果表明,水力压裂区域的瓦斯抽采浓度为65%~87%,平均单孔瓦斯抽采纯量为0.10~0.14 m3/min,较未进行压裂的预抽钻孔抽采量提升2倍以上,浓度提升30%以上,能够有效的提高瓦斯的抽采量及抽采效率。

水工隧洞过煤层超高压水力切割瓦斯增透技术研究

针对水利设施、高速公路、高速铁路过煤层的隧道开挖工程,低透气性煤层所带来的不仅仅是抽采效率低、钻孔施工量大等问题,更严重制约了工程实施进度。以贵州省夹岩水利枢纽工程水打桥隧洞为研究对象,针对水工隧洞过煤层抽采周期长、瓦斯抽采浓度低、衰减快、瓦斯抽采困难等问题,提出了超高压水力切割煤层瓦斯增透技术。研究了超高压水力切割煤层的破岩机理,开发了超高压煤层水力切割设备,分析了水力压力与切割的半径、瓦斯抽采量、瓦斯自排量及残存瓦斯含量的关系。实践表明:实施超高压水力切割瓦斯增透后,该区域内的瓦斯透气性系数提高了17.82倍,平均瓦斯抽采浓度和纯量分别提高了3.50倍和4.70倍,超高压水力切割瓦斯增透效果显著。相关经验可供类似工程借鉴。

水射流瓦斯增透技术试验及应用

为了探究水射流瓦斯增透技术中关键参数的影响规律,增强瓦斯抽取效率,以神华宁夏煤业集团汝箕沟煤矿的煤样为研究对象,通过冲击动能力学公式表征了水射流的破岩机理,建立了水射流破煤力学模型,得到水射流瓦斯增透技术关键参数,并进行了喷嘴优化设计及水射流破煤试验。结果表明,在水流量一定时,喷嘴直径越大,水柱雾化现象越严重,对煤体的表面压力越低,水体破岩效果越差,这与理论研究结果一致。通过优化喷嘴结构,结合现场实际工况,确定喷嘴直径取3 mm时达到最优效果;水射流瓦斯增透技术可以对低渗透煤体进行有效切割,增加煤体贯通裂隙,增加瓦斯渗出途径,从而增大瓦斯抽取效率。现场工业性试验效果良好,可为赋存条件相近矿井提供参考。

高瓦斯低渗透性煤层增透技术研究

王庄煤矿属于高瓦斯低渗透性煤层,煤层瓦斯含量较高,但由于渗透性差,采用顺层钻孔或水力造穴增透技术,抽采效果不甚理想。针对煤矿特点,提出了采用水力割缝与造穴相结合的技术。基于煤矿原有水力造穴设备,在不增加设备成本和人工工时成本的基础上,引入具有聚能作用的水力割缝水刀,同时改进增透工艺,提出了适用于该煤矿的瓦斯抽采增透技术。

大兴煤矿低透煤层水力压裂瓦斯抽采技术应用

为解决大兴煤矿煤层透气性差、瓦斯抽采效率不高难题,以大兴煤矿9号煤层为例,开展低透气性煤层水力压裂瓦斯抽采技术应用,分析煤层瓦斯赋存特点和水力压裂原理,进行了水力压裂工艺探索,完成了水力压裂包含的钻孔工艺、封孔工艺和压裂参数的设计,进行了现场应用并实现了瞬变电磁和出水点分析等技术实时监测,实施了压裂效果考察。结果显示,实施压裂的区域,压裂影响半径显著超过30m,抽采瓦斯浓度、流量均大幅提高。

液态二氧化碳致裂增透技术在下沟煤矿的应用

为解决下沟煤矿ZF302工作面绝对瓦斯涌出量大、瓦斯预抽时间短等问题,论证二氧化碳致裂技术在该矿的适用性,采用现场试验和理论分析的方法讨论了二氧化碳致裂对该工作面瓦斯预抽增透效果。经试验分析得出了二氧化碳致裂技术在ZF302工作面瓦斯预抽增透影响极限半径为12 m。结合分组试验结果确定了ZF302工作面二氧化碳致裂增透钻孔的最佳间距为8m,在致裂增透试验区域,瓦斯预抽钻孔在一个月内平均抽采量增加了约150%。研究表明:液态二氧化碳致裂增透技术在该矿的应用取得了一定的成效,分析结果可为该矿工作面瓦斯预抽增透提供科学依据。

大兴矿低透煤层水力压裂瓦斯抽采技术应用

针对大兴矿9煤层,煤层透气性低、瓦斯抽采效率低的问题,提出了低透气性煤层水力压裂强化瓦斯抽采技术,分析煤层瓦斯赋存特点和水力压裂原理,进行水力压裂工艺的钻孔工艺、封孔工艺和压裂参数的设计,应用瞬变电磁和出水点分析等技术实时监测,并进行了压裂效果分析。结果显示:实施水力压裂的区域的压裂影响半径显著超过30m,抽采瓦斯浓度、流量均大幅提高。

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。

薛湖煤矿穿层钻孔水力扩孔瓦斯抽采增透技术

为研究薛湖煤矿穿层钻孔水力扩孔对瓦斯抽采效果的影响,采用FLAC^(3D)软件模拟穿层抽采钻孔扩孔0.6 t/m煤量前后钻孔瓦斯增透圈大小变化情况,现场实测2306工作面底抽巷穿层抽采钻孔冲孔0.6 t/m煤量与未冲孔钻孔在相同抽采时间内的瓦斯抽采量和有效抽采半径,并进行对比分析。结果表明,薛湖煤矿穿层抽采钻孔扩孔0.6 t/m煤量后,钻孔的瓦斯增透圈增大了62.5%,初始抽采纯量增加了100%,抽采75 d的抽采总量增加了70%,钻孔的有效抽采半径达到1.1 m所需时间缩短了77.2%,薛湖煤矿穿层钻孔水力扩孔可有效提高煤层抽采效率。

煤层气压裂新技术研究

中国煤层气单井产量普遍较低,已经成为煤层气产业发展的瓶颈。只有增大煤层改造体积和范围,加快煤层气解吸速度,才能提高单井产量。对此,对水力压裂过程中所产生的诱导应力进行了分析,并结合煤层渗透率对应力较为敏感的情况,认为诱导应力会导致煤层渗透率的显著降低,应避免这种情况的发生。针对常规压裂所存在的问题,并借鉴煤矿井下瓦斯增透所取得的效果和成功经验,提出了低压力、低排量、低砂比和大液量的压裂新技术方法,可沟通煤层内的天然裂缝,形成缝网,增大改造体积和范围。这一新的煤层气压裂技术方法,还需进行深入研究并结合现场试验不断完善。前景可观。