高突煤层CO_(2)致裂增透技术应用研究

针对9206工作面瓦斯抽采效果差的问题,分析了煤层特性,介绍了CO_(2)致裂增透技术原理和工艺,采用CO_(2)致裂增透技术提高煤层透气性后进行抽采,并对致裂效果进行了考察研究。研究结果表明:CO_(2)致裂增透技术实施后,9#煤层瓦斯抽采浓度提高了2倍,抽采流量提高了9倍,60d瓦斯抽查浓度衰减率为16%,抽采效果显著提高。

回采面CO_(2)致裂增透与煤体注碱同步治理硫化氢技术研究

针对低透气性煤层的硫化氢治理问题,采用液态CO_(2)相变致裂煤层强化增透技术,通过分析致裂增透效果,确定增透范围内的应力变化和渗透率变化情况,增加煤层裂隙及透气性,同时在注液孔中注入碱液,使碱液进入到煤层裂隙,从而与更多的硫化氢反应,达到降低硫化氢体积分数的目的,硫化氢体积分数降低比例为65.67%,为工作面的安全生产提供保障。

低渗煤层液态CO_2相变定向射孔致裂增透技术及应用

如何实现深部煤层瓦斯的高效抽采是保障我国煤炭企业安全生产的重要问题,而低透气性煤层瓦斯储层增产改造则是其中的核心技术和热点问题。为解决低透气性煤层瓦斯高效抽采技术难题,研究提出了地应力条件下优势射孔致裂方向的确定方法及低渗煤层液态CO_2相变定向射孔致裂增透技术,现场试验及应用研究形成了液态CO_2相变定向射孔致裂增透网格式瓦斯抽采方法。研究表明:孔壁破裂压力受钻孔方位角、倾角影响具有明显的方向性,并确定了试验区液态CO_2相变定向射孔优势致裂方向;该技术可有效增加煤样孔隙度、孔径、比表面积、可见孔比例等,改善煤岩体内孔隙结构及渗流能力,提高瓦斯抽采纯流量9~12倍,降低煤层瓦斯抽采流量衰减系数92%;现场试验及PFC2D数值模拟研究确定了该技术的影响半径为9~13 m;应用表明液态CO_2相变定向射孔致裂增透网格式瓦斯抽采方法,可有效预防低透气高突煤层巷道掘进期间的瓦斯超限问题,提高巷道掘进速度4~5倍。

考虑煤体层理方向效应的液态CO2致裂增透规律

为研究循环注入液态CO2过程中煤体层理方位对致裂效果的影响,利用非金属超声波检测分析仪与低场核磁共振仪研究了不同循环注入液态CO2煤样的损伤程度及孔隙发育程度。结果表明:煤层层理对煤体的冻融损伤破坏模式及内部孔隙发育均有一定程度的影响;层理方位首先影响煤体裂纹的起裂位置,进而影响其破坏模式及孔隙扩展、延伸、连通;随着循环注入液态CO2次数的增加,煤体表面因冻胀融缩作用引起的裂纹逐渐增多、变宽,煤体内部原有孔隙增大并产生新孔隙,不同层理方位效果不同。

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。

基于液态CO2相变致裂增透技术的煤层瓦斯治理

为增加低渗透高瓦斯煤层透气性,提高瓦斯抽采效率和利用率,减少瓦斯抽采周期,以FLAC3D有限差分软件作为数值模拟求解工具,建立了液态CO2相变气爆致裂增透的二维平面应变数值分析。通过对不同瓦斯压力对煤体致裂增透效应的模拟结果进行对比分析,得出一套适用于马堡煤矿瓦斯抽采的爆破方案,并在马堡煤矿152胶带下山进行了CO2预裂爆破工业性实验。实验表明:经液态CO2相变气爆后单孔瓦斯抽采浓度能达到普通钻孔抽采浓度的2~3倍。该技术的使用可以使煤体裂隙发育程度得到有效提高,改善瓦斯抽采效果,应用前景良好。

CO_2致裂增透机理及影响因素模拟分析

分析了CO_2致裂增透机理,总结出CO_2致裂增透技术的优点,通过建立地应力与煤层裂隙扩展相互作用力学模型,推导出煤层裂隙与应力之间的关系公式。在此基础上,采用FLAC3D数值模拟软件模拟了地应力及煤体普氏系数对致裂半径的影响规律。数值模拟结果表明,垂直应力越大,裂隙扩展范围越小;煤体普氏系数越大,裂隙扩展范围越大。

CO_2致裂增透技术的抽采半径考察研究

为了提高在某矿15号煤层穿层钻孔瓦斯抽采效率和缩短瓦斯抽采达标时间,利用CO_2致裂增透技术对瓦斯抽采钻孔致裂作用进行抽采半径考察,通过对煤层致裂增透前后的瓦斯抽采效果进行对比分析可知三组不同瓦斯抽采半径的最优抽采钻孔间距,最终确定瓦斯抽采半径。现场试验表明,CO_2致裂增透技术条件下,三组瓦斯抽采半径致裂孔的布置方式,1.5m瓦斯抽采半径能有效缩短抽采达标时间,提高瓦斯抽采率。

CO2致裂增透技术在赤峪煤矿瓦斯治理中的应用

近年来我国现有的矿井多数进入了深部开采阶段,煤层埋深的增加使矿井地应力增大、煤层及围岩的透气性变差、瓦斯压力和瓦斯含量增大。目前,国内普遍采用的区域防突措施主要有开采保护层和预抽区域煤层瓦斯,开采保护层、预抽煤层瓦斯等可以有效释放煤层中的地应力和瓦斯潜能,改变煤体本身的性质,达到消除煤层区域突出危险性的目的。

CO2致裂增透技术在煤巷瓦斯治理中的应用

本文在39113运巷掘进工作面进行CO2致裂增透,CO2致裂增透后对钻孔抽采浓度、抽采纯量、透气性系数、自然流量衰减系数进行跟踪考察,并与未致裂区域进行对比分析。

低透难抽煤层等离子体致裂增透机制及研究进展

瓦斯抽采是实现灾害防治与瓦斯资源化利用的根本措施,但我国大多数煤层渗透率低、瓦斯吸附性强、抽采难.以物理放电为基础的等离子体技术,以其快速可控、洁净增渗等特性,在煤层增透领域受到高度关注,对提高瓦斯抽采效率与防治瓦斯灾害具有重要应用价值,但其增透机制尚不明确.本文在多年研究工作的基础上,从电破碎的角度出发,回顾了等离子体致裂低渗煤体的发展历程,并从等离子体对煤体微观官能团结构、孔隙结构以及宏观裂隙结构等多个角度出发,深入分析了等离子体击穿煤体的基础理论,并总结了等离子体对煤体内瓦斯的解吸及渗流的影响规律及其主要影响因素,结合笔者所在研究团队多年来的研究工作及国内外最新研究进展,指出了当前等离子体技术在低渗煤层应用中亟待解决的瓶颈问题和方向,并提出了等离子体技术结合其他增透技术联合使用的新思路,在面向深地瓦斯资源开发与灾害防治方面具有重要科学意义.

液态CO_(2)相变致裂在低渗低透强突出煤层的应用研究

针对低透气性煤层瓦斯含量高、预抽效果不理想的问题,采用液态CO_(2)相变致裂技术,在穿层钻孔中利用瞬间产生的高压CO_(2)气体冲击煤体,产生大量裂隙并促使裂隙发育、扩展,以达到提高煤层透气性的目的。在绿塘煤矿南二采区S204工作面进行的试验表明:液态CO_(2)相变致裂技术可有效提高瓦斯抽采效果,试验后平均抽采流量为0.057 m^(3)/min,是试验前的4.3倍,是相同抽采时间内水力冲孔措施平均抽采流量的2.3倍;抽采浓度也有所提升;在试验考察期内流量衰减系数降低到0.046 d^(-1),增透效果显著。

等离子体致裂煤岩增透技术及研究进展

高效增透是解决非常规天然气(煤层气、页岩气、致密气等)开采及降低瓦斯灾害事故发生概率的关键,以物理放电为基础的等离子体具有能量密度大、破坏性强、温度高、重复性可靠、致裂范围可控等特征,受到业界高度关注。从电破碎和液电效应2种等离子体作用方式出发,系统地回顾了等离子体致裂增透煤岩技术的研究进展;从致裂原理、对煤岩体微观孔隙和宏观裂隙结构的作用效果等多个角度,对比分析了电破碎和液电效应的不同;研究了等离子体对原位条件下煤体渗透率的影响规律;总结出电破碎和液电效应2种作用方式在致裂煤岩领域的应用现状,指明了当前等离子体在非常规天然气开采领域中的瓶颈问题,并提出等离子体与其他增透措施进行联合使用的新思路。

高压氮气致裂增透实验系统的研发及应用

以气体射流冲击和高压氮气的准静态膨胀作用理论为基础,自主研制了高压氮气爆破致裂煤岩体实验系统,开展了不同氮气压力(5、7.5、10 MPa)和不同高压容器体积(1、2、3 L)条件下的高压氮气爆破致裂实验,以获得煤岩体在高压氮气爆破致裂过程中的动态变化规律。结果表明:随着氮气压力的提高,试块从最初的纵向主裂纹扩展为纵横2条主裂纹,次生裂纹更加发育,试块的裂纹增多、破碎度和裂纹扩展断裂区增大;同等压力下,随着高压容器体积的增大,试块主裂纹长度明显增加,次生裂纹扩展受到抑制。由高压氮气爆破致裂的p-t曲线分析,可将高压氮气爆破致裂过程根据其特点的不同分为3个阶段:气体射流冲击阶段、起裂阶段和断裂阶段。

低透气性高瓦斯煤层CO2相变致裂强化增透技术

如何提高煤层透气性是低透气性高瓦斯矿井煤与瓦斯安全高效共采的关键.本文基于液态CO2相变致裂工作原理,分析了爆破煤岩致裂与增透机理.结合陕西蒋家河煤矿ZF201工作面低透气性高瓦斯煤层地质生产条件,进行了爆破钻孔设计,确定了合理爆破有效影响半径等工艺参数.现场试验结果表明,采用液态CO2爆破致裂增透技术后,提高瓦斯抽采纯量1.71倍,共抽采瓦斯105.4万m^3,瓦斯抽采率提高到38.9%,促进了低透气性高瓦斯煤层工作面煤与瓦斯安全高效共采.

深部采区低渗透性煤层CO_2致裂增透试验研究

为了提高深部采区低透气性煤层瓦斯抽采效果,通过对CO_2致裂增透的基本理论、致裂增透机理和工艺的研究,分析了CO_2致裂增透过程中致裂瞬间煤层裂隙产生原理及裂隙发展,提出了深部采区低透气性煤层CO_2致裂增透技术。以11403工作面回风巷为研究对象,进行了现场工业性试验。试验结果表明:CO_2致裂增透技术在深部采区低渗透性煤层增透作用明显,通过近3个月的抽采试验,该区域通过致裂后煤层透气性提高约8倍;瓦斯抽采浓度和百米瓦斯抽采量分别提高约4. 6倍和5倍;通过测试K1值数据可知K1值比致裂增透前有大幅度降低,抽采效果明显,为矿井深部采区安全高效开采提供了有力的保障。

深孔超高速相变致裂煤层增透技术研究应用

针对新田煤矿1402工作面M4煤层"两高一低"即高含量、高压力、低透气性,瓦斯抽采效率低的特点,通过试验深孔超高速相变致裂煤层增透技术,显著提高了煤层的透气性,减少了钻孔工程量,解决了"两高一低"煤层抽采效率低及卸压效果差的难题,保证了瓦斯抽采效果,有效降低了煤层的突出危险性。

液态CO_(2)煤层增透技术及应用研究

为增加煤层透气性,强化瓦斯抽采效果,提高瓦斯的利用率,提出低渗透煤层液态CO_(2)气爆致裂增透技术。基于煤矿瓦斯相关基础数据和液态CO_(2)爆破致裂增透机理,阐述液态CO_(2)爆破的原理、过程和能量的转化,分析液态CO_(2)气爆能量释放的TNT当量转化;根据监测爆破过程中致裂器内CO_(2)压力变化过程曲线的变化情况,分析爆破过程中在致裂器内液态CO_(2)压力在4个不同阶段的变化。采用ANSYS/LS-DYNA模拟软件建立不同爆破参数下的爆破模型,模拟出单孔和双孔液态CO_(2)爆破演化过程,从Mises应力云图、煤岩损伤云图对比分析液态CO_(2)爆破效果。利用LS-DYNA有限元分析模拟软件对致裂器不同布置方式下煤岩损伤扩展规律进行模拟。根据数值模拟结果进行CO_(2)相变爆破工业试验,综合评价液态CO_(2)气爆致裂增透效果。结果表明:利用相对压力指标法测得单孔爆破半径约2.5 m,与数值模拟结果接近。经CO_(2)相变爆破后,煤层透气性系数比增透前提高了50多倍;瓦斯抽采体积分数比增透前提高了73.7%;抽采流量是普通抽采孔的5.1倍。数值模拟和现场井下工业试验结果均证明,采用液态CO_(2)爆破能够提高煤体吸附瓦斯的解吸率,增加低渗透高瓦斯煤层的透气性,促进煤岩体内原生缝隙的发育,使煤层瓦斯抽采效果明显提高。研究成果可为液态CO_(2)气爆工艺的实际施工提供理论依据,为我国低透气性煤层瓦斯抽采难题提供解决办法。

运用CO_2爆破技术增加煤层透气性的研究

为了提高注水渗透效率,解决蒋庄煤矿坚硬煤层注水难的问题,引进CO2爆破致裂技术,利用瞬间释放高压气体,迫使煤层内部封闭裂隙相互沟通,在煤层内部形成可使水渗透到煤体内部相互关联的孔隙—裂隙网,从而起到提高煤层注水效率软化煤层的效果。试验结果表明：采用CO2爆破致裂技术后,钻孔周边有效松动致裂范围明显增大,爆破致裂半径增加3~5 m,注水后煤层含水率提高了2%,有效解决了无法注水煤层注水难的问题,从而提高了采煤效率、降低了开采过程中的粉尘率和煤机截齿的消耗量。

深孔预裂爆破技术在低透气性煤层巷道瓦斯治理中的应用

文章针对巷道掘进过程中瓦斯抽采效果差的问题,采用数值模拟研究抽采半径,制定抽采技术措施并进行后期效果考察,得到以下结论:1.该区域抽采半径为0.6m,抽采范围较小,导致抽采效果差;2.采用深孔预裂爆破增透技术提高煤层透气性,3个钻孔一组同时爆破;3.致裂增透实施完成后进行效果考察,最大抽采浓度94%,最大抽采流量2.6m^(3)/min,抽采效果较好。致裂增透技术解决了松软低透气性煤层瓦斯抽采难度大的问题,对于其他类似矿井瓦斯抽采工程具有一定指导意义和现实意义。