高瓦斯特厚煤层超高压水力割缝增透技术瓦斯抽采效果研究

胡家河矿井属高瓦斯矿井,主采4号煤层透气性系数为3.32~3.78m^(2)/(MPa^(2).d),属可以抽采煤层。4号煤层中游离态瓦斯占比小,仅30%~40%,吸附态瓦斯量大,瓦斯抽采难度较大。通过对预抽钻孔引进超高压水力割缝增透技术,从而达到煤体增透、卸压的目的,实现瓦斯高效抽采,以为矿井瓦斯治理工作提供借鉴经验。

顺层长钻孔超高压水力割缝增透技术研究与应用

为解决低渗透性中硬煤层顺层钻孔抽采半径影响范围较小、抽采效果较差等问题,研究了工作面顺层长钻孔超高压水力割缝技术。通过应力波效应研究了水射流破煤机理,分析了超高压水力割缝卸压增透原理,研制出工作压力达100 MPa的超高压水力割缝成套装置,实现了超高压状态下不退出钻杆的钻割一体化工艺和远程操作功能,考察了超高压水力割缝参数,形成了顺层钻孔超高压水力割缝工艺技术。现场试验得出:割缝钻孔平均单刀出煤量为0.32 t,等效割缝半径达1.51～2.08 m;割缝后钻孔瓦斯抽采浓度同比提高了1.44倍,瓦斯抽采纯流量提高了3倍,有效抽采半径为对比普通钻孔的3.6倍,钻孔施工时间缩短约30%,抽采达标时间缩短40%左右。应用表明,采用超高压水力割缝增透技术后,煤层的透气性明显改善,达到了快速卸压增透的目的。

赵固二矿坚硬煤层超高压水力割缝增透技术应用

针对赵固二矿煤层坚硬、透气性低、钻孔瓦斯抽采效果差及钻孔工程量大等问题,提出采用超高压水力割缝技术提高瓦斯抽采效率。基于应力波原理,分析了高压水射流破煤机理,研制了适用于坚硬煤层条件且能够有效提高射流打击力的圆锥收敛型喷嘴和适用于坚硬煤层条件的定点冲击割缝方式。现场试验表明,针对坚硬煤层条件,割缝钻孔平均单刀出煤量约0.18t,等效割缝半径0.99~1.57m,割缝后瓦斯自然涌出量是普通钻孔的11.3倍,抽采纯量较普通钻孔提高3.8倍,钻孔抽采有效半径较普通钻孔增加了90%左右。超高压水力割缝技术能有效的解决低渗透性坚硬煤层的瓦斯抽采难题。

超高压水力割缝增透技术在隧道大断面快速揭煤中应用研究

公路瓦斯隧道具有施工断面大、施工时间紧张、任务重等特点,特别是在隧道大断面揭露突出煤层时,将严重制约隧道施工工期。为解决公路瓦斯隧道大断面揭煤时所面临的钻孔施工数量大、预抽达标时间长和瓦斯抽采困难等问题,提出了隧道大断面揭煤时采用超高压水力钻割增透技术措施,并在华蓥山隧道大断面揭穿K4突出煤层期间进行了现场应用。施工定点抽采钻孔,对抽采钻孔煤层段进行超高压水力割缝,形成不同宽度的缝槽,增加煤层的暴露面积及扩大裂隙带。结果表明:经水力割缝措施后,煤层透气性大幅度增加,钻孔瓦斯抽采达标时间缩短了57.6%,钻孔抽采瓦斯浓度提高了约1.3倍,钻孔抽采瓦斯纯量提高了约1.4倍,成功实现了隧道大断面快速揭煤。

条带预抽钻孔超高压水力割缝增透技术研究

研究探索了水力割缝使钻孔周围煤体中的瓦斯由单向的径向流动变为径向和轴向双向流动,通过对扰动煤体的割缝宽度、平均单孔瓦斯抽采纯量、抽采半径的考察,分析了水力割缝技术和钻孔抽采技术的数据,得出了平均单孔抽采效果提高约3倍的结论。

超高压水力割缝增透技术在告成矿的应用与研究

告成煤矿二1煤层瓦斯含量高、透气性差,采用超高压水力割缝技术增加煤层透气性,依据类似地质条件工作面施工经验确定关键施工参数。应用超高压水力割缝技术后,割缝钻孔与普通钻孔相比,抽采浓度平均提高1.5~2倍,单孔抽采纯量平均提升2~3倍。钻孔高效抽采周期从10天10%以下增加到20天20%左右。

低透高瓦斯强吸附性煤层超高压水力割缝增透技术及试验研究

针对云南省老厂矿区部分矿井开采C 7+8煤层期间面临的预抽钻孔密度大造成串孔,孔口负压大造成抽采管凹陷破损,预抽达标时间长造成生产接续失调等问题,提出超高压水力割缝增透技术,对其增透原理、装备及工艺进行了分析、试验研究,结果表明,某煤矿C 7+8煤层合理割缝压力为80MPa,单缝合理排屑量为0.35t,合理缝槽间距为5m;割缝条带相较于2m间距钻孔的普通条带,钻孔抽采瓦斯浓度提高约0.85倍,瓦斯纯量提高约0.5倍,抽采达标时间缩短约42.9%,掘进面瓦斯浓度平均值减小了56.3%。

高瓦斯中硬煤层超高压水力割缝卸压增透技术及应用

为了提高高瓦斯中硬煤层卸压增透及瓦斯抽采效果,研究了顺层长钻孔超高压水力割缝技术,分析了其卸压增透机理,开展了超高压水力割缝现场试验,确定了等效割缝半径和有效瓦斯抽采半径,考察了超高压水力割缝技术的应用效果。研究结果表明:超高压水力割缝技术具有切割速度快、切割半径大等特点,相当于在钻孔周围煤体开采极薄保护层,平均单刀割缝时间9 min,单刀出煤量0.32~0.42 t,等效割缝半径为1.55~1.78 m;超高压水力割缝组单孔平均抽采浓度76.5%,单孔平均抽采纯量为0.089 m^(3)/min,分别是普通钻孔的4.58倍和4.05倍,是水力冲孔的1.2倍和1.43倍,可见该技术可以大幅度提高卸压增透及瓦斯抽采效果。

车集煤矿超高压水力割缝技术应用钻孔卸压增透技术效果评估

本论文深入研究了车集煤矿中超高压水力割缝技术与钻孔卸压增透技术的应用。通过探讨超高压水力割缝技术和钻孔卸压增透技术的基本原理,以及在车集煤矿开采中的具体应用,全面评估了它们对提高采矿效率和降低成本的效果。本研究建立了评估指标体系,通过实际案例深入分析技术应用效果,并展望了未来技术改进和发展趋势。这一研究为煤矿工程领域提供了有力的科学支持,有望在实践中推动超高压水力割缝技术与钻孔卸压增透技术的更广泛应用。

超高压水力割缝和CO_(2)相变致裂联合增透技术研究与应用

针对鲁班山北矿14采区8^(#)煤层地质构造复杂、瓦斯抽采难的问题,提出了超高压水力割缝和CO_(2)相变致裂联合增透技术,并分析其泄压增透原理,同时进行了不同增透方案条件下的现场抽采效果对比试验。结果表明,该联合增透方案的平均单孔瓦斯体积分数分别是普通抽采和超高水力割缝的1.79倍和1.20倍;单孔瓦斯抽采平均纯量分别是普通抽采和超高压水力割缝的3.2倍和1.9倍,90d抽采时间瓦斯抽采影响半径分别是普通抽采和超高压水力割缝的4.58倍和1.38倍,在同等条件下施工钻孔时间分别比普通抽采和超高压水力割缝缩短50.5%和40.6%,瓦斯达标抽采时间分别比普通抽采和超高压水力割缝缩短了66.7%和50%。相较于常规治理技术方案,超高压水力割缝和CO_(2)相变致裂联合增透技术对瓦斯灾害治理的应用效果更为理想。

低透气性突出煤层群首采层水力割缝卸压抽采技术研究

针对中近距离松软低透气性突出煤层群抽采防突难题,以皖北矿区任楼煤矿突出煤层群瓦斯地质条件为工程背景,在对松软煤层水力割缝卸压增透机制、首采层割缝工艺参数等研究的基础上,提出了首采层煤巷条带水力割缝卸压增透、煤层群瓦斯联合抽采的综合治理技术,优化了钻孔布置方式,并进行了工程应用。结果表明:割缝实施后钻孔的瓦斯抽采浓度、单孔日均抽采纯量分别是常规钻孔的4.27倍、3.94倍,煤层透气性提高了22~31倍,首采层72号煤层割缝后的防突有效半径可提高至5 m以上,检验抽采半径5 m处的瓦斯含量指标为4.13 m 3/t,在有效解决首采层煤巷条带瓦斯灾害的同时,钻孔工程量降低了2/3以上。

低透气煤层超高压水力割缝与水力压裂联合增透技术

为了解决矿井瓦斯预抽中存在的问题,提高矿井瓦斯抽采利用效率,杜绝瓦斯灾害事故发生,以新集二矿瓦斯预抽工艺为研究背景,针对矿井采掘接替紧张、煤层透气性差、瓦斯抽采率低等技术难题,提出了超高压水力割缝与水力压裂联合增透技术。基于岩石力学与流体力学理论,分析了超高压水力割缝与水力压裂联合增透机理。并采用数字模拟方法研究确定了沿槽缝延伸方向,缝槽至煤体深部依次形成破碎区、塑性区、弹性区及原岩应力区,被冲割煤体受高压水射流剪、割应力作用影响,原岩应力区向煤体深部转移,煤体渗透率增大。得出水力压裂钻孔布置在超高压水力割缝形成的塑性区范围内能够达到较好的增透效果,并设计了超高压水力割缝与水力压裂一体化联合增透技术工艺:割缝水压为95~100 MPa,旋转水尾转速为40 r/min,割缝间距为1.0~1.2 m,单刀冲割时间为12 min;水力压裂钻孔直径为95 mm,并采用100 mm的钻孔洗扩装置冲、扩钻孔。通过在新集二矿2201采区220108底板巷2号上钻场的应用结果显示:超高压水力割缝与水力压裂协同增透技术能够明显改善煤层透气性,瓦斯抽采30 d以后,协同超高压水力割缝钻孔平均瓦斯抽采纯量为普通钻孔的10.3倍;协同水力压裂钻孔平均瓦斯抽采纯量为普通钻孔的6.4倍,且能够持续保证较高流量和浓度的瓦斯抽采效果。

绿塘煤矿超高压水力割缝卸压增透效果考察及应用

为有效解决绿塘煤矿低透气性突出煤层煤巷掘进区域验证指标超标、瓦斯浓度超限导致的煤巷掘进效率低的问题,采用超高压水力割缝卸压增透技术在该矿6中S204回风巷煤巷条带进行试验与应用,考察确定了6中煤层的合理割缝压力、切割半径和抽采瓦斯纯流量等参数。结果表明:超高压水力割缝技术能够有效改善煤层透气性,大幅提高瓦斯抽采效率,煤巷掘进进度由20. 0～30. 0 m/月提高到87. 5 m/月,解决了低透气性突出煤层煤巷掘进瓦斯治理难题,可为类似矿区煤巷条带的瓦斯高效治理提供经验和技术指导。

超高压水射流割压联合技术试验分析

对比水力开缝与水力压裂卸压增透技术的优劣,提出水力割缝与水力压裂技术联合应用,以达到卸压增透煤层的方法。分析联合卸压增透技术的原理和方法,并实地进行测试。试验结果表明,穿层钻孔实施后采用割压联合卸压增透技术,透气性增透范围沿煤层走向可达55.4~57.1 m,沿煤层倾向可达52.3~58.6 m;煤层透气性系数比原有煤体高26倍,煤层透气性显著改善;穿层钻孔瓦斯平均抽采浓度34.9%,抽采平稳,明显高于一般抽采钻孔;瓦斯抽采纯量平均0.037 5 m^(3)/min,比一般钻孔高3.47倍;用同样的钻孔布置方式,可减少55%的抽采达标时间和31.8%的总时间投入,从而为割压联合卸压增透技术的应用提供理论依据。

超高压水力割缝技术在低渗透特厚煤层中的应用

为增大煤层透气性系数,提高煤层瓦斯抽采效果,通过超高压水力割缝技术,增大煤体暴露面积,给煤层内部卸压、瓦斯释放和流动创造了良好的条件,缝槽上下的煤体在一定范围内得到较充分的卸压,增大了煤层的透气性。结果表明:水力割缝钻孔组瓦斯抽采浓度、纯流量、百米瓦斯抽采纯流量及瓦斯抽采率是对比钻孔的2～4倍,远远大于对比钻孔组,割缝钻孔瓦斯抽采效果显著。研究为其他类似矿井提供借鉴。

高瓦斯碎软煤层超高压水力割缝增透机理及合理技术参数研究

针对云南省大坪矿区某煤矿开采C 9煤层期间面临的煤层透气性差、瓦斯含量高、预抽达标时间长、生产接续失调等问题,提出超高压水力割缝增透强化抽采技术。采用理论分析、实验考察的方法对其增透机理、合理技术参数分别进行了分析研究,得到C 9煤层合理割缝压力为75 MPa,单缝合理排屑量为0.36 t,缝槽半径约为1.66 m,单缝合理割缝时间为7 min,缝槽合理间距为5 m。在此基础上开展了工业试验,试验结果表明:C 9煤层采用超高压水力割缝后,钻孔抽采瓦斯浓度、瓦斯纯流量提高约2.14倍、2.74倍,煤层抽采达标时间缩短约63.7%,解决了某煤矿C 9煤层瓦斯治理难题,有效地保障了煤矿的安全高效生产。

超高压水力割缝卸压增透技术在五轮山煤矿煤巷掘进中的应用

贵州省纳雍五轮山煤矿8号煤层瓦斯含量高,瓦斯压力大,透气性差。1809工作面采掘过程中主要运用顶板巷穿层钻孔预抽措施,然而在实际过程中瓦斯超限问题时有发生,严重制约了1809工作面的煤巷掘进进度。为了提高煤层的透气性,增加抽采效率,在五轮山煤矿1809运输巷煤巷条带进行超高压水力割缝卸压增透措施的现场试验。结果表明,采用超高压水力割缝卸压增透措施后,提高了抽采浓度及抽采效果,缩短了瓦斯抽采达标时间,缓解了采掘接替压力。

单一低透深部煤层超高压水力割缝强化增透抽采技术

随着煤矿不断向深部开采,单一透气性深部煤层开采因受瓦斯制约影响,回采难度越来越大。为解决这一技术难题,提高安全保障能力,进行了单一低透深部煤层超高压水力割缝强化增透抽采技术研究。通过在鹤壁中泰矿业3205底抽巷(3)试验研究,有效地解决了瓦斯治理瓶颈,极大地改善了采掘条件,为采掘生产提供了安全保障。

超高压水力割缝技术在中等硬度低透气性煤层的应用

为提高高瓦斯低透气性中硬煤层瓦斯预抽效率,探讨了水力冲孔、水力压裂、水力割缝增透技术适用条件和优缺点。基于超高压水力割缝技术原理,研制了一种穿层钻孔超高压水力割缝装置,主要由金刚石水力割缝钻头、水力割缝浅螺旋钻杆、超高压旋转接头、超高压清水泵、高低压转换器、超高压橡胶管等组成,水压达到60~100 MPa,可实现钻进、切割一体化,使用简单方便。采用该装置在丁集煤矿1361(1)运输巷底板抽采巷11-2煤层穿层预抽钻孔中开展现场试验,煤层瓦斯压力1.43 MPa,瓦斯含量为8.05 m^(3)/t,透气性系数为0.013 m^(2)/(MPa^(2)·d),煤层坚固性系数为0.79;1361(1)运输巷底板抽采巷11号~15号钻场区域单元长度227 m,采用高压水力割缝增透措施,1361(1)运输巷底板抽采巷6号~10号钻场区域单元长度213 m,采用矿井低压水冲孔增透措施。结果表明:超高压水力割缝钻孔平均单刀割缝时间为10.7 min,单刀出煤量为0.31 t,等效割缝半径达1.38 m,煤孔段割缝密度为1刀/m,平均每孔割缝2.6个;超高压水力割缝钻孔平均瓦斯抽采浓度56.97%,是低压冲孔的2.37倍;单孔平均瓦斯抽采纯量0.012 m^(3)/min,是低压冲孔的2.99倍;瓦斯抽采达标时间约23 d,分别比普通钻孔和水力冲孔技术抽采达标时间缩短了74.4%和54.9%。相较于普通钻孔和水力冲孔技术,超高压水力割缝技术在低透气性中硬煤层中瓦斯增透抽采效果更为理想。

超高压水力割缝卸压增透技术在区域防突中的成功应用

为积极探索突出矿井区域高效治理瓦斯技术,晋能集团左权盘城岭煤业充分利用超高压水力割缝装置卸压增透技术,在150106运输顺槽煤巷掘进工作面进行为期30 d的抽放效果对比考察,摸索出合适盘城岭煤业的超高压水力割缝卸压增透瓦斯治理方案,显著提高了瓦斯抽采效率,瓦斯抽采浓度提高了1.9倍,抽采流量增加了1.35倍,达标所需的时间缩短了60%,有效治理了瓦斯,确保了掘进安全。