低透气性煤层高压脉冲射流割缝-压裂增透技术应用研究

针对盘州平关镇大坪煤矿18采区20号煤层复杂地质条件及瓦斯抽采难题,提出一种高压脉冲射流割缝导向压裂增透技术。为验证该技术效果,分析了其增透技术机理,并设计了4种试验方案进行对比分析。结果表明,采用高压脉冲射流割缝导向压裂方案在瓦斯抽采效果方面显著优于其他方法,与普通抽采、高压脉冲射流割缝、高压水力压裂抽采瓦斯相比,其平均每日抽采瓦斯浓度分别提高了3.01倍、1.41倍和1.67倍;平均每日抽采瓦斯纯流量也相应提升了2.86倍、1.42倍和1.62倍。经过90 d的抽采,该方案的抽采影响半径达到了5.06 m,分别为普通抽采、高压脉冲射流割缝和高压水力压裂抽采方案的2.56倍、1.25倍和1.29倍;在抽采效果相同的条件下,钻孔施工时间分别比普通抽采、高压脉冲射流割缝和高压水力压裂方案缩短了60%、32%和20%,瓦斯抽采达标所需时间分别比普通抽采、高压脉冲射流割缝和高压水力压裂方案缩短了70%、50%和62%。高压脉冲射流割缝导向压裂技术对低透气性煤层瓦斯治理效果较为理想,可供类似矿井借鉴。

低透气性煤层水射流瓦斯增透关键技术研究

低透气性煤层瓦斯抽采问题一直是困扰煤矿安全生产的难题。洪崖矿针对矿井深部开采阶段煤层透气性低、瓦斯压力大,极易发生煤与瓦斯突出事故等特点。以2-105综采工作面为工程背景,分析了回采期间瓦斯涌出量及分布规律。基于高压水射流“钻冲—造穴”卸压增透作用机理,建立水力造穴卸压瓦斯抽采三维模型,探究了不同水力造穴半径钻孔周围煤体的瓦斯压力演化规律。现场实践表明:高压水射流“钻冲—造穴”一体化瓦斯促抽技术可以有效改善围岩应力环境,构建煤层间瓦斯自由运移通道,增强煤层透气性。造穴钻孔抽采瓦斯浓度在25%~40%之间,而普通钻孔抽采浓度多数集中在3%~15%之间,瓦斯抽采效率提升约3倍,保证矿井安全开采。

低透气性煤层瓦斯抽采封孔技术及实践

九鑫煤业2105工作面为松软煤层,煤层透气性差,瓦斯抽采钻孔封口困难,钻孔后期漏气严重。针对这一情况,研制了“封堵一体化”封堵器实施封孔工艺,具有注浆封孔和漏气封堵双重功能。实践应用结果表明,钻孔0~100 d的抽采时间内钻孔平均瓦斯体积分数从19.1%提升至41.1%,在30 d后进行漏气处置后钻孔平均瓦斯抽采体积分数为50.2%,该封孔工艺能有效解决钻孔封孔后期漏气问题,有效提高了钻孔后期瓦斯抽采体积分数。

单一低透气性煤层水耦合深孔预裂爆破增透技术研究与应用

为解决单一低透气性煤层瓦斯透气性差、抽采困难、传统爆破方式增透效果不佳等问题,提出采用水耦合装药替代空气不耦合的方式。通过ANSYS/LS-DYNA软件建立水耦合装药深孔预裂爆破模型,分析水耦合装药方式爆破后应力波传递和裂隙的延伸效果,得出了水耦合装药方式能够更好的传递爆破产生的应力波。在河南省新郑煤电有限责任公司14207下底抽巷开展水耦合深孔预裂爆破试验,爆破致裂后,煤层瓦斯浓度和标态瓦斯纯流量都有提高,与数值模拟结果相互验证,表明该方法可以较好的增加煤层的透气性,改善单一低透气性煤层瓦斯抽采困难的问题。

松软低透气性煤层瓦斯抽采技术的应用研究

为有效解决新源煤矿松软低透气性煤层瓦斯地面抽采难题,进行了超高压水力割缝增透技术的应用研究。采用COMSOL-Multiphysics仿真软件确定了有效抽采半径,找到了地面抽采难的原因,确定采用超高压水力割缝增透技术,并对超高压水力割缝装置和超高压水力割缝工艺进行了阐述。实践应用结果表明,对比普通钻孔瓦斯抽采技术,采用超高压水力割缝增透技术进行瓦斯抽采,其抽采体积分数和纯量均有大幅度的提高,抽采体积分数是普通钻孔抽采的2.24倍,抽采纯量是普通钻孔抽采的2.61倍。超高压水力割缝增透技术的应用有效解决了新源煤矿307工作面松软低透气性煤层瓦斯抽采难度大的问题。

小庄煤矿低透气性煤层氮气促抽瓦斯技术研究

针对彬长矿区小庄煤矿低透气性煤层瓦斯抽采难度较大的问题,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,从煤层瓦斯吸附-解析理论出发,揭示了注氮驱替瓦斯的机理。利用COMSOL数值模拟软件,研究了注氮驱替瓦斯的过程,以及不同注氮压力下瓦斯驱替效果。研究结果表明:高压氮气的注入可以降低瓦斯的平衡孔隙压力,从达西定律角度得出氮气的注入使瓦斯横向压力梯度增大,驱使瓦斯朝自由面运移。得出了适用于小庄低透气性煤层的合理抽采孔排距为3 m.数值模拟发现注氮压力为1.2 MPa时驱替效果较好,且不会由于压力过大导致煤层微孔介质破坏。基于此,展开了井下现场试验,注氮驱替瓦斯抽采效果较单抽平均抽采纯量提高了22.6%,确定了氮气驱替瓦斯效果的可行性,为矿井安全高效抽采瓦斯提供理论指导。

高瓦斯低透气性煤层开采高效瓦斯治理技术研究应用

本文探讨高瓦斯低透气性煤层开采的重要性,以及在这一过程中应用高效瓦斯治理技术的意义。首先,本文对高瓦斯低透气性煤层开采进行了全面概述,强调与传统煤层开采方法的区别和面临的挑战。其次,详细介绍高效瓦斯治理技术的重要性,对其进行分类。最后,对高瓦斯低透气性煤层开采可能出现的难点及问题进行了深入分析。

低透气性煤层注水瓦斯解吸特性实验研究

瓦斯抽采是煤矿瓦斯治理的主要手段,随着我国绿色开采及智能化开采的不断深入,利用水力方法致裂煤层以提高煤层透气性已广泛应用于提高煤层气抽采效果。通过利用一个新型高压吸附和注水实验系统,研究注入水对煤层气解吸特性的影响,并测定不同吸附平衡压力和含水量条件下的压力释放解吸值和总气解吸值。结果表明,注入的水既可以替代游离气体又可以替代吸附气体,导致系统压力显著增加。在释放系统压力时,注水的煤样的气解吸值会降低。注水后,煤的总解吸值增加。因此,煤层注水可以促进煤层气解吸,是目前防止煤和瓦斯突出的有效方法,同时也可以提高煤层气的生产效率。

低透气性煤层瓦斯抽采技术应用分析

煤矿资源的开采对国家经济提升、改善群众生活都有重要促进作用,但是,在资源开采期间,瓦斯安全问题是影响资源开采的主要因素。在目前城市化建设以及资源损耗的影响下,资源在开采期间的深度不断延伸,透气效果逐渐减弱,这些因素都会导致瓦斯的资源的开采受到严重阻碍。为了能够确保资源开采的安全性和稳定性,需要结合资源开采的具体需求,不断对技术进行调整和优化,确保瓦斯抽采的安全,为企业的发展创设良好条件。

低透气性煤层瓦斯抽采钻孔布置优化研究

针对阳煤一矿煤层瓦斯预抽采效果不佳、抽采周期较长等问题,为进一步提高抽采效果,对群孔模式下高瓦斯低透气性煤层钻孔布置方式进行优化和探究。首先采用数值模拟方法,在群孔钻孔方式下分析各项参数包括抽采时间、钻孔孔径、钻孔间距、钻孔负压、煤层渗透率等因素对有效抽采半径的影响。然后研究群孔钻孔间相互作用对瓦斯运移造成的影响,并对群孔瓦斯钻孔的排列模式进行分析,综合对比菱形与矩形阵列排布瓦斯抽采效果。通过实践可以看出,钻孔菱形阵列排布瓦斯抽采效果要好于矩形阵列排布瓦斯抽采效果,同时在钻孔孔径为94 mm,孔距为2 m,透气性系数为0.2 m^(2)/(MPa^(2)·d),抽采负压为14 kPa的条件下,将群孔间距设在3 m时综合效果最佳。

高瓦斯低透气性煤层水力压裂增透技术应用研究

为解决杜儿坪矿主采6#煤层工作面煤体渗透特性较差、常规钻孔抽采煤层瓦斯时工作效率低等问题,以76903工作面为背景,利用FLAC3D数值模拟分析出影响煤层中瓦斯抽采的煤岩体的裂隙、孔隙流动规律,通过对杜儿坪矿76903工作面进行水力压裂增透技术现场试验,使得煤层内瓦斯得到部分释放,降低了煤层瓦斯的含量浓度。经监测水力压裂钻孔后,瓦斯抽采平均流量为0.03 m^(3)/min,较常规钻孔抽采0.012 m^(3)/min提高了2.6倍,同时改善了煤层的透气性,保障了矿井的安全生产。

低透气性煤层群高瓦斯采煤工作面强化抽采卸压瓦斯机理及试验

针对低透气性高瓦斯煤层群首采卸压层瓦斯涌出量大、瓦斯治理困难的现实条件,在模型试验和理论研究的基础上,揭示出煤层群首采关键卸压层开采后采动影响区内顶、底板岩层裂隙的动态演化规律和卸压瓦斯运移规律,发现采空区侧存在"竖向裂隙发育区",弯曲下沉带和底板膨胀变形带内煤体发生膨胀变形,煤层的透气性显著增加。2371(1)工作面煤气共采实践表明,工作面最大绝对瓦斯涌出量70.46m3/min,平均56.71m3/min,瓦斯抽采率达85.2%,其中抽采的高浓度瓦斯比例为67.25%,抽采的低浓度瓦斯比例为32.75%,保证工作面的安全回采,实现了煤与瓦斯安全高效开采。

铁法矿区高瓦斯低透气性煤层群卸压煤层气抽采钻孔布置

基于铁法矿区高瓦斯低透气性煤层群地质及开采技术条件,采用物理模拟方法系统分析了煤层群不同开采顺序时采动裂隙演化特征,运用CFD(Computational Fluid Dynamics)Fluent分析了U型负压通风条件下采空区瓦斯流动规律,总结了铁法矿区卸压煤层气抽采钻孔布置原则。研究结果表明:回采巷道内侧约在工作面倾斜长度的1/3处为采动裂隙发育区、距回风巷30～80 m范围为高浓度瓦斯富集区。铁法矿区煤层气抽采钻孔布置的原则为:垂直方向上钻孔终孔位置布置在断裂带下1/3处、地面钻井的合理间距不小于100～150 m、沿工作面倾斜方向靠回风巷(1/3～1/2)工作面斜长范围为最佳的钻孔位置。

低透气性煤层水力压裂增透技术应用

针对低透气性煤层瓦斯抽采效率低、钻孔施工量大等问题,提出了水力压裂增透技术,研究了水力压裂增透机理,分析了水力压裂提高煤层透气性的过程,确定了设备仪器与压裂工艺参数,完成了高压钻孔密封与现场水力压裂,并对瓦斯抽采效果和煤层透气性系数变化进行了考察。结果显示:实施水力压裂后,瓦斯抽采量提高了7.2倍,水力压裂影响区域内煤层透气性系数提高了79～272倍,达到了增大煤层透气性,提高瓦斯抽采效率的目的。

高瓦斯低透气性煤层深孔预裂爆破增透数值模拟

针对高瓦斯低透气性煤层,采用Taylor方法建立了一个新的LS-DYNA3D爆破损伤模型,对深孔预裂爆破进行了数值模拟研究,再现了爆破过程中,动压冲击震裂、应力波传播与叠加以及爆生气体驱动裂纹扩展的整个过程,分析了爆破孔间距对爆生裂纹和爆破增透效果的影响,提出了高瓦斯低透气性煤层深孔预裂爆破的合理间距为5-6 m,为高瓦斯低透气性煤层的瓦斯抽放提出了解决方案.

低透气性煤层脉动注水增透机理研究及数值分析

为了有效提高低透气性煤层渗透率,提出脉动注水增透技术,从微观机理上对脉动注水原理和疲劳裂纹起裂扩展过程进行了研究。在充分考虑有效应力以及滑动摩擦力的基础上,结合Ⅰ-Ⅱ型裂纹断裂判据,首次计算得到考虑影响因素较全面的煤体原级裂纹起裂的临界裂隙水压计算公式;通过将分支裂纹力学模型简化为悬臂梁模型,计算得到适合分支裂纹起裂扩展的裂隙水压范围。通过FLAC3D内嵌FISH程序语言编写脉动注水函数,实现了对裂纹尖端裂隙水压变化趋势以及裂纹扩展规律的数值模拟,模拟结果表明原级裂纹起裂扩展临界裂隙水压为13.1 MPa,分支裂纹初次起裂扩展水压为12.91 MPa;裂纹扩展半径在水平方向为3.6 m,竖直方向为2.3 m。现场试验表明脉动注水压裂增透效果明显优于普通注水压裂增透效果。

低透气性煤层瓦斯抽采技术与应用

在煤矿开采中,瓦斯灾害一直是威胁煤矿安全生产的主要灾害之一。随着煤层开采深度的增加,煤层透气性随之减小,从而严重影响了煤层瓦斯的抽采率和瓦斯抽采效果。针对我国煤矿绝大部分煤层属于低透气性煤层的情况,论述和分析了低透气性煤层瓦斯抽采的各种技术原理及应用。给低透气性煤层瓦斯抽采提供技术指导,解决矿区实际问题。研究低透气性煤层瓦斯抽采具有广阔的应用前景与应用价值。

高瓦斯低透气性煤层水力压裂技术的试验研究

由于某矿煤层透气性低、瓦斯含量高,现有瓦斯抽采技术不能满足瓦斯抽采的需要,因而采用了水力压裂技术增透措施进行试验。通过该矿11-2煤层的工业试验,分析了水力压裂技术的参数选择、压裂范围、煤层透气性、压裂后抽采效果等。试验研究得出,经过水力压裂,煤层的透气性提高了22.46倍,煤层瓦斯抽采效率也大幅提高。

深部低透气性煤层水力冲孔措施防突机理分析

针对淮南矿区谢桥、潘三等矿开展的水力冲孔消突试验,利用数值模拟软件ANSYS对水力冲孔措施前后所形成的孔洞进行了模拟解算;定量分析了冲孔前后孔洞周围煤体应力、应变和位移的变化情况,并结合现场实际对水力冲孔措施的防突机理进行了分析,结果表明:在深部无保护层可采的低透气性突出煤层中采用水力冲孔措施后,冲孔后的瓦斯浓度不仅比冲孔前提高了50%左右,而且抽放浓度和抽放瓦斯纯流量也增加了3倍左右,大幅提高了煤层的瓦斯抽放效率,降低了煤体的弹性潜能和瓦斯潜能等突出潜能,减少了煤层的突出危险性。

深孔预裂爆破在深井高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采中的应用

为解决潘一东矿深井低透气性高瓦斯煤层瓦斯抽采率低的问题,提出了运用深孔预裂爆破技术提高煤层透气性,进行瓦斯预抽,进而提高瓦斯抽采率,降低煤层突出危险性的方法。通过数值模拟阐述了深孔预裂爆破技术的作用机理,并对潘一东矿应用效果进行了现场考察。研究表明:在低透气性煤层实施深孔预裂爆破技术后,煤层透气性得以提高,平均瓦斯抽采量提高了3倍,有效地提高了瓦斯抽采率,降低了煤体瓦斯压力和含量,从而在一定程度上降低了煤与瓦斯突出的危险性。