基于时间分源法的CO2相变致裂抽采有效半径测定

针对CO2相变致裂抽采有效半径测定尚无统一标准的现状,对相对瓦斯压力法局限性进行归纳,进一步明确抽采半径的概念。基于SF6示踪法,采用抽采数据处理与分析方式,建立时间分源法,并进行现场试验。研究表明:抽采影响半径和抽采有效半径之间存在时间效应,抽采时间是区分二者的关键因素;时间分源法将抽采时间分为影响时间和承接时间2部分,通过SF6示踪法及现场抽采数据分析得到一定抽采时间下抽采有效半径,更能够真实反映钻孔抽采情况;在大平煤矿3号煤层运输大巷实测得到,抽采时间为120 d时,CO2相变致裂抽采有效半径为12 m;抽采时间为148 d时,抽采有效半径达到16 m。

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.

超长工作面CO2相变致裂分区增透高效抽采技术试验研究

针对超长工作面抽采时间不均衡导致抽采达标时间长的问题,提出了工作面分区增透高效抽采技术,运用分组试验和理论分析的方法,研究了不同布孔工艺参数条件下CO2相变致裂对低透煤层瓦斯抽采的增透作用规律,并在试验工作面进行了工业应用。研究结果表明:CO2相变致裂技术对低透煤层增透促抽效果良好,与未致裂抽采相比,采用间距20,10,5 m致裂孔致裂条件下进行抽采时煤层透气性系数分别提高1. 8,2. 6,5. 8倍,平均抽采体积分数分别提高1. 9,3. 5,4. 2倍,平均抽采纯量分别提高2. 4,4. 2,6. 2倍。试验工作面应用分区增透高效抽采技术后,整个工作面形成后仅需抽采87 d即可达标进行回采,显著缩短了抽采周期,对高瓦斯低透煤层缓解采掘接替紧张及提高瓦斯抽采效率具有重要借鉴意义。

高瓦斯综掘面CO2相变致裂强化抽采技术研究

针对高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采中存在抽采有效影响范围小、抽采效率低、抽采周期长等问题,提出了采用CO2相变致裂强化抽采技术进行增透促抽,介绍了CO2相变致裂技术工艺特点,分析了CO2相变致裂强化促抽技术原理,并通过现场试验的方法研究了致裂前后瓦斯抽采效果。研究表明,CO2相变致裂技术可以显著提高煤层透气性,具有良好的增透促抽作用,掘进工作面实施CO2相变致裂后较致裂前平均瓦斯抽采体积分数提高了1.71倍,平均瓦斯抽采纯量提高了1.96倍,抽采达标时间大幅缩短,掘进期间回风流瓦斯体积分数基本维持在0.6%以下,瓦斯治理效果显著。

液态CO2相变致裂技术在强化煤层瓦斯抽采中的应用

针对高瓦斯、低渗煤层瓦斯预抽过程中钻孔施工困难、抽采效果不理想等问题,采用液态CO2相变致裂技术,在阳煤五矿8406底抽巷进行穿层钻孔相变致裂试验,实践表明:煤层经两次致裂后,钻孔瓦斯抽采浓度和纯量明显提高,并且瓦斯抽采衰减期得到了延长,卸压增透效果显著,为矿井的安全生产提供了可靠的技术保障。

CO2相变致裂法在乌鲁木齐地铁工程施工中的应用

以乌鲁木齐轨道交通1号线南湖北路站-王家梁站暗挖区间CO2相变致裂法施工为背景,探讨CO2致裂技术在轨道交通建设中的实际应用。理论计算得出压力为250 MPa的CO2致裂器致裂产生的能量与257 g TNT所具有的能量相当。采用泡沫剂进行致裂管的封堵无法满足施工需要,采用木楔封堵及致裂管串联的形式可满足施工需要;致裂孔及CO2致裂器泄能孔的布设根据岩层裂隙走向要适时调整。通过细节的优化,达到岩层中致裂施工的目的,CO2相变致裂法在岩层中施工合理可行,可供类似工程参考。

低渗煤层液态CO_2相变射孔破岩及裂隙扩展力学机理

液态CO_2相变射孔致裂增透技术作为一种有效的低渗煤层强化抽采方法,已被广泛的应用研究。但由于该技术在破岩及裂隙扩展力学机理方面研究不足,在一定程度上影响该技术进一步发展及应用。基于热工学、弹性力学、断裂力学等理论基础,建立了液态CO_2相变气体射流压力模型,理论分析了液态CO_2相变射孔破岩力学机理、地应力条件下裂隙扩展力学机理。采用PFC2D离散元颗粒流分析软件,进行数值模拟研究,分析了不同地应力及射流压力条件下液态CO_2相变射孔破岩及裂隙分布特征。在以上研究基础上,在川煤集团白皎煤矿进行现场试验,研究表明该技术可有效提高低渗煤层瓦斯抽采效率。

CO_2相变致裂本煤层增透技术研究

研究液态CO_2相变特征和煤体对气相CO_2和CH_4的吸附规律,在不同煤质、温度和平衡压力条件下,实验得出在无烟煤和焦煤的煤体中CO_2竞相吸附的能力是CH4的1.8~2.4倍。研究发现,液态CO_2在0.2 s内完成相变过程,体积瞬间膨胀至794倍。通过理论研究建立了采用不耦合致裂条件下的爆破孔初始冲击压力峰值、裂隙圈有效半径和爆破致裂钻孔孔径3个主要爆破参数变量的数学模型。采用液态CO_2瞬间相变出口压力为200MPa的致裂器,进行致裂爆破本煤层增透现场实验研究,研究得出距离致裂爆破孔2m和3m的控制孔在爆破后单孔瓦斯抽采纯量提高至6倍和4倍,单孔瓦斯抽采浓度提高至5倍和4倍,单孔瓦斯抽采浓度保持在35%~55%,而距离致裂爆破孔4m的控制孔在爆破5d后瓦斯抽采效果衰减至爆破前的水平。现场试验得出初始冲击压力峰值200MPa和钻孔孔径0.094m时,本煤层致裂爆破裂隙圈有效半径为3m。

液态CO_2相变破岩技术在地铁基坑开挖中的应用

针对硬岩地质的地铁基坑开挖工程,传统的炸药破岩技术存在着炸药审批困难、储存运输风险高和爆破能量难以控制等问题。为解决上述问题,以长沙某地铁基坑开挖工程为背景,运用液态CO_2相变破岩技术替代传统炸药爆破进行破岩开挖,并对其破岩效果和安全性进行分析与监测。研究结果表明:液态CO_2相变破岩技术在破岩效果上能替代传统炸药爆破的方式,在安全性上符合爆破安全规程规定,可在类似硬质岩体的开挖工程中推广使用。

液态CO_2相变致裂增透技术在低透性突出煤层的应用研究

针对白皎煤矿B4煤层瓦斯含量高、透气性差、抽采难度大的问题,在237底板道瓦斯抽采巷采用液态CO_2相变致裂增透技术对B4煤层进行增透试验,结果表明该技术比水力割缝和普通抽采提高了煤层透气性,瓦斯抽采纯量是水力割缝钻孔的1.15倍、是普通抽采钻孔的2.08倍,液态CO_2相变致裂增透钻孔汇总浓度保持在30%以上且无衰减,具有良好的效果,该技术可供类似煤矿参考。

CO_2相变致裂技术在顺煤层钻孔增透中的应用

为了提高喀斯特地质条件下松软低透高瓦斯煤层的瓦斯抽采效果,以贵州绿塘煤矿为研究对象,提出了煤层CO_2相变致裂顺层钻孔卸压增透技术,分析了CO_2致裂瞬间气体尖劈作用下煤体的破坏特点、裂隙的失稳扩散特点及高压波劈裂机理。CO_2致裂顺层钻孔增透试验结果表明:CO_2致裂顺层钻孔技术增透效果明显,该区域致裂后煤层透气性提高5倍,衰减性系数降低了53.6%;瓦斯抽采浓度增大3倍,平均抽采瓦斯体积分数约为70%,在抽采时间相同的情况下煤层残余瓦斯含量显著降低,抽采率约为55%,该煤矿6中煤层原来抽采达标周期为6~12个月,致裂后抽采达标周期为1~2个月;整体抽采效率提高了6倍,抽采达标周期大幅缩短。

低透煤层CO_2相变致裂增透解吸技术的应用

针对贵州省喀斯特地质条件下松软低透高瓦斯煤层掘进过程中瓦斯抽采难度大、抽采效率低、抽采时间长等难点问题,提出应用CO_2相变致裂增透解吸技术提高煤层透气性系数、增大煤层透气性、提高瓦斯抽采量和抽采效率。研究了CO_2相变致裂增透解吸技术对绿塘煤矿工作面卸压增透效果,并与深孔预裂卸压增透技术效果进行了对比研究,发现该区域CO_2相变致裂增透技术增透效果较明显,CO_2致裂与深孔预裂相比较,前者煤层透气性系数约为后者透气性系数的1.9倍,CO_2致裂后的衰减系数比深孔预裂后衰减系数低约20%,CO_2致裂后平均抽采浓度约为70%,结果表明:采用CO_2相变致裂增透解吸技术后,该煤矿总体抽采效率提高了约6倍,抽采达标周期大幅缩短,为同类矿井的瓦斯治理提供了可借鉴技术与经验。

突出煤层掘进工作面CO_2可控相变致裂防突技术

针对试验矿井煤层掘进工作面煤层透气性差,预抽煤层瓦斯困难,地应力大的特点,为了实现突出煤层快速、安全掘进,通过理论分析及工业试验的方法,提出了适合试验矿井掘进工作面的CO_2可控相变致裂防突技术工艺;系统评价了CO_2可控相变致裂防突技术的有效性、适应性和安全性。研究结果表明:CO_2可控相变致裂防突技术主要是利用液态CO_2瞬间气化过程中产生的能量剪断剪切片,产生应力波及高压气体,使周围煤体产生裂隙,以提高煤层渗透率,达到防治煤与瓦斯突出的目的。通过试验矿井掘进500 m巷道的防突技术应用表明:掘进工作面采用CO_2可控相变致裂防突技术后,钻屑瓦斯解吸指标Δh2较采用常规密集排放钻孔消突技术时下降近50%,瓦斯抽采量提高近2倍,巷道安全掘进速度提高1.5倍以上。

液态CO_2相变致裂增透强化抽采技术研究

针对高瓦斯低透气性煤层效率低,提出CO_2相变致裂爆破增透技术来提高抽采效率。通过理论分析和FLAC3D数值模型研究分析液态CO_2相变致裂爆破煤层增透效果,并进行了现场试验。结果表明:当爆破参数为CO_2爆破器间距5m、爆破孔间距7.5m,此时多孔连续爆破煤层增透效果最好;爆破后煤体透气性距爆破孔由远及近的变化规律为非线性增加。18205材料巷实施液态CO_2相变致裂爆破增透技术后,透气性系数增大了16.89~20.97倍,平均瓦斯抽采混量和浓度分别提高43.1%和55.8%,保证了矿井安全生产和煤层气资源的有效利用。

液态CO_2相变致裂影响有效抽采半径试验研究

为掌握液态CO_2相变致裂对有效抽采半径的影响规律,在确定有效抽采半径评价指标的基础上,采用分组试验方法对CO_2相变致裂前后的有效抽采半径进行了测定,得出了液态CO_2相变致裂对有效抽采半径的影响参数。研究结果表明:采用液态CO_2相变致裂技术对煤层进行爆破致裂后,瓦斯运移速率提高,使煤层瓦斯压力加速下降,在相同的抽采时间下,CO_2致裂后煤层的有效抽采半径较未致裂的煤层扩大约1 m。达到相同有效抽采半径1、2、3 m,CO_2致裂后的煤层所需预抽时间较未致裂的煤层分别缩短了15、29、47 d,瓦斯抽采效率平均提高43%。CO_2致裂前期对瓦斯抽采效率的提高作用明显,随着抽采时间的延长,致裂增透作用不断减弱直至消失,即CO_2相变致裂对提高煤层透气性存在一个极限影响范围。

煤与瓦斯突出煤层CO_2相变致裂增透技术试验研究

针对车集煤矿煤层瓦斯压力较高、透气性差、瓦斯预抽难度大等问题,提出了在二_2煤层进行CO_2相变致裂增透技术试验。进行了CO_2相变致裂技术原理和CO_2致裂装置研究,设计了CO_2相变致裂增透影响半径试验方案和CO_2相变致裂增透瓦斯抽采效果试验方案。现场试验结果表明,本次CO_2相变致裂增透试验的影响半径为4 m;在观测的15 d内,致裂组的平均瓦斯抽采流量为普通抽采组平均瓦斯抽采流量的1.7倍。

基于COMSOL数值模拟的液态CO_2相变致裂布孔参数优化

为了能将液态CO_2相变致裂技术高效地应用到低透气煤层强化增透领域,基于COMSL软件对液态CO_2相变致裂技术布孔参数进行数值模拟优化,并在平煤十三矿进行了穿层强化预抽煤层瓦斯试验,对优化结果进行了验证。不同布孔方式、孔排间距参数下模拟试验和现场试验研究结果表明:同孔距下"隔二爆一"布孔方式其致裂后抽采效果优于"隔一爆一"布孔方式,最终确定平煤十三矿最佳布孔方式为孔距为6 m的"隔二爆一"式。

低透气性软煤层筛管护孔与CO_2相变致裂增透技术的联合应用

针对部分矿井煤层透气性差且煤质较软的特点,采用筛管护孔与CO_2相变致裂增透技术的联合应用进行现场试验研究,得出针对某矿当爆破深度为30 m时,采用50 m的筛管进行护孔相比未施工爆破孔且未下筛管的钻孔平均单孔瓦斯混合流量提高了4.2倍,瓦斯浓度提高了1.5倍,而相比只进行CO_2相变致裂增透而未下筛管的钻孔平均单孔瓦斯混合流量提高了2.4倍,瓦斯浓度提高了1.2倍。

王家岭煤矿CO_2相变致裂煤层增透技术应用研究

针对王家岭煤矿2^#煤层低透气性的特点，采用CO2相变致裂技术进行煤层增透现场实验研究，现场测试得出爆破深度在27～30m内，当爆破孔与控制孔间距1．5m时，单孔CH。抽采纯量和浓度分别提高至6倍和5倍，160min后CH。浓度衰减明显；当爆破孔与控制孔间距2．5m时，单孔CH4抽采纯量和浓度分别提高至4倍，120min后CH4浓度衰减明显。说明在30m爆破范围内，对于王家岭煤矿低透气性煤层CO2爆破短时间抽采效果明显。

液态CO_2相变致裂增透技术在低透气性煤层的应用

针对斜沟煤矿8#煤层透气性差、瓦斯抽采效率低的特点,通过理论分析及现场试验的方法,提出CO_2相变致裂增透技术;对比分析斜沟煤矿18205工作面爆破前后的瓦斯抽采参数,结果表明,实施CO_2相变致裂增透技术后,瓦斯抽采浓度和纯量均为实施前4倍以上,煤层透气性系数为实施前13.86倍,有效抽采影响半径为实施前3.75倍。液态CO_2致裂爆破技术有助于解决瓦斯抽采难题,保证了瓦斯抽采效果。