利用CO_(2)气相压裂技术提高煤层透气性:以吉宁煤矿为例

为破解复杂低渗高瓦斯煤层瓦斯治理技术难题,本文以山西华晋吉宁煤矿2号煤层2203工作面为研究对象,通过采取CO_(2)气相压裂增透技术,对4组(共12个)抽采钻孔的瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采纯量进行分析,得出有效致裂影响范围,进一步评价瓦斯抽采效果和防突效果。结果表明:该地质单元的有效致裂裂缝影响范围为6~7 m;常规抽采孔的瓦斯抽采纯量为0.018 m^(3)/min,与其相比,4组抽采钻孔百米瓦斯抽采纯量平均值为0.179 m^(3)/min,提升了8.9倍;在衰减区域,瓦斯抽采浓度均值64.7%、纯量均值0.150 m^(3)/min,在稳定区浓度,瓦斯抽采均值为73.2%、纯量均值0.188 m^(3)/min,相比稳定区域瓦斯抽采参数更高。该技术有效增大了2号煤层的透气性,提高了瓦斯抽采效率和煤巷掘进速度,减少了钻孔施工投入,缓解了采掘接替紧张的局面。

润东煤业综放工作面CO_(2)爆破顶煤技术研究

针对润东煤矿放顶煤开采工作面推进后顶煤坚硬不易断裂并呈大块状态,无法进入后部溜槽的问题,结合CO_(2)预裂爆破的特点,在工作面两巷道距切眼20 m外使用炸药进行预裂爆破、工作面机头机尾段各15 m范围采用CO_(2)预裂爆破技术进行顶煤预裂爆破试验,并对现场实施过程中存在的问题进行了改进。通过在巷道两侧提前用炸药爆破和切眼范围内用CO_(2)预裂顶煤爆破两项措施的结合,CO_(2)致裂爆破区域支架后方顶煤大部分垮落。工作面煤块大块率由40%降低至5%,块煤基本可顺利进入后部溜槽,提高了煤炭回收率,经济效益显著。

CO_(2)相变爆破致裂管内压力变化试验研究

为研究CO_(2)相变爆破过程中致裂管内压力变化规律,通过现场试验获得压力与时间关系曲线,并且通过改变CO_(2)充装质量、激发药剂质量和泄能片厚度,获得致裂管中压力变化规律,采用试验参数计算出73型号致裂器爆破当量。研究结果表明,致裂管体不同位置处达到的峰值压力不同,最大处峰值压力比最小处峰值压力高1.30~1.67倍;爆破过程致裂管中压力变化分为4个阶段,泄压阶段极为迅速,在数微秒间,并且随CO_(2)充装质量增大而增加;在CO_(2)充装质量1100 g、激发药剂质量180 g和泄能片厚度4.0 mm条件下,该型号致裂器爆破当量最大为0.378 kg乳化炸药,研究成果为工程应用提供技术参考。

保德煤矿CO_2预裂爆破增透技术试验研究

介绍了液态CO_2预裂爆破增透技术原理及预裂装置。现场试验表明:预裂爆破后煤层透气性系数增大了2.0~6.8倍,预裂钻孔浓度提高1.38倍;预裂钻孔的百米钻孔瓦斯抽采量是对比孔的4.6~11.5倍。试验取得较好的效果。

CO_(2)预裂增透技术在屯兰矿的应用

为解决西山煤电井下工作面瓦斯抽采浓度低、流量小的问题,采用数值模拟及现场实测等研究手段,探索液态CO_(2)预裂爆破轴向影响距离变化规律,分析得到爆破前后煤层钻孔瓦斯抽采有效影响半径可由1.6 m增大到4.0 m;通过屯兰矿22306工作面及28115工作面进行的工业试验,结果表明:CO_(2)预裂爆破后瓦斯抽采浓度及抽采混合流量均有不同程度的提高。

液态CO_(2)相变爆破孔网参数优化研究

为优化液态CO_(2)相变爆破钻孔布置参数,研究双孔同时起爆应力波的传播特征、控制孔对煤体裂隙扩展规律的影响,基于LS DYNA有限元软件模拟分析单孔爆破、双孔不同孔间距爆破及添加控制孔爆破的裂隙扩展特征,并在山西某矿15号煤层进行液态CO_(2)相变致裂现场试验。结果表明:液态CO_(2)单孔爆破的有效致裂半径为2.16 m;双孔爆破有效致裂半径为2.54 m,较单孔有效致裂半径提高了17.59%。随着炮孔间距的增大,两炮孔中间连线贯通区由完全贯通演化至非连续贯通,当孔间距为5 m时,致裂效果最好。含控制孔爆破较双孔爆破有效致裂半径提高了8.27%,控制孔主导了爆生主裂隙的定向扩展及孔壁环向裂隙的生成,裂隙扩展速度和影响范围均有显著增加。液态CO_(2)相变致裂后,平均瓦斯抽采体积分数提高了2.68倍,平均瓦斯抽采流量提高了6.09倍。

液态CO_2预裂爆破增透技术试验研究

针对低透气性高瓦斯煤层,开发了液态CO2深孔预裂爆破技术及装备。阐述液态CO2预裂爆破的机理并开展现场试验。试验表明,预裂爆破后影响半径可达12m以上,抽采负压最大达到13998.8Pa;预裂钻孔及其影响范围内的抽放钻孔瓦斯浓度都有明显上升,部分钻孔抽采浓度能提高50%以上;预裂后钻孔瓦斯抽采流量显著提高,单孔最大抽采量达385.8m3/d,累计瓦斯抽采量能达到普通钻孔累计瓦斯抽采量的2~6倍;预裂后日均瓦斯抽采量长时间维持在一个较高水平,衰减系数不到普通钻孔的1/2。

深孔控制CO_2预裂爆破在煤巷掘进消突中的应用

煤与瓦斯突出是威胁矿井安全生产的灾害之一,消突对于煤矿高效生产具有重要意义。以余吾煤业为试验矿井,采用深孔控制CO2预裂爆破技术进行煤巷掘进局部防突,并对预裂后的效果进行分析,监测结果表明:CO2预裂后防突指标及可解析瓦斯含量基本不变,且防突效果与迎头打释放孔效果相当;CO2预裂能使迎头煤体松动,化解可能存在的"瓦斯包",且在一定程度上提高瓦斯在煤体中分布的均匀性;瓦斯纯流量变化受抽采负压影响较大且抽采效果较预裂前有所提高;CO2预裂促进了煤巷的快速掘进。

山西襄矿集团上良煤业32206工作面CO_2预裂爆破增透消突试验研究

上良煤业是煤与瓦斯突出矿井,煤层属于低透气性煤层。针对上良煤业低透气性煤层瓦斯抽采难题,以该矿32206首采工作面为试验工作面,应用CO2预裂爆破增透技术,提高了煤层的透气性及瓦斯抽采率,降低了煤层瓦斯含量和瓦斯压力,消除了工作面煤层的突出危险性,技术效果显著,可为类似煤矿煤层瓦斯抽采提供借鉴。

CO_(2)预裂爆破技术在初次放顶过程中的应用

燕子山矿4^(#)煤层8204工作面在初采期间老顶为粗、中、粉粒砂岩,岩体节理裂隙率低、稳定性好,导致老顶初次折断距离过大,老顶的集中垮落易造成矿压显现、瓦斯异常涌出等危害,设计应用了CO_(2)预裂爆破技术。应用效果表明该技术能够有效控制工作面初次放顶距离,避免了初采期间老顶集中垮落造成矿压显现、瓦斯异常涌出等难题,并且该技术不产生超标的毒害气体,安全环保。

寺家庄矿CO_2预裂爆破强化抽采技术试验研究

通过CO_2预裂爆破使钻孔壁产生径向环形的破裂圈,这在增加了煤层透气性的同时,煤层中CO_2置换解吸CH_4,还促进了瓦斯抽采效果,依据寺家庄矿的实际突出特点,在寺家庄矿掘进工作面进行CO_2预裂爆破强化抽采技术试验。结果表明,爆破后钻孔瓦斯抽采量增加了65.5%,瓦斯抽采浓度也提高8%,经过强化抽采后,钻孔控制范围内的煤层瓦斯含量大幅度降低,掘进效率极大提高。

CO_(2)预裂爆破技术在塔山煤矿8222工作面实践应用

工作面老顶折断距离过大造成采空区瓦斯大面积、长时间涌出,引发瓦斯涌出事故,是困扰煤矿安全开采的难题。塔山煤矿8222工作面采用了CO_(2)预裂爆破技术对古塘悬板进行主动破坏致其垮落,应用效果表明该方案能够有效地解决煌斑岩不规则侵入导致的老顶初次折断距离过大、古塘悬板不及时垮落问题。经过检测,CO_(2)致裂技术实现了老顶垮落率达到85%以上。

CO_2爆破预裂增透试验研究

影响瓦斯抽采效果的主要因素是煤层透气性,为提高瓦斯抽采效果,常村煤矿实施了CO_2爆破预裂增透技术,通过构建ANSYS3D数学模型,研究不同应力下应力波在煤体中的传播范围,分析主裂隙及次生裂隙的发育。现场实践证明,在抽压应力、爆破应力作用下煤层裂隙发育具有明显差异,抽采纯量显著提高,为常村煤矿瓦斯治理提供了指导。

CO_2深孔控制预裂加快工作面巷道掘进试验研究

为了缓解煤矿生产过程中的采掘接替紧张的问题及应对新的《煤矿安全规程》中工作面巷道掘进安全距离更为严格的要求,通过分析CO_2深孔控制预裂技术提高工作面巷道掘进速度的原理,并在余吾煤业N1101工作面的巷道进行工程实验,从CO_2预裂对静态下的煤体参数的影响和采动态变化的巷道掘进过程中煤体参数的变化两方面进行试验,并对预裂前后的日进尺量及回风巷的瓦斯浓度进行了统计。研究结果表明,预裂之后煤体K_1值和S值变化明显,日进尺量提高幅度为30%~100%,回风巷瓦斯浓度降低幅度为16.7%。证明了此技术在降低掘进工作面煤与瓦斯突出风险的前提下,加快了煤体瓦斯解吸速率,提高了工作面巷道掘进速度,缓解了采掘接替紧张的难题。

CO_(2)预裂爆破技术在马兰矿的应用

依据CO_(2)预裂爆破技术原理,马兰矿在12408工作面、12505工作面采用CO_(2)爆破方法增加煤层透气性,结果表明:爆破后,2个工作面的瓦斯抽采量均有不同程度的提高,取得了预期效果。

密相/超临界CO_(2)管道全尺寸爆破试验综述

密相/超临界CO_(2)管道止裂韧性预测是世界范围内研究的热点和难点问题,目前已有的止裂韧性预测模型尚不能准确预测密相/超临界CO_(2)管道的止裂韧性。超临界CO_(2)管道全尺寸爆破试验是确定超临界CO_(2)管道止裂韧性的最佳方法,目前全球范围内仅有11次超临界CO_(2)管道全尺寸爆破试验,国内尚属空白。从基本情况、试验工况和参数、试验目的和结果等几个主要方向细致分析、总结和对比现有CO_(2)管道全尺寸爆破试验,为后续国内CO_(2)管道全尺寸爆破试验的开展提供理论指导和数据支撑,为CO_(2)管道设计和工程应用提供有力的参考依据。

CO_(2)预裂增透技术在矿井瓦斯抽采中的应用

文章针对阳泉煤业煤矿的瓦斯抽采问题,采用CO_(2)预裂增透技术在寺家庄煤矿15203工作面开展了工业试验,试验共施工钻孔11个,进行了3次预裂,对预裂前后瓦斯浓度及瓦斯含量数据进行了对比分析。结果表明:在预裂范围内以预裂孔为轴心存在一个明显的CO_(2)预裂“置换、驱替”环;预裂前煤层瓦斯含量平均为9.26m^(3)/t,预裂后经33天抽放后煤层瓦斯含量平均为6.80m^(3)/t,相比预裂前下降2.46m^(3)/t,下降幅度为26.6%。

高压CO_(2)预裂增透解吸技术在松软厚煤层的应用

为了提升霍尔辛赫煤矿松软厚煤层钻孔瓦斯抽采效果,采用数值模拟分析论证了CO_(2)预裂增透技术在松软煤层中的可行性,现场应用后煤层瓦斯含量降低了45.6%,瓦斯抽采浓度提高了3.63倍,瓦斯抽采纯量提高了2.53倍,相较于传统本煤层预抽技术,每个回采工作面可节约成本46.96万元,实现了矿井的本质安全和降本增效。

坚硬顶板切顶预裂爆破在锦程矿10-201工作面的应用

针对锦程矿10-201综放工作面坚硬顶板初次来压步距大的问题,采用深孔预裂爆破的方式对K_(2)石灰岩顶板进行预裂,介绍了预裂爆破方案设计参数,现场应用后达到了减小初次来压步距的目的。

E0103工作面CO_(2)预裂技术数值模拟研究

本文研究矿井为煤与瓦斯突出煤矿,E0103工作面存在煤与瓦斯突出危险性。为提高该工作面煤与瓦斯抽采效率,该煤矿在巷道掘进过程中运用CO_(2)预裂技术进行增透,然后进行抽采工作。本文对CO_(2)释放过程中煤岩渗透率分布情况进行数值模拟研究,建立含瓦斯煤流-固耦合模型及CO_(2)与瓦斯解析置换方程,运用软件COMSOL并结合MATLAB对预裂技术实施过程进行数值模拟,得出工作面使用预裂技术过程中不同时间段煤岩渗透率分布云图。结果表明:模拟结果同现场深孔快速取样的样本分析结果基本一致。