Theory and test research on permeability of coal and rock body influenced by mining

Stress distribution rules and deformation and failure properties of coal and rockbodies influenced by mining were analyzed.Experimental research on permeability of coaland rock samples under different loading conditions was finished in the laboratory.In-situmeasurement of coal permeability influenced by actual mining was done as well.Theoryanalysis show that permeability varied with damage development of coal and rock understress,and the influence of fissure on permeability was greatest.Laboratory results showthat under different loading conditions permeability was different and it varied with stress,which indicated that permeability was directly related to the loading process.In-situ testsshowed that permeability is related to abutment stress to some degree.The above resultsmay be referenced to gas prevention and drainage.

预裂炮孔近区煤体爆破损伤特性研究

为探究工作面预裂炮孔近区煤体动力损伤及应力传递过程,选用HJC、RHT损伤模型,对单孔装药及双孔爆破工况开展爆破模拟。研究结果表明:单孔爆破下RHT模型的损伤随时间呈近似线性增长,HJC模型的爆破损伤随时间呈二次函数增长;单孔爆破中峰值压力与爆心距呈二次函数;双孔爆破下HJC、RHT模型的爆炸近区压力峰值相差2.27%,但远区峰值压力差值≥8.0 MPa;双孔爆破下RHT模型应力波传播:两孔贯穿-后向外扩展;HJC模型应力波传播:由爆破孔向四周扩展,后作用孔间区域;单孔/双孔爆破中HJC模型能量吸收时间分别为RHT模型的6~10倍,RHT模型可表征煤岩爆破演化。研究成果可为工作面安全高效施工提供参考。

水力化煤层增透技术研究进展及发展趋势

增加煤层透气性是解决低透气性煤层瓦斯抽采难题的关键。煤岩体结构改造是煤层增透的核心问题,水力化煤层增透技术是煤岩体结构改造的有效途径。基于前期研究及文献调研,回顾了水射流和水力压裂技术的发展历程,综述了国内水力化煤层增透技术的研究进展。分析了理论研究和工程应用中存在的问题,指出增透机理尚未客观揭示、单项增透技术存在局限性、配套装备(特别是安全保障系统)不完善、效果考察体系不健全等因素制约了技术的推广。对总体发展趋势进行了展望,认为水力化煤层增透技术正朝着集成化、多元化和智能化的方向发展,加强理论研究、尽快完善装备、发展定向压裂等综合增透新技术、建立增透效果考察体系等方面是未来主要研究方向。

煤层气压裂新技术研究

中国煤层气单井产量普遍较低,已经成为煤层气产业发展的瓶颈。只有增大煤层改造体积和范围,加快煤层气解吸速度,才能提高单井产量。对此,对水力压裂过程中所产生的诱导应力进行了分析,并结合煤层渗透率对应力较为敏感的情况,认为诱导应力会导致煤层渗透率的显著降低,应避免这种情况的发生。针对常规压裂所存在的问题,并借鉴煤矿井下瓦斯增透所取得的效果和成功经验,提出了低压力、低排量、低砂比和大液量的压裂新技术方法,可沟通煤层内的天然裂缝,形成缝网,增大改造体积和范围。这一新的煤层气压裂技术方法,还需进行深入研究并结合现场试验不断完善。前景可观。

我国低渗煤层井下注气驱替增流抽采瓦斯技术进展及前景展望

我国大部分矿区煤层渗透率较低,注气驱替增流抽采瓦斯技术是提高低渗煤层瓦斯抽采效率的有效方法之一。分类梳理了我国低渗煤层瓦斯赋存特征,总结概括出高资源储量、低含气饱和度、多储层压力并存、低渗透性和复杂分区性5个特点。利用差异置信法、灰色关联法、置信区间计算法,分析了我国煤层瓦斯对井下注气驱替增流抽采瓦斯技术的适用性,获得6个影响注气驱替瓦斯效果的直接因素,影响度依次为:煤体普氏系数>瓦斯压力>渗透率>灰分>瓦斯含量>朗格缪尔压力常数;建立了适用于井下注气驱替增流抽采瓦斯技术的煤层参数筛选评价方法。根据注气驱替煤体瓦斯增流机制的不同,从气体因素、注能改性两方面厘清了注气驱替煤体瓦斯增流机制,气体因素增流机制包括:充能携载、分压促解、稀释促扩散、竞争吸附;注能改性增流机制包括:充能扩孔、促解扩孔、充能拓孔、脉冲气流损伤孔隙结构/展布裂隙网络。总结了注气驱替气源、工艺参数对瓦斯驱替效果的影响规律,简要介绍了井下注气驱替增流抽采瓦斯关键技术与装备、应用模式及应用效果。展望了我国井下注气驱替增流抽采瓦斯技术的未来发展趋势,具体包括:多学科深化注气驱替增流抽采瓦斯理论、多方法协同注气驱替增流抽采瓦斯技术、注气驱替增流抽采瓦斯工艺参数精准化、注气驱替增流抽采瓦斯装备智能化、煤层注-抽-掘-采衔接布局协调化。

高煤阶煤层气水平井和直井耦合降压开发技术研究

高煤阶煤层气低产低效区的普遍存在,已成为制约我国煤层气产业发展的主要瓶颈之一,为此,以山西沁水盆地郑庄区块开发为例,通过综合运用动态分析和数值模拟技术,对合理的开发技术进行了研究。针对该区块井距偏大,单井实际动用储量低,不能实现井间协同降压导致低产的问题,利用水平井开发煤层气的技术优势,创新地提出了水平井耦合降压盘活直井技术,通过分支井眼与直井压裂裂缝的相互交错串接,使煤储层裂隙间畅通,大幅提高了裂隙的导流能力,实现水平井和直井井间耦合降压,盘活低效区。研究结果表明:该技术在郑庄区块试验取得了显著的开发效果,4口加密水平井平均单井日产气4849m^3/d,产气量稳定,盘活邻井平均单井日增气量580m^3/d,提高了区域的储量动用程度和采出程度,因此建议在高煤阶煤层气低效区块广泛推广,可以有效提高地质储量的采出程度,整体盘活低效老井。

深埋藏高应力顺层水力冲孔煤体卸压规律及应用

为解决煤矿深部开采工作面煤与瓦斯突出危险性高的问题,以首山一矿12090工作面为工程背景,采用数值模拟方法分析了深埋藏高应力环境下采煤工作面顺层水力冲孔后的煤体变形和应力变化规律,得出结论:水力冲孔孔洞周围煤体朝向孔洞变形,有利于煤体内的裂隙发育和导通,进而提高煤体渗透率;冲孔区域煤体的水平应力有效降低,各冲孔孔洞形成的卸压区域相互连通,形成卸压条带,有利于瓦斯运移与抽采。依据数值模拟结果并结合实际工程,确定了首山一矿12090工作面水力冲孔工程方案:上帮钻孔角度为5~6°,下帮钻孔角度为-5~-4°;钻孔间距为4 m,每个冲孔孔洞长度为1 m,每个钻孔的冲孔孔洞间距为7 m,距巷帮30 m范围内不进行冲孔作业;冲孔水压为5~6 MPa,流量为120~160 L/min。实践表明:采用该方案后,每月成孔数达40个,成孔率达80%;冲孔钻孔瓦斯抽采浓度高、衰减慢,抽采50 d后冲孔钻孔内瓦斯体积分数为40%~60%,为普通钻孔的2~3倍,抽采120 d后冲孔钻孔内瓦斯体积分数仍有20%,水力冲孔有效提高了瓦斯抽采效果,降低了煤层瓦斯含量;回风流平均瓦斯体积分数降至0.5%以下;工作面平均日进尺由2.4 m增加至3.2 m,提高了生产率。

红阳二矿水力冲孔增透技术研究及应用

针对红阳二矿12煤层透气性低、底抽巷穿层钻孔瓦斯抽采效率偏低难以满足预抽要求的情况,基于水力冲孔卸压增透机理,提出采用水力冲孔和普通钻孔预抽相结合的钻孔布置方式进行高效抽采。研究结果表明:水力冲孔在低透突出煤层区域瓦斯抽采消突措施中应用效果显著,采取水力冲孔措施的34 d内,钻孔的平均瓦斯抽采浓度是普通钻孔的2.5倍,平均瓦斯抽采纯量是普通钻孔的4.4倍。

赵固二矿本煤层定向长钻孔水力压裂增透技术研究

为了提高井下低透气性煤层瓦斯抽采钻孔瓦斯抽采效果,开发了适合中等偏硬低透煤层裸眼钻孔高压稳定封孔装备,采用了本煤层定向长钻孔整体水力压裂增透技术,分析了本煤层定向长钻孔水力压裂增透机理,并进行了水力压裂强化增透试验。根据压裂施工过程中压裂参数变化规律,利用压裂前后煤层全水分和钻孔瓦斯参数变化对比,综合考察和评价了水力压裂增透效果和影响范围。研究表明:压裂过程中最大注水压力24. 6MPa,发生多次明显压降,最大压降5. 2MPa。水力压裂增透后,煤层瓦斯日抽采纯量提高了12. 70倍,百米钻孔瓦斯抽采量提高了2. 67倍,压裂最大影响半径达到了38m,平均超过30m,提高了瓦斯抽采效率。

高瓦斯低透气性煤层深钻孔高压水力割缝增透技术

为提高新田煤矿M9煤层瓦斯抽采效果,解决低透气性突出煤层抽采效率低及应力主导型煤层卸压效果差的难题,以新田煤矿1901工作面为研究背景,分析了深钻孔超高压水力割缝卸压增透机理,采用深钻孔与高压水力割缝相结合增透技术,加快了1901掘进工作面抽采效率,减少了抽采达标时间,实现了1901掘进工作面'安全、科学、精准、经济、高效'的瓦斯灾害防治,有利于煤矿安全高效生产和可持续健康发展。

松软底板低透煤层加固-增透-封堵预抽技术研究

以鹤壁十矿松软底板低透二1煤层为例,在研究分析钻场瓦斯抽采浓度偏低原因的基础上,提出了对底板围岩预先带压注浆封堵裂隙并加固围岩稳定性、掏穴强化增透和带压注浆封孔的强化松软底板低透煤层预抽关键技术。现场应用实践表明,强化松软底板低透煤层预抽关键技术实施有效提高了瓦斯抽采浓度,为相似地质赋存条件下煤层开采的瓦斯抽采设计提供了重要依据。

屯兰煤矿高瓦斯煤层液态CO2增透技术的试验研究

为了改善屯兰煤矿的瓦斯抽采效果,采用液态CO2预裂技术对原始煤体进行预裂增透。研究结果表明:液态CO2预裂技术对原始煤体增透后,预裂钻孔百米钻孔瓦斯流量平均为0.029 m3/(min·hm),相比于未预裂钻孔的百米钻孔瓦斯流量0.01 m3/(min·hm)提高了3倍;预裂钻孔平均抽采量为0.061 3 m3/min、而未预裂钻孔抽采量仅为0.023 m3/min,预裂钻孔抽采量比未预裂钻孔抽采量提高了2.66倍。

肖家洼煤矿液态CO_2预裂增透技术试验研究

为了提高肖家洼煤矿的瓦斯抽采效果,提出采用液态CO_2致裂煤层增透技术对原始煤体进行预裂增透的方法。研究结果表明:肖家洼煤矿爆破孔的间距为4 m时,煤层的爆破效果最理想;煤体预裂后钻孔百米钻孔瓦斯流量平均为0. 026m^3/(min·hm),同比原始钻孔的百米钻孔瓦斯流量0. 013m^3/(min·hm)提高了2倍;致裂增透后钻孔的平均抽采量比致裂前钻孔抽采量提高了2. 4倍。

导向槽定向水力压穿防突技术研究及应用

针对中兴煤业2号煤层瓦斯抽采及消突效果差等问题,基于水力割缝和水力压裂在煤层增透的良好效果,提出了通过射流深穿透射孔技术预设导向槽和布置控制钻孔实现定向水力压裂,并将压裂孔与控制孔之间压穿,优化了导向槽定向水力压穿防突技术工艺参数。通过现场试验表明,实施导向槽定向水力压穿作业的钻孔瓦斯抽采浓度、瓦斯抽采流量均有大幅提高,验证了导向槽定向水力压穿防突技术可大幅增加煤层透气性,从而提高抽采效果,达到消突的目的。

水力冲孔技术在平煤八矿瓦斯卸压抽采的应用

为了有效预防平煤八矿己_(15)-14140工作面煤与瓦斯突出灾害的发生,采用水力冲孔技术进行煤层瓦斯卸压抽采治理,并重点分析了水力冲孔前后瓦斯涌出初速度q和钻屑量S值、瓦斯压力、瓦斯流量、煤层透气性系数等参数的变化规律。

水力冲孔卸压增透技术研究

为了增加煤矿瓦斯抽采量,缩短瓦斯抽采时间,理论研究了水力冲孔破煤机理,对喷嘴进行了选型;采用FLAC 3D数值模拟软件,模拟分析了水力冲孔后煤体应力、位移分布及不同孔径下煤体应力和位移的关系,并进行了工业试验,采用水力冲孔技术后,瓦斯抽采效果明显。研究为有效防范煤与瓦斯突出提供了技术支持。

单一低渗煤层井下增透技术研究现状与展望

为了系统总结我国单一低渗煤层井下增透技术研究现状,并梳理主要发展方向,为煤矿瓦斯治理和科技发展布局提供决策参考,从技术原理、装备组成、施工工艺等方面入手,对增透技术研究现状进行了归纳总结。重点介绍了水力化技术、爆破类技术、钻探类技术的最新进展和其他增透新技术,分析了各类技术存在的主要问题,并对发展趋势进行了展望。认为提高单项技术的有效性,发展复合型增透技术,发展井上下联合压裂区域化增透技术,发展深部复杂地质条件下增透技术,提高技术的协同化、智能化、无人化水平,建立完善的单一低渗煤层增透技术体系是未来主要研究方向。

顺层钻孔水力压裂增渗技术在单一低透气性煤层的应用

常规技术与参数进行瓦斯抽采难以满足要求,故采用水冲击压裂煤层在单一低透气性煤层改善低透气性,利用冲击力二次破坏煤体使原生裂隙扩展贯通,从而提高煤体透气性。寺家庄矿15301工作面采用顺层钻孔水力压裂增渗强化抽采技术,结果表明,压裂区相较非压裂区平均瓦斯浓度与瓦斯纯量有明显提高,瓦斯浓度提高6倍。

低渗透煤储层煤层气高效开采技术途径研究

煤层气是一种具有很大开发价值的清洁能源,我国煤层气的储量十分丰富,但是受到煤储层地质条件复杂、渗透率低等条件的影响,我国煤层气开采效率较低,限制了煤层气的开发。因此,如何提高煤储层低渗透,从而提升煤层气的开采效率,成为相关行业发展急需解决的问题,基于此,本文对低渗透煤储层煤层气开采的有效途径进行了深入的探讨。

高压空气冲击条件下煤体气体压力分步模拟研究

煤层渗透性严重影响着矿井瓦斯抽采及瓦斯突出防治工作,而我国井田内煤层多为低透气性突出煤层。为提高低透气性煤层的渗透性采用高压空气冲击煤体增透技术,以多孔介质渗流理论为基础,结合高压空气冲击煤体的气体压力变化,应用有限元软件实现了用不同压力值的高压空气多点连续式冲击煤体的模拟计算。研究表明:高压空气压力影响着煤体的透气性,且煤层中的气体压力分布范围随着冲击煤体的高压空气压力值的升高而逐渐增大;距离自由面越近煤体受到的冲击越大,而深部煤体的影响相对较小。