Analysis on performance and test of a new type of ultra-high pressure pipe joint

Analysis as well as application of ultra-high pressure hydraulic system and elements has become a trend. The structure and operation principle of a new type of ultra-high pressure pipe joint is introduced. The structure of the new type of ultra-high pressure pipe joint is simple and is easy to be produced. The finite element model on two working conditions( preload condition with 30 N·m torque and static-loading condition with 70 MPa pressure) is built and computed. The width of contact area,the equivalent stress status,as well as the contact pressure status are plotted and analyzed. According to the national standard,test on air-tightness,blasting,and cyclic endurance is conducted and the results show that the new type of ultra-high pressure pipe joint has the sealability for ultra-high pressure up to 70 MPa,and the DN6 ultra-high pressure pipe joint can provide effective seal under70 MPa fluid pressure. The research can provide a thinking and method on designing ultra-high pressure pipe joint and push forward the development of ultra-high pressure hydraulic system.

底板动压巷道压裂弱结构体应力转移控制技术

为了满足煤矿安全生产的需要,许多巷道都会布置在煤层底板中,如部分运输大巷、排水巷道、瓦斯抽采巷道等。采动应力容易造成底板巷道围岩应力升高,加剧底板巷道围岩变形,造成支护永久失效、顶板下沉、巷道底鼓、两帮收敛等破坏。针对此,提出了在应力传递路径上实施水力压裂,在指定的区域制造出一定空间形态的水压裂缝网,形成压裂弱结构体,实现区域范围内的应力转移,从而降低巷道区域范围内的应力,控制巷道的围岩稳定性的控制技术,并通过理论分析及现场工程验证等方式,揭示了底板动压巷道压裂弱结构体应力转移的力学机制,建立了相应的力学模型,对压裂弱结构体的合理位置、范围等影响因素进行了求解。得出:(1)压裂弱结构体使局部应力场发生明显变化,出现应力升高区和应力降低区,应力降低区主要分布在弱结构体与采动应力连线的方向上,主要集中在一个拱形的范围内;由于膨胀效应,在与应力来源垂直的方向上产生应力集中,出现应力升高区。(2)最大主应力变化幅度与压裂弱结构体的长轴长L、短轴长H、到巷道的距离P、与巷道连线的水平夹角β、压裂层的强度C及内摩擦角α、压裂的损伤变量D等有关。其中到巷道的距离P对卸压效果影响最大,损伤变量D对卸压效果影响最小。(3)采用提出的计算方法设计了淮北矿业集团袁店一矿的103运输集中巷的卸压方案,工程应用结果表明,底板动压巷道变形速率明显减缓,验证了底板强动压巷道压裂弱结构体应力转移模型的合理性。

坚硬顶板切顶卸压技术对巷道围岩变形规律影响

针对特厚煤层坚硬顶板、宽煤柱条件下临空巷道面临的高围岩应力、大变形等问题,以老石旦煤矿16403综放工作面为工程研究背景,从宽煤柱顶板侧向破断结构角度对临空巷道大变形的影响因素进行了理论分析,采用数值模拟方法研究了对16402运输巷实施不同切顶卸压方案时,临近采空区的16403回风巷侧向顶板采动应力传递规律,并在现场施工水力压裂钻孔进行切顶卸压,实现临空巷道围岩变形控制。研究结果表明:“低位坚硬岩层悬臂梁+高位坚硬岩层砌体梁”破断结构是特厚煤层宽煤柱临空巷道大变形的主要原因,可采用切顶卸压技术破坏宽煤柱顶板侧向破断结构来控制临空巷道围岩大变形;切顶角变化可使关键块B长度发生改变,切顶角越大,则关键块B长度越小,临空侧顶板载荷向煤柱传递的程度越弱,临空巷道围岩承受的采动应力越小,切顶角为100°时临空巷道围岩垂直应力与变形量最小;在16402运输巷以切顶角100°施工水力压裂钻孔后,16403回风巷顶底板变形量较未实施切顶卸压的16402回风巷减小86.5%,两帮变形量减小87.1%,临空巷道围岩稳定性得到极大提高。

坚硬顶板高压水力切顶技术的切顶角度力学机制分析

为探究顶板的垮落倾角与水力钻孔角度对切顶卸压作用的力学机制,根据“砌体梁”关键块理论对切顶破断结构进行了力学分析,提出了基于关键块结构的“砌体梁”径向力模型与轴向力模型并进行了理论解析。运用COMSOL数值模拟软件,分析了不同角度下水力切顶钻孔的最大主应力分布特征。结果表明:切落顶板所受径向力会随垮落倾角的增加而上升,导致切顶后难以充分卸压。切落顶板所受轴向力随倾角的增加而逐渐降低,致使顶板更容易发生垮落。当水力切顶的角度小于45°时,垂直地应力对钻孔中部的压缩作用明显,对水力压裂起抑制作用。当切顶钻孔角度大于60°时,钻孔整体承受拉应力,有利于水力裂缝的扩展。

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。

潘二矿顶板岩层水力压裂切顶卸压护巷技术研究与实践

针对潘二矿采区系统巷道受工作面回采多次采动影响巷道严重变形难以维护的问题,采用数值模拟、理论分析、现场试验相结合的方法,提出了顶板岩层水力压裂切顶卸压护巷技术,并进行了工程实践。结果表明:在工作面采动应力影响范围外超前对顶板坚硬岩层进行水力压裂,顶板岩层在高压水的作用下发生拉破坏,产生水力裂缝,高压水使水力裂缝与原有裂隙贯通,在保压作用下不断扩展,在顶板坚硬岩层中形成明显的人工裂缝,破坏了顶板岩层的完整性,阻断了采动应力在岩层中的传递,减小了超前支承压力的影响范围。在18215工作面收作期间,采区系统巷道变形量较小,保证了采区系统巷道的正常使用,取得了较好的卸压效果。

同忻矿山小煤柱工作面矿压综合治理技术试验研究

同忻矿8210小煤柱巷道虽处于采空区侧向应力降低区内,围岩应力环境较好,但同时也伴随着巷道围岩整体松软破碎,小煤柱整体完整性较差,承压能力弱,不利于巷道维护,也为矿山工作面安全管控带来一定隐患。因此,同忻矿山决定开展小煤柱工作面矿压综合治理研究,采用初采切眼爆破放顶、尾巷爆破切顶卸压及头巷水力致裂工艺降低矿压影响,提升初采期间顶煤回收率,控制巷道变形。试验结果表明,初采切顶爆破效果良好,初次来压步距及来压强度得到有效缩短弱化,初采可放煤距离大大缩短。尾巷切顶卸压成功爆破400个孔,围岩控制率提高了37%。头巷超长孔定向水力压裂效果良好,裂隙发育充分,达到预期效果。

大采高工作面回撤通道水力压裂卸压与矿压规律研究

工作面进入末采阶段时与回撤通道的距离逐渐缩短,煤柱逐渐进入塑性破坏状态。为探究回撤通道围岩灾变过程,计算了回撤通道后方保护煤柱的安全宽度,依托数值模拟方法研究了煤柱宽度渐变条件下垂直应力演化规律,分析了煤柱渐进破坏机理,并实施了水力压裂卸压治理技术。研究结果表明:回撤通道前方煤柱的垂直应力分布存在“马鞍”形-“平台”形-“陡峰”形的变换规律,可将采动应力的影响划分为稳定阶段、叠加阶段、突变阶段和转移阶段。以柠条塔煤矿为例,开展了水力压裂卸压技术,包括注水压力、钻孔间距、钻孔压裂段数等参数的计算和现场布置方案。工作面与回撤通道贯通期间的支架阻力最大平均值为4 278 kN,活柱下缩量与来压步距得到了有效控制,顶板下沉量为145~200 mm,两帮变形量为340~450 mm,表明水力压裂技术取得了良好的卸压效果。

采煤工作面巷道水力压裂切顶卸压技术研究

某煤矿2304工作面悬顶垮落,造成巷道变形严重。采用水力压裂切顶卸压技术破坏顶板岩层完整性,减小顶板垮落对工作面的破坏。现场工程实践表明,卸压后巷道最大顶底板变形量均在安全范围内,水力压裂切顶卸压取得良好的施工效果。

工作面巷道高压水力切顶卸压技术研究

为降低采动压力对景福煤业15107进风顺槽、采区运输大巷的影响,将高压水力切顶卸压技术应用到了15106回风顺槽中,并具体分析了其应用效果。15106回风顺槽高压水力切顶后可切断15106采空区顶板应力传递路径,实现了采空区顶板的及时垮落,从而降低了采动压力对邻近回采巷道及采区大巷的影响。工程应用后,15107回风顺槽顶底板、两帮位移量分别为134、193 mm,变形量较未压裂段降幅分别达到了82.6%、70.4%,运输大巷顶板下沉量控制在了31~40 mm之间,工程应用效果显著。

新景公司15317工作面超前水力卸压技术分析研究

本文对新景公司芦南15号煤辅助运输巷750~950 m区段多处出现底板鼓起、浆皮脱落、工字钢梁弯折、锚索破断、矿压显现明显的问题进行了分析,并指出即将回采的15317工作面会对芦南15号煤辅助运输巷动压扰动,因此决定对芦南15号煤辅助运输巷750~950m区段应用水力压裂卸压技术,并提出了相应的水力压裂卸压方案。实践表明,卸压方案实施后,巷道变形量小,不再需要二次整巷,卸压效果良好。

基于ZGF-100(A)型超高压水力割缝成套装备的煤层卸压增透效果考察试验

为了解决矿井深部区域高瓦斯难抽煤层抽采工作量大、抽采效果差的问题,提出了采用超高压水力割缝技术强化煤层瓦斯抽采。该技术可充分改变煤体结构,增加透气性,改善抽采效果。基于ZGF-100(A)型超高压水力割缝成套装备,以小宝鼎煤矿12393-2工作面作为试验区,开展了顺层钻孔水力割缝抽采效果考察试验。结果表明:在采用合理的水力割缝技术参数下,割缝组相较于普通组瓦斯抽采浓度提高约1.02倍,抽采纯量提高约2.36倍,抽采达标时间缩短约54.2%,抽采效果显著。

沁城煤业综采工作面水力压裂卸压技术研究

沁城煤业综采工作面开采过程中,由于上部关键层不能及时、充分垮落,在护巷煤柱上方形成悬臂梁结构,导致巷道变形大,出现底鼓和帮鼓现象,影响巷道的安全、正常使用。为了解决这一问题,经过分析研究,决定在该矿20106工作面和20107工作面停采线位置、20107工作面与20108工作面切眼位置、20107工作面回风巷(辅助进风巷)进行水力压裂顶板弱化卸压试验,并制定了相关压裂方案。实践表明,设计的卸压方案实施后,顶板可以及时垮落,减小了悬顶长度,解决了尾巷和大巷变形大的问题,降低了巷道返修量,保证回采安全。

水力压裂技术在煤层压裂工程中的应用分析

尹家沟煤矿3110掘进工作面运输顺槽和切眼围岩存在变形严重、支护工程量大的问题。根据3110工作面顶板条件和施工条件,采用水力压裂技术施工,并选取部分地块进行工业性试验,经过监测数据的分析发现,巷道两帮和顶板的变形量均有一定程度的减弱,其中底鼓变形量的降低最为显著。

龙泉公司4205工作面顶板长钻孔水力压裂技术研究

龙泉能源发展有限公司4203工作面在开采时巷道应力显现强烈,巷道底鼓和两帮变形量较大,严重影响了工作面安全生产和推采速度,为了保障相邻的4205工作面能顺利开采,决定对该工作面两顺槽顶板进行卸压。分析了目前应用较广的深孔爆破和水力压裂卸压技术,决定采用水力压裂,并根据4205工作面实际情况,设计了水力压裂方案。实践表明,设计的卸压方案实施后,顶板可以按计划有序垮落,底鼓和两帮变形得到有效控制,保障了4205工作面安全高效开采。

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。

基于FLAC^(3D)的余吾煤业回风顺槽水力压裂切顶卸压效果研究

为探究水力压裂在煤矿顶板卸压中的应用效果,以余吾煤业S5207工作面为背景,利用FLAC^(3D)分别模拟有无采用水力压裂切顶卸压的开挖模型,对S5207回风顺槽围岩变形情况及围岩塑性区发育形态进行分析。研究结果表明,在水力压裂切顶卸压条件下S5207回风顺槽最大水平位移出现位置大体不变,水平位移最大值大幅减小;在进行水力压裂卸压后S5207回风顺槽顶底板最大竖向位移比无水力压裂切顶卸压条件下分别减小20%和47%;水力压裂卸压后S5206胶运顺槽与S5207回风顺槽之间岩体塑性屈服面积明显减小,有效保证了S5206胶运顺槽与S5207回风顺槽之间岩体的稳定性。

水力切顶卸压技术的研究与实践

燕子山矿自推广应用了小煤柱护巷技术以来,小煤柱临空巷道煤柱受采煤扰动影响,出现巷道变形量大、支护难度大等难题,严重影响安全生产。鉴于此,燕子山煤矿采取的水力切顶卸压技术,利用高压水力切割形成定向裂缝,配合使用膨胀剂实现切孔贯穿;该技术的作用原理是在高压水力切割形成深度300 mm左右的定向裂缝的基础上,再使用膨胀剂扩展裂缝至600 mm左右,实现间距为1.0 m的预裂钻孔的径向贯通,有效实现大面积悬顶的切断。在8210进风平巷的应用效果表明,该技术能够有效切断8210巷道煤柱侧顶板,削弱了8210工作面顶板的完整性、减小甚至消除了相邻采空区侧向支承压力对小煤柱沿空巷道产生的不利影响,预裂后的端头坚硬顶板在采空区及时垮落,彻底解决小煤柱临空巷道变形量大、支护难度大等难题。

水力压裂初次放顶技术在厚顶板综采面的应用

为解决煤矿厚顶板初次放顶中存在的问题,以国能神东煤炭集团有限责任公司哈拉沟煤矿为工程背景,结合工作面顶板条件,分析了实施水力压裂放顶的必要性和基本原理,设计了水力压裂放顶方案和具体参数。结果表明,水力压裂后工作面的顶板能够迅速、逐层地垮落,采空区悬顶现象得到有效治理,保障了工作面安全生产。

纹层型页岩油储层裂缝扩展机理及工艺对策

针对纹层型页岩油储层纵向非均质性强,水力裂缝起裂与扩展机理不明的问题,采用离散元裂缝模拟和水力压裂物模实验相结合的方法,研究了垂向地应力差、压裂液黏度、泵注流程以及射孔簇间距等因素对纹层型陆相页岩油储层裂缝扩展形态的影响规律。结果表明:层间弱结构面的脱黏滑移是造成纹层型页岩油储层缝高纵向扩展停滞的重要原因,垂向主应力差越小,层理面越易被激活,缝高增长受到抑制;采用高黏度和低黏度压裂液交替泵注有利于实现水力裂缝的纵横向均衡扩展,实现储层的三维立体开发;减小射孔簇间距、增加射孔簇数可显著提高水力裂缝面积,增大油藏泄流面积。该研究结果对于实现纹层型页岩油储层纵向上的深穿透改造,提高单井产量具有重要的指导意义。