煤层超高压定点水力压裂防冲工艺研究

针对煤矿高动压区域掘进巷道过程中缺乏区域化卸压方法的现状,基于煤层注水压裂防冲机理,通过长钻孔控制性压裂工艺研究,提出了煤层超高压定点水力压裂防冲工艺。为检验该技术的可行性,在华丰煤矿进行了现场工业性试验,联合采用微震监测系统、应力动态实时监测系统与管路压力传感器,对试验过程中煤岩体微震破裂事件、煤岩体应力变化情况和管路压力进行了监测分析,证明了该技术能够大幅度降低冲击煤层的危险性。     

基于井下煤层水力压裂的微震时空发育规律研究

为了研究井下煤层水力压裂过程中的微震活动规律,以龙凤煤矿首采区1905工作面开展的UDFD瓦斯治理项目为工程背景,采用KJ1073微震监测系统对压裂过程进行实时、动态的监测。监测研究表明：（1）微震事件的发育具有时间效应,发育范围随压裂时间的增加逐渐扩大,微震事件能量具有周期性,分析与煤岩体裂隙扩展相关：煤岩体弹性压缩→加速扩展→减速扩展→煤岩体弹性压缩的一个循环过程;（2）微震事件发育方向与压裂液体流动的方向、煤体的倾角方向基本一致,发育范围最长为184 m,最短为100 m,垂向集中在9#煤层顶、底板10 m以内;（3）对微震数据进行分类,并采用置信椭圆分析,表明LF7-1、LF7-2压裂孔之间裂隙发育,发生联通,得到了有效的压裂,在后期的瓦斯抽采中得到验证。上述研究探明了压裂裂缝延伸扩展方向和影响范围,对进一步指导现场施工,优化压裂钻孔布置提供依据。     

煤岩体水力压裂裂缝微震监测软件开发研究

针对煤岩体水力压裂诱发波形到时拾取不准、裂缝定位效果差的问题,研究提出了STA/LTA与AIC联合到时拾取方法及单纯形定位方法。在搭建软件总体架构的基础上,采用python言语与Visual Studio Code编辑器,将波形到时拾取、震源定位算法及相应功能程序化,设计开发了煤矿煤岩体水力压裂裂缝微震监测软件。在实验室内开展原煤真三轴水力压裂实验,将采集的数据输入软件,进行波形到时拾取与破裂源定位,验证该软件的可靠性与先进性。结果表明：该软件可拾取波形的精确到时,进行破裂定位,达到了刻画煤岩体水压裂缝空间形态的目的,这对于现场水力压裂裂缝监测及优化设计压裂方案具有重要意义。     

高河矿地面水力压裂裂缝监测及其识别方法

针对高河矿现采用的地面水力压裂工艺,结合煤诸层自身特点,根据微震监测系统监测到的微破裂时空分布规律,对压裂施工过程中采集的数据进行处理,识别压裂作业过程中产生的微震事件。对裂缝井周围产生的压裂裂缝的空间展布和裂缝的延伸进行分析,测量出压裂过程中微震事件产生的长度、高度、裂缝位置等信息。     

微震监测技术及其在煤矿的应用现状与展望

微震监测技术是利用煤岩破裂产生的微震信息来研究煤岩结构和稳定性的一种实时、动态、连续的地球物理监测方法,主要包含微震传感器台网优化、微震信号识别及到时拾取、波速模型、微震波形特征、震源定位与成像、震源机制、微震监测预警等。近30 a来,微震监测技术在煤矿安全高效生产中得到了广泛应用。煤岩破坏过程中的微震波形特征、震源定位、矿震活动性规律、冲击地压微震监测预警等方面取得了一系列研究成果;在煤与瓦斯突出、突水、煤岩水力压裂、井下救援的微震监测方面进行了初步研究和探索,并取得了一些有益研究结果。然而煤矿微震监测仍然有很多问题需要进行系统深入研究,主要包含如下：煤岩不同破坏类型,特别是流体作用或参与下的微震波形信号特征;高精度的微震信号自动识别和到时自动拾取;基于微震监测的被动成像理论与技术;煤岩动力灾害前兆信息智能感知和多元信息融合监控预警体系;煤岩水力压裂裂缝微震监测与定位成像技术等。同时还应加快发展和完善具有自主知识产权的高性能、高精度、高可靠性的微震监测系统。     

煤矿井下定向钻孔水力压裂岩层控制技术及应用

水力压裂技术在煤矿坚硬、完整顶板岩层弱化及高应力巷道卸压方面得到越来越广泛的应用。以陕西曹家滩煤矿特厚煤层综放开采工作面、特厚稳定顶板岩层为工程背景，开展了顶板岩层地质力学测试、可压性试验，水力裂缝扩展理论分析及三维数值模拟，提出井下工作面定向钻孔区域水力压裂顶板层位、压裂钻孔布置与参数确定方法及压裂工艺。在井下进行了工业性试验和系统的地面微震实时监测，获得了顶板水力压裂裂缝空间展布特征。同时，进行了液压支架工作阻力，工作面周期来压步距及持续距离，来压动载系数及顶板岩层破断能量监测与分析，综合评价了水力压裂效果。初步建立了集压裂层位确定与参数设计，井下定向钻孔压裂工艺与装备，水力裂缝空间展布监测与压裂效果综合评价为一体的煤矿井下定向钻孔水力压裂成套技术。井下试验结果表明：在曹家滩煤矿井下地应力状态下（最小主应力为垂直应力），水力裂缝以水平裂缝为主，沿钻孔两侧扩展平均距离为80 m左右，有效弱化了工作面范围内上覆坚硬、完整顶板，实现了区域顶板改造。压裂区域工作面强矿压显现显著减弱，确保了工作面安全生产。最后，分析了水力压裂存在的问题，展望了技术发展方向。     

基于微震和瞬变电磁法的煤层气井水力压裂监测技术

为了获取井下煤层气水力压裂影响范围,根据压裂时煤层及其围岩的物性变化特征,结合微震监测技术与矿井瞬变电磁法的勘探原理和应用范围,提出了采用微震监测技术和瞬变电磁法联合对井下煤层气水力压裂效果进行监测的方法,采用该方法对兴隆煤矿2个孔的压裂影响范围进行了监测,并且利用传统的打孔法对监测结果进行了验证。研究表明:由于煤层较软,地震波衰减大,压裂区围岩或煤层破碎严重不利于产生新的破裂,接收到的微震事件较少,微震监测技术圈定的压裂影响范围较小;压裂区围岩或者煤层破碎严重,压裂液顺着原有裂隙扩散,瞬变电磁法获取的压裂影响范围较大;微震监测技术与瞬变电磁法进行综合解释,提高了解释成果的可靠性和精度,检验孔中的水压也验证了该方法的可靠性好和精度高。     

煤矿井下穿层钻孔水力压裂的现场应用研究

为解决煤层透气性低、瓦斯抽采效率低而严重制约采煤作业的技术难题,针对渝阳煤矿地质及开采技术条件,基于煤岩体水力压裂原理及瓦斯流动理论,在N3704西瓦斯巷(下)内设计了穿层钻孔水力压裂增透系统,并对水力压裂效果进行了考察。现场试验结果表明,通过对压裂试验研究分析、压裂后效果检验,表明煤矿井下穿层钻孔水力压裂对于提高瓦斯抽采效率效果显著。该试验结果可为其他煤矿井下水力压裂作业提供参考。     

煤矿井下水力压裂技术及在围岩控制中的应用

水力压裂技术在煤矿围岩控制中,主要用于坚硬顶板弱化和高应力巷道围岩卸压。在分析现有水力压裂理论的基础上,介绍国内采用真三轴水力压裂试验系统获得的有关水力裂缝扩展规律的研究成果;重点论述煤矿井下水力压裂技术取得的最新进展,包括常规压裂与定向压裂方法,压裂机具设备与工艺,及压裂效果检测仪器与方法。介绍水力压裂在回采工作面坚硬顶板弱化,及受多次采动影响的高应力巷道卸压中的应用实例,分析和评价压裂效果。最后,根据煤矿井下煤岩体特点,提出水力压裂技术的发展方向与建议。     

李雅庄煤矿微震信号类别及微震事件时空分析

为了能够给煤矿冲击地压危险性的预测预报提供理论依据,采用SOS微震监测系统对李雅庄煤矿2-610工作面附近煤岩体进行为期2个月的微震信号监测,综合微震信号能量、震中位置及震源垂直标高等信息分析了工作面微震信号类别,并深入研究了微震事件的时空分布规律。结果表明:2-610工作面断层活化的微震信号能量级别为105J,主频为30～55 Hz;采空区基本顶断裂及开切眼处顶板破裂的微震信号能量级别均为104J,主频前者为25～35 Hz,后者为45～70 Hz;采空区直接顶垮落的微震信号能量级别为103J,主频为25～45 Hz。在确定的生产空间中微震事件主要集中在位置变化不大的3个区域;微震频次主要受生产时间的影响,其随交接班后正常生产时间的增加有一个逐渐增加的过程,且存在一定的滞后。