煤体增透与抽采瓦斯的关系研究

基于了解煤体增透与抽采瓦斯的关系的目的,采用了液态二氧化碳致裂增透技术对煤体进行增透。对比分析了煤体增透前后抽采瓦斯的浓度和流量,得出了经过液态二氧化碳致裂增透以后的煤层平均抽采瓦斯浓度提高近3.5倍,平均抽采瓦斯流量提高3～5倍。研究结果表明:煤体增透能促使煤层裂隙发育,增加煤层透气性,提高瓦斯抽采率。     

低透气性高瓦斯煤层深孔控制预裂爆破增透技术

为了解决低透气性高瓦斯煤层难抽采问题,运用RFPA2D数值模拟软件,建立了2种深孔控制预裂爆破力学模型,通过对模拟结果进行对比分析,得出一套适用于鹤煤八矿底板抽采的爆破参数,并进行了现场试验,爆破后煤层透气性系数平均值达到了2.23 m2/（MPa2.d）,比爆破前测定的煤层原始透气性平均值提高了近3.05倍,说明该技术可以明显提高钻孔周围煤体裂隙发育程度,煤体透气性增加,达到了提高煤层瓦斯抽采量和抽采率的目的。     

基于深孔预裂爆破增透技术的低透气性煤层瓦斯抽采研究

为了有效地对低透气性煤层进行瓦斯抽采,确保矿井的安全开采,研究了深孔预裂爆破增透技术对煤体的致裂机理,分析了控制孔对裂隙发育的影响,确定了爆破影响半径和裂隙区的范围,采用数值模拟分析研究了不同时间段煤体受力状态和裂纹扩展情况以及爆破孔附近煤体裂纹的长度及数量。研究有效地解决了低气性煤层的瓦斯抽采问题,具有一定的推广应用价值。     

低透气性煤层深部复杂地质高瓦斯区域深孔预裂爆破技术

采用深孔预裂爆破技术在五阳煤矿深部煤层地质复杂区域进行了试验研究,对瓦斯抽采效果进行了考察并确定出了深孔预裂爆破影响半径。实施深孔预裂爆破后,煤层瓦斯抽采浓度增加1.28¹.87倍,瓦斯抽采纯量增加1.431.87倍,瓦斯抽采纯量增加1.43³倍,确定的深孔预裂爆破影响半径为5 m,最佳抽采半径为33倍,确定的深孔预裂爆破影响半径为5 m,最佳抽采半径为3⁵ m。说明深孔预裂爆破技术在煤体内形成了较大范围的连通裂隙网,提高了深部地质复杂区域煤层透气性。     

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。     

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。     

深孔预裂爆破不同孔间距下裂隙演化规律

运用LS-DYNA对控制孔距离爆破孔不同间距的煤体进行深孔预裂爆破数值模拟,研究控制孔距爆破孔的远近对裂隙演化规律的影响,结果得出:受应力波与自由面反射效应的拉应力叠加作用,距离控制孔3 m的爆破孔周围能够形成10~13条的主裂纹,且其中存在的长裂纹甚至几乎贯通煤体,对煤体尖端应力强度好于4.5 m孔间距。通过试验区内将抽采孔瓦斯浓度和瓦斯抽采纯量作为2项指标在距离爆破孔3 m和4.5 m范围内进行对比,得出孔间距3 m时比4.5 m时要明显增加,说明孔间距为3 m时增强了钻孔周围的卸压效应,证明试验区有效卸压半径为3~4.5 m,与数值模拟结果吻合。     

基于LS-DYNA的爆破增透数值研究

为了解决五轮山煤矿的煤层透气性低,瓦斯抽采效率低等问题,提出了采用煤层预裂爆破,增加透气性的技术来提高瓦斯抽采率。为了确定预裂爆破过程中最佳参数,运用软件LS-DYNA在动态下数值模拟不同孔间距下预裂爆破后煤体的裂隙和孔隙发育情况;设计3种不同孔间距抽采孔,对比分析预裂爆破的影响效果,最终结合实际,确定爆破孔布孔间距为4.5m时效果较好。同时对1805运输巷进行了预裂爆破试验,分析试验结果可知:总管路在爆破试验前的平均瓦斯浓度为6.8%,爆破后浓度快速增大,高达9.9%;同时平均瓦斯纯量也由0.07m~3/min增加到0.48m~3/min。瓦斯浓度相比爆破前提高了46%,瓦斯纯量比爆破前增加了6.85倍。测定爆破增透前、后K_1值和S值,爆破前K_1值为0.61mL/(g·min~(0.5)),爆破后下降至0.42mL/(g·min~(0.5)),小于安全值0.5mL/(g·min~(0.5))。瓦斯抽采率大大提高,可以降低瓦斯灾害的危险性,确保煤矿安全高效生产。     

高瓦斯矿井综放开采中预抽钻孔影响区域的分形研究

为保障高瓦斯矿井综放工作面安全高效回采,对综放工作面顺层预抽钻场的抽采效果进行研究。运用分形理论对裂隙发育程度进行描述,分析了沿工作面倾向不同位置的煤体内部裂隙发育程度,得出抽采效果最佳的区域;对比分析了不同钻孔间距时钻孔周围煤体的裂隙发育程度,并结合抽采要求确定5.0 m孔间距为合理间距,并在现场进行了工业验证。     

斜沟煤矿液态CO_2相变致裂增透技术试验研究

为了提高斜沟煤矿的瓦斯抽采效率,提出采用液态CO_2预裂增透技术对原始煤体进行预裂爆破。研究结果表明:斜沟煤矿18205工作面爆破孔的合理间距为7 m;钻孔爆破后,预裂钻孔百米钻孔瓦斯流量平均为0.029 m~3/min·hm,相比于未预裂钻孔的百米钻孔瓦斯流量0.01 m~3/min·hm0.0613 m~3/min、而未预裂钻孔抽采量仅为0.023 m~3/min,预裂钻孔抽采量比未预裂钻孔抽采量提高了2.66倍。     

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。     

底抽巷穿层钻孔液态CO2相变致裂增透技术研究

为了提高松软、低渗煤层的瓦斯抽采效率，采用底抽巷穿层钻孔进行了液态CO2相变致裂试验。结果表明：煤层经历致裂后，致裂钻孔直径明显增大，瓦斯抽采影响半径为10m左右|钻孔瓦斯纯流量和瓦斯浓度均得到大幅提升，虽然每次致裂后期呈现一定程度衰减，但依然维持较高水平|与水力冲孔措施相比，液态CO2相变致裂后的前期增透效果更佳|液态CO2致裂不仅增强了煤层瓦斯抽采效率，也提高了矿井掘进速度，具有显著的安全和经济效益。     

低渗煤层液态CO2相变射孔破岩及裂隙扩展力学机理

液态CO2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CO2相变气体射流压力模型,理论分析了液态CO2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CO2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。     

深孔预裂爆破技术在煤巷快速掘进中的应用

针对五阳煤矿煤层透气性低、瓦斯浓度时常超限、煤巷掘进速度慢和工作面接替紧张等问题,在分析深孔预裂爆破工艺和确定爆破参数的基础上,提出了迎头深孔预裂爆破和巷帮预抽瓦斯的快速掘进技术,并结合现场进行了工业试验。结果表明:深孔预裂爆破技术提高了煤层的透气性,巷帮钻场的瓦斯抽采量为爆破前的1.3倍;降低了掘进工作面的瓦斯涌出量,实施深孔预裂爆破技术后,再没有发生瓦斯浓度超限事故;煤巷掘进月进尺达到180 m,实现了煤巷安全快速掘进。     

穿层控制爆破的卸压、增透作用分析及数值模拟

运用岩石断裂力学和爆炸力学理论,分析了在高瓦斯低透气性有突出危险的煤层中进行穿层深孔预裂控制松动爆破的机理,得出穿层爆破过程中在煤岩体结合处进行卸压增透是提高煤层透气性的关键;运用数值模拟的手段对穿层控制爆破在煤岩中的爆破效果进行了分析对比。综合分析结果并结合现场测试的数据,得出穿层深孔控制爆破在一定范围使原岩高地应力场发生改变,并沿巷道掘进方向向前方煤体和巷道两帮深部转移,同时提高煤层透气性,使高压瓦斯加速排放,减少了突出势能,有效防治了煤与瓦斯突出和冲击地压,具有重要的理论和实用价值。     

基于AHP-模糊数学法的煤层深孔预裂爆破效果综合评价

针对煤层深孔预裂爆破存在多因素复杂的情况,为了量化分析爆破效果,基于赵固二矿煤层的深孔预裂爆破,提出了运用AHP-模糊综合评价法建立深孔预裂爆破效果综合评价的数学模型方法。模型以爆破安全、技术装备、经济效益和影响因素作为一级指标,以爆破震动、炮孔冲孔、抽采纯量和煤体硬度等13个因素作为二级指标,对煤层深孔预裂爆破效果进行综合评价和实际验证,等级得分为85.67,效果良好,同时研讨了地应力和煤体硬度等主因素对爆破效果的影响,评价结论与现场实际效果基本吻合。     

寺家庄高瓦斯工作面液态CO2预裂增透研究

寺家庄煤矿是阳煤集团的主力矿井,但煤层瓦斯含量高,透气性差。为提高煤层的透气性,增大煤层间瓦斯抽放效率,开发液态CO2预裂增透技术,阐述了在寺家庄矿井进行的3次试验。试验结果显示,液态CO2增透技术对长时间抽采区域的煤层增透和瓦斯置换有明显增强效果;在保证瓦斯开采效率与最少工程量的前提下,抽采钻孔和预裂钻孔的间距应在10~15 m;CO2预裂增透对减轻煤与瓦斯突出现象亦是明显。     

无保护层开采高突工作面“钻抽爆评”一体化综合防突技术研究与应用

为解决平煤股份十矿戊9-20180综采工作面煤与瓦斯突出危险这一技术难题,采用了无保护层开采、本煤层钻孔瓦斯抽采、分段间隔打钻抽采、深孔预裂爆破技术及煤与瓦斯突出工作面定期安全评价的管理机制.试验表明,煤体瓦斯含量由原来的8～13 m3/t下降到3.2932 m3/t,杜绝了煤与瓦斯突出事故的发生,确保高浓度瓦斯工作面回采期间安全生产.     

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。     

煤层气井水力压裂液氮伴注与CO2驱替技术研究

在我国煤层气的开发中普遍面临煤层具有的低压、低渗、低饱和度等自然属性问题,针对此问题,提出利用液态气体伴注辅助水力压裂改造煤层技术。文章阐述了液氮伴注技术提高煤层临界解吸压力机理和CO2驱替煤层甲烷机理,结合芦岭煤矿地面煤层气工业试验,进行了液氮伴注辅助水利压裂、液态CO2驱替煤层甲烷试验以及效果分析。结果表明:注入液氮后氮气分子会挤占煤层甲烷分子的空间,为甲烷气体提供外部能量,同时能够降低煤层甲烷分子分压,提高其临界解吸压力,促使煤层更快的解吸出甲烷气体,提高产气量,试验2号井,达到产气峰值3145.2m^3/d仅用190d,稳产期平均产气量为1400m^3/d;CO2具有的强吸附性能够与吸附态煤层甲烷发生置换作用,促使煤层甲烷更快的由吸附态变为游离态,实现煤层甲烷大量解吸的效果,同时CO2在等压条件下还能够降低游离甲烷分压,进一步提高产气量,试验3号井,实际/理论临界解吸压力比值为3.29,达到产气峰值3351.9m^3/d仅用了124d,稳产期平均产气量为800m^3/d。对比可知:液氮伴注技术优势明显,且在后续煤矿工作面回采过程中无新的CO2突出风险。