水力压裂增透技术在瓦斯抽采中的应用

为了提高低透气性煤与瓦斯突出煤层的瓦斯抽采量,达到抽采消突的目的,新元矿进行了底抽岩巷穿层钻孔水力压裂增透技术试验。试验结果表明:压裂前后瓦斯抽采浓度提高了14倍以上,瓦斯抽采纯量提高了18倍以上,水力压裂能够较好的改善煤层透气性,提高本煤层瓦斯抽采钻孔抽采浓度及抽采纯量。     

桑树坪二号井顶板梳状孔水力压裂瓦斯强化抽采技术

桑树坪二号井本煤层钻孔施工困难,煤层透气性差,瓦斯抽采浓度低,流量小。通过在桑树坪二号井北区3号煤层顶板砂岩中实施顶板梳状长钻孔并进行分段水力压裂,以提高矿井瓦斯防治效果,探索适合矿井的瓦斯防治技术手段。采用前进式分支孔工艺施工完成1个钻孔,主孔长度588m,施工8个分支孔,总进尺1 188m,其中,煤层段227m,岩层段961m,钻孔主孔距煤层顶部0～3.28m。共分4段进行水力压裂,累计注水2 012m3,最大泵注压力8.74 MPa。施工完成后3个月内钻孔日均抽采瓦斯纯量约1 500m3,压裂钻孔百米钻孔瓦斯抽采纯量是水力割缝钻孔的1.2倍,是常规钻孔的4.0倍。初步证明了顶板梳状长钻孔水力压裂技术在煤矿瓦斯防治领域的适用性。     

大湾煤矿穿层钻孔水力压裂技术的示范性研究及应用

为提升水矿集团矿井瓦斯防治技术及相应装备水平,积极响应我国煤炭工业"十三五"科技发展规划的号召,在大湾煤矿西井开展了穿层钻孔水力压裂技术现场示范性试验研究,对水力压裂技术应用在黔特有地质条件下的松软低透煤层进行了试验考察。结果表明:穿层钻孔水力压裂技术能够有效提高煤岩体的透气性和钻孔瓦斯抽采效果,压裂区域的煤层透气性系数增大了18.37倍;压裂影响半径为40 m;单孔瓦斯抽采浓度和抽采纯量分别为45.04%、0.031 m3/min,与原始煤层相比均增加了2倍以上。     

“三软”突出煤层穿层钻孔水力压裂增透抽采瓦斯技术研究

告成煤矿为煤与瓦斯突出矿井,其主采二1煤层为突出煤层,且较难抽放。为有效解决低透气性突出煤层瓦斯治理难题,开展了穿层钻孔水力压裂增透抽采瓦斯技术研究。研究表明:穿层钻孔水力压裂可显著提高煤层透气性,并使瓦斯抽采浓度及纯量大大增加,有效解决了低透气性煤层瓦斯难以抽采的问题,可作为高瓦斯矿井、突出矿井瓦斯治理的常规手段之一。     

松软低透气性煤层钻孔下筛管高效抽采瓦斯技术实践

为了解决松软低透气性煤层顺层钻孔塌孔难题,义马煤业集团在新安矿区突出矿井采掘工作面进行了顺层钻孔全程下筛管高效抽采瓦斯技术试验。通过对比全程下筛管本煤层顺层钻孔和未全程下筛管本煤层顺层钻孔的抽采浓度、抽采纯量数据,采用全程下筛管技术的单孔瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采纯量比对比孔提高1倍以上,实现了"钻孔到位、筛管到底、抽采效果最优"的目标,确保了矿井安全高效生产。     

煤矿井下大直径定向钻进技术在水力压裂中的应用

为了解决碎软、低透气性煤层水力压裂非定向顺层钻孔成孔率低、成孔后易塌孔导致钻孔堵塞和非定向穿层钻孔有效孔段短的问题,提出了将煤矿井下底板穿层梳状定向钻进技术与水力射流冲孔技术相结合的增透方案,形成一套适应煤矿井下水力压裂的大直径定向钻进技术。现场应用结果表明：该技术既解决了成孔率低和成孔后塌孔导致的钻孔堵塞的问题,又解决了钻孔有效距离短、压裂后影响范围小造成的瓦斯抽采效果差问题|抽采最大浓度平均为5.22%,抽采流量平均为4.60m3/min,日均瓦斯抽采量平均值334.81m3/d,与普通穿层钻孔抽采数据对比,压裂增透后钻孔瓦斯抽采流量提高约5.23倍。对该矿区碎软煤层条件下的瓦斯强化抽采具有较强的指导意义。     

定向顺层钻孔“钻-冲-护”一体化增透技术试验

针对松软低透煤层瓦斯抽采钻孔塌孔严重、瓦斯抽采效果差、抽采达标周期长、抽掘采衔接紧张等问题,基于现有装备,提出了定向顺层钻孔"钻-冲-护"一体化低透煤层高效促抽瓦斯技术,该技术在长平煤矿实践表明:大功率定向钻机施工煤段长度达到340 m,煤段水力冲孔后总返煤量260.46 t,扩孔孔径φ0.87 m。对冲孔方式进行考察,发现回转冲孔方式和交叉冲孔方式效率优于水平冲孔方式。未采取下筛管工艺抽采钻孔平均瓦斯浓度为25.05%;全程下筛管护孔抽采钻孔平均瓦斯浓度为49.10%,一体化工艺下抽采钻孔百米瓦斯纯流量比普通钻孔水力冲孔护孔后抽采钻孔百米瓦斯纯流量提高了约11倍,瓦斯流量衰减系数降低了9.4%。瓦斯抽采浓度提高约2倍,百米抽采瓦斯纯量由0.08 m~3/min增至0.94 m~3/min,瓦斯抽采效果明显,保障了矿井的安全高效生产。     

突出煤层采煤工作面顺层钻孔水力压裂增透技术

为了解决采煤工作面顺层钻孔消突效果不均匀、效率较低等问题,以淮南地区谢桥煤矿低透气性煤层为试验对象,采用顺层钻孔水力压裂技术对煤层进行增透,以提高瓦斯治理效率。介绍了顺层钻孔区域防突措施设计方案,对水力压裂半径进行了考察;开展了水力压裂钻孔及瓦斯抽采钻孔设计,以及注水压力、注水量和保压时间等水力压裂工艺参数试验。水力压裂和未压裂顺层钻孔瓦斯抽采效果对比表明,水力压裂后钻孔抽采平均瓦斯浓度提高54%,平均单孔抽采瓦斯纯流量提高280%,抽采达标时间缩短了1个月;防突效果检验指标均达标,工作面回采期间未出现瓦斯浓度超限现象。     

煤矿井下大直径定向钻进技术在水力压裂中的应用

为了解决碎软、低透气性煤层水力压裂非定向顺层钻孔成孔率低、成孔后易塌孔导致钻孔堵塞和非定向穿层钻孔有效孔段短的问题，提出了将煤矿井下底板穿层梳状定向钻进技术与水力射流冲孔技术相结合的增透方案，形成一套适应煤矿井下水力压裂的大直径定向钻进技术。现场应用结果表明：该技术既解决了成孔率低和成孔后塌孔导致的钻孔堵塞的问题，又解决了钻孔有效距离短、压裂后影响范围小造成的瓦斯抽采效果差问题|抽采最大浓度平均为5.22%，抽采流量平均为4.60m3/min，日均瓦斯抽采量平均值334.81m3/d，与普通穿层钻孔抽采数据对比，压裂增透后钻孔瓦斯抽采流量提高约5.23倍。对该矿区碎软煤层条件下的瓦斯强化抽采具有较强的指导意义。     

定向长钻孔水力压裂在松软煤层中的应用研究

为提高碎软、低渗、高瓦斯突出煤层瓦斯治理效果,在阳泉矿区新景公司保安区3#煤层3109工作面试验采用井下顺层长钻孔水力压裂增透技术。钻孔设计在煤层底板开孔,穿过底板然后沿煤层延伸。钻孔煤层孔段长度不低于300 m,主孔设计深度459 m。开孔倾角12°、开孔方位角4°。试验累计共注水1510 m~3,开泵注水时间达到50小时27分钟。顺层长钻孔水力压裂增大了抽采影响半径(本次试验影响范围达到半径58 m的区域),提高了瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采量(本次试验日平均瓦斯抽采浓度保持在70%以上,日平均抽采纯瓦斯量在2415 m~3/d);采用顺煤层长钻孔水力压裂措施后,压裂注入的大部分清水留存于煤体内,使煤体湿润,在一定程度上减少采煤时工作面粉尘。     

宏发煤矿低渗透性煤层CO2致裂增透技术试验研究

为了研究CO_2致裂增透技术对贵州低渗透煤层瓦斯抽采的影响,以贵州宏发煤矿1903工作面回风巷为研究对象,进行CO_2致裂增透试验研究。研究表明:煤层致裂后,其透气性系数平均为原始煤层的3.05倍,煤层的透气性显著提高;煤层瓦斯平均抽采浓度增大了4.19倍,平均抽采纯量为原始煤层的3.99倍;在钻孔瓦斯抽采率方面,单孔的瓦斯抽采效果提高了2.58~3.92倍;钻孔工作量降低了4倍,抽采达标时间缩短了55d,瓦斯涌出量降低了40%,煤层瓦斯抽采效益显著。CO_2致裂增透技术为解决贵州矿区低透煤层的瓦斯抽采技术难题提供了参考和借鉴。     

深孔松动爆破技术在“两高一低”突出煤层工作面中的应用

为了解决“两高一低”（高瓦斯含量、高瓦斯压力、低透气性）突出煤层综采工作面的防突和瓦斯超限问题，新田煤矿在1402工作面下部硬煤进行深孔松动爆破抽放技术试验。该技术的应用增大了煤体裂隙和煤层透气性，扩大了抽放钻孔的影响范围，提高了工作面瓦斯抽采量，减少了钻孔的施工时间和瓦斯抽放时间，钻孔工程量减少了一半，瓦斯治理效果明显，经济技术效果显著。     

近距离突出煤层群首采面瓦斯综合治理技术应用

针对依兰三矿极复杂地质条件下近距离突出煤层群开采时面临的瓦斯突出和回采工作面瓦斯超限、自然发火等问题,从保护层开采影响范围、开采后的残余瓦斯压力、回采面瓦斯涌出量、煤层自然发火角度分析了各煤层开采顺序,确定了首采面布置在上1煤层,从上至下依次开采较为合理。回采前确定采用千米定向钻机预抽中煤层巷道区域瓦斯+中煤层穿层钻孔预抽上1煤层条带瓦斯的区域消突方法;回采期间工作面采用高位钻孔+顺层钻孔的瓦斯治理方法,从而实现卸压抽采、条带消突预抽、实施防灭火工程等。采用以上瓦斯治理方法能够有效解决工作面瓦斯超限,达到了区域消突的目的,千米钻机长钻孔钻孔抽放浓度维持在80%以上,回风流瓦斯体积分数基本稳定在0.4%以下。     

复杂地质条件下高突煤层群立井揭煤技术

针对渝阳煤矿水井湾回风立井揭煤面积大、地质条件复杂、透气性低、高突煤层群连续揭露的特点，采用优化抽采钻孔设计、穿层钻孔联合抽采、抽采数据监控抽采过程、水力压裂增透等联合防突措施，实现对立井揭煤区域突出危险性有效防控。同时，采用“五步法”预测揭煤对各煤层进行渐进式检验，确保井筒8层煤其中5层煤为突出煤层的安全、高效揭煤。为复杂地质条件下高突煤层群揭煤工作起到良好的示范作用。     

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。     

顺层钻孔水力压裂有效影响半径确定与抽采效果分析

为了增加煤层透气性，提高煤层瓦斯抽采效果，以某矿501工作面煤层地质条件为工程背景，采用理论分析、数值模拟、现场试验等方法，对某矿煤层起裂压力、单次压裂时间、压裂流量、影响半径、压裂钻孔抽采效果等参数展开研究。结果表明，模拟压裂孔注水1 h后，煤层压力由压裂孔向周围迅速降低，最终呈现出以压裂孔为圆心的圆形区域的致裂范围，最大压裂半径达到8.315 m;当对压裂泵主动升压至38 MPa时，煤层瞬间破裂，压力回降，流量瞬间增大，且达到压裂泵额定流量值，此时，煤体破裂效果完美；4号压裂孔首次压裂已经接近压穿煤体，进行第二次压裂时，流量曲线增加比较平稳，说明该孔在之前已贯通大部分裂隙，压裂半径可达22 m;对水力压裂孔和普通钻孔进行抽采比较发现，压裂3号钻孔的瓦斯浓度平均达到17.68%效果最为显著，与普通钻孔相比其平均浓度为1号普通钻孔的4.77倍、2号普通钻孔的3.12倍。     

碎软低渗高突煤层井下长钻孔整体水力压裂增透工程实践

针对阳泉矿区碎软低渗高突煤层开展了井下长钻孔整体水力压裂增透技术的工程试验研究,工程实现了井下一次性整体压裂煤孔段长度达307 m,单孔注入水量达1 510 m3,最大注水压力达26.09 MPa。效果检测表明钻孔压裂影响半径最大达58 m,压裂后煤层透气性系数提高了2.67倍,百米钻孔瓦斯流量衰减系数降低了55%,230 d内钻孔日抽采纯甲烷1 395~2 810 m~3,平均2 173 m~3,钻孔累计抽采纯甲烷50.86×10~4m~3,抽采瓦斯浓度为49.38%~83.70%,平均64.31%。分析认为:水力压裂能改善煤层裂隙和孔隙的连通性、降低煤层有效应力、提高煤层渗透率,注水能促进煤层瓦斯从吸附态向游离态转化,是煤层压裂后钻孔高效抽采瓦斯的关键,依据填砂堵缝压裂技术原理提出了碎软低渗煤层长钻孔整体水力压裂煤层裂隙开启、扩展和延伸机制。工程试验成果及认识可为井下长钻孔整体水力压裂增透高效抽采瓦斯提供借鉴。     

低渗煤层液态CO_2相变定向射孔致裂增透技术及应用

如何实现深部煤层瓦斯的高效抽采是保障我国煤炭企业安全生产的重要问题,而低透气性煤层瓦斯储层增产改造则是其中的核心技术和热点问题。为解决低透气性煤层瓦斯高效抽采技术难题,研究提出了地应力条件下优势射孔致裂方向的确定方法及低渗煤层液态CO_2相变定向射孔致裂增透技术,现场试验及应用研究形成了液态CO_2相变定向射孔致裂增透网格式瓦斯抽采方法。研究表明:孔壁破裂压力受钻孔方位角、倾角影响具有明显的方向性,并确定了试验区液态CO_2相变定向射孔优势致裂方向;该技术可有效增加煤样孔隙度、孔径、比表面积、可见孔比例等,改善煤岩体内孔隙结构及渗流能力,提高瓦斯抽采纯流量9~12倍,降低煤层瓦斯抽采流量衰减系数92%;现场试验及PFC2D数值模拟研究确定了该技术的影响半径为9~13 m;应用表明液态CO_2相变定向射孔致裂增透网格式瓦斯抽采方法,可有效预防低透气高突煤层巷道掘进期间的瓦斯超限问题,提高巷道掘进速度4~5倍。