缝槽水压爆破导向裂缝扩展实验研究

针对西南地区薄煤层在使用传统深孔预裂爆破技术增加煤体透气性时,爆生裂缝无序扩展至顶底板引发顶底板失稳破断的技术难题,结合刻槽爆破裂缝导向性和水压爆破高效性,提出缝槽水压爆破技术。通过实验对比分析了耦合装药爆破、缝槽空气不耦合爆破、缝槽水压爆破形成的裂缝特征及应力演化规律。结果表明：缝槽水压爆破能大面积定向预制二维平面裂缝;在相同装药量下,缝槽水压爆破制造的煤体暴露面积是缝槽空气不耦合装药爆破的1.42倍、耦合装药爆破的11倍;其爆炸应力峰值略高于耦合装药爆破,达到割缝空气不耦合装药的1.5倍。而且,缝槽尖端方向应力变化大于其他方向,引起更大的质点振动,利于煤岩体破断,导向裂缝起裂和扩展,更有利于保护煤层顶底板。     

自卸压综合抽放技术在突出煤层中的应用

针对逢春煤矿急倾斜煤层透气性低、预抽瓦斯时间长、防突掘进工作面局部防突措施工程量大、安全威胁大、生产效率低的问题,提出了利用俯伪斜自卸压综合抽放技术提高急倾斜单一严重突出煤层瓦斯抽放率,防治煤与瓦斯突出的技术。该技术在逢春煤矿S1862工作面的应用结果表明：台阶回采后对下部煤体的卸压保护范围达到7.60～9.97 m,工作面每个台阶推进速度在3～19m/班,平均推进度在7 m/班。因此自卸压综合抽放技术能有效地减弱煤与瓦斯突出危险性,并显著减少回采期间的瓦斯涌出量,通过伪倾斜正台阶采煤方法的自卸压原理可确保回采前方煤体不处于煤与瓦斯突出的危险状态。     

生物转化对煤层孔隙渗透性质的影响

为了研究煤的微生物增透效果及其机理,采用压汞仪和孔渗仪研究了清水营养液和生物营养液处理前后塔山和咸阳煤矿煤样孔隙结构和孔隙度渗透率变化,研究了生物转化后有效应力对渗透率的影响规律.结果表明:不同营养液下,生物转化使塔山煤样的孔隙度分别提高了42.02％和47.18％,渗透率则提高了496.78％和651.12％,高于清水营养液下对孔隙度和渗透率的改变.生物转化后分形维数增大,煤表面的粗糙程度增加,煤基质中大孔的分布和总孔容增加.且富含Mo,Se,Ni,Co和W等微量元素的生物营养液更有利于孔隙渗透性质的改变.生物转化后煤样渗透率对孔隙度的敏感性增大.生物转化后煤样应力敏感性降低,但在较高的原始应力下,生物转化后煤样仍然保持较高的渗透率.     

割缝后煤层瓦斯的流-固耦合模型及应用

引入煤体孔隙率、渗透率的动态演化模型及D-P准则,建立高压水射流割缝后低透气煤层瓦斯渗流的流-固耦合模型,运用该模型优化重庆某矿W2704S回风巷条带下段预抽钻孔布置.结果表明,条带预抽达标时间与钻孔间距呈显著的指数关系,与实际达标时间的最大相对误差为5.8%,验证了流-固耦合模型的工程适用性;高压水射流割缝优化钻孔布置后,煤巷条带的预抽钻孔数量减少了27.3%、预抽达标时间缩短了69.6%,煤巷月平均掘进进尺提高了1.6倍.     

中国煤与煤层气共采理论技术现状及发展趋势

在国家大力推进生态文明建设的背景下,快速发展清洁的煤层气资源来代替对国民生命安全与自然环境影响恶劣的煤炭能源的需求变得越来越迫切。为此,通过分析中国煤层气开发模式与资源产量、煤矿区煤层气抽采技术发展历史、煤与煤层气协调开发模式及相应的煤层增透理论和开发技术现状,指出了煤与煤层气共采形势与理论技术发展趋势,并提出了促进实现煤与煤层气高效开发的建议。研究结果表明：(1)需进一步原始创新支撑其安全高效共采的基础关键理论,并完善煤矿区煤层增透、煤层气集输与综合利用、煤炭地下气化—煤层气联采等关键技术;(2)提升煤炭领域与石油领域学科交叉理论技术攻关和行业合作力度,形成优势理论技术与产业配置互补发展,搭建基于多领域学科融合的创新产业发展模式;(3)完善国家和地方在煤与煤层气共采领域的政策保障体制,鼓励煤炭企业与石油企业合作以促进其规模化发展。结论认为,煤炭资源平稳缩减是中国经济高质量发展的重要能源保障策略,由此推行煤与煤层气共采对于确保煤矿生产安全,缓解清洁能源短缺和降低碳排放等均具有重要的现实意义。     

水-瓦斯-煤三相耦合作用下煤岩强度特性及实验研究

为研究煤岩在水、瓦斯共同作用下的强度特性,基于非饱和多孔介质混合物理论及有效应力原理,建立了含水瓦斯煤岩破坏准则。通过引入基质吸力应力因子,并利用实验得到基质吸力与煤岩含水率的拟合曲线,得出水-瓦斯-煤三相耦合作用下煤岩强度与瓦斯压力及含水率的关系式。在实验室进行三轴压缩强度实验,对含水瓦斯煤岩强度理论进行了验证。结果表明:基质吸力是含水瓦斯煤岩强度的重要影响因素,在水与瓦斯共同作用下,煤岩峰值强度随瓦斯压力增加线性减小,而随含水率增加呈指数降低。     

“五步法”渐进式快速石门揭煤新技术原理及应用研究

针对传统石门揭煤技术揭煤时间长,放炮震动易诱发突出,严重影响矿山企业的安全生产和经济效益等难题,提出"五步法"渐进式快速石门揭煤新技术。研究了渐进式快速石门揭煤新技术原理,得出多参数综合预测是该技术的关键;通过试验确定了松藻矿区煤层突出危险性多参数综合预测标准以及预测孔的立体化多重布置方式;研究建立可移动式安全屏障区,进而确定其范围;在安全屏障掩护下,采取浅掘浅进的方式揭开突出煤层,最终制订出一套完整的渐进式快速石门揭煤新工艺。通过在松藻煤电公司下属6个煤矿现场应用表明:该技术简单易行、经济合理、生产安全,揭煤时间由原来110～257 d,缩短为7～25 d,大大缩短石门揭煤时间。     

地面定向井+水力割缝卸压方法高效开发深部煤层气探讨

为了提高深部煤层气储层压降效果,针对深部煤层储层压力大,地应力高,渗透率低等特点,基于切割卸压提高储层渗透率原理,综合矿井下瓦斯抽采实践及地面开发非常规天然气技术方式,提出了地面定向井+水力割缝卸压方法高效开发深部煤层气的方法。地面定向井+水力割缝卸压方法主要包括地面定向钻井和分段水力割缝2个过程。该方法增渗增产原理为:定向井眼和水力缝槽沟通天然裂缝系统,高压水力切割过程中诱导煤层产生裂隙,增加导流通道数量与连通性;水力切割产生的多组缝槽形成卸压空间,利用地应力变化增加裂隙张开度,促进储层压力释放。相比常规水力压裂而言,该方法更有利于形成网格化流体运移通道,扩大煤层卸压范围和卸压程度,强化煤层气解吸扩散。而且,能够避免水力压裂过程中地应力向煤层深部传递以及压裂液注入造成的储层伤害,因而适用深部煤层气储层复杂地质条件下的增产改造。鉴于地面工况条件与矿井下工况条件的差异,提出了地面定向井+水力割缝卸压方法开发深部煤层气需要解决的关键技术问题,包括水力缝槽参数控制,固相颗粒的返排,定向井完井与水力割缝匹配性,以及高压流体传输动力损失。地面定向井+水力割缝卸压方法在非常规天然气开发以及深部煤炭强矿压与瓦斯灾害防治等方面具有应用前景。     

高压空化水射流破岩主要影响因素的研究

为了探讨高压空化水射流的空蚀能力与水力参数、岩石性质的相互关系及各参数影响破岩效果的内在机理,通过在不同泵压和围压条件下,针对不同孔隙率的岩石对高压空化水射流破碎岩石效果进行了一系列实验研究.结果表明:空蚀效果(空蚀质量、空蚀深度)随泵压增加成二次函数关系增加,随围压增加成二次函数关系减少;空泡云长度随泵压的增加而增大.随围压的增大而减小,并能较好的拟合成三次曲线函数关系,空泡云长度直接决定有效靶距,从而影响空蚀效果;本实验条件下,泵压在7 MPa时发生空化现象,并能破碎单轴抗压强度为96MPa的砂岩;岩石的孔隙率对空化水射流的破岩能力影响较大,孔隙率越高的岩石越容易被空化水射流破碎.     

空化空泡发育和溃灭过程的数值分析

基于空化空泡发育和渍灭过程的热力学分析,综合考虑热传导和热辐射的影响,提出了一个新的用于数值分析空泡变化过程的数学模型--热传导-热辐射模型.结合Runge-Kutta-Fe-hlberg法,利用3个数值分析模型(等温模型、绝热模型和热传导-热辐射模型)求解了描述空泡发育和溃灭过程的Rayleigh-Plesset方程,并将数值计算结果与不同研究人员所得到的试验结果进行了比较.结果表明:热传导-热辐射模型可以以较高精度地数值模拟空化空泡的变化过程,其计算结果与试验结果吻合较好.