煤矿井下水力压裂加骨料增透瓦斯抽采技术应用

针对煤矿井下作业空间小、作业环境差、设备能力有限、无法直接运用地面现有的水力压裂加骨料增透技术这一现状,利用工作面常用的乳化液泵、配合高压加骨料装置和高压气动控制阀门等,运用后置加砂压裂工艺在淮南矿区潘三煤矿进行了2个底板穿层钻孔的水力压裂加骨料增透现场试验。试验骨料选择为20～40目的超低密度聚合物,2个钻孔压裂段长分别为6.8m和6.1m,加注骨料量分别为110.25kg和176.5kg。施工完成后,对试验效果进行了考察,钻孔百孔瓦斯抽采纯量是常规未压裂钻孔的2～15倍,在骨料类型及规格相同的条件下,加大支撑剂比例,有助于提高压裂增透效果。     

黄陵矿区煤矿井下围岩喷涌气体致灾机理及防治措施

鄂尔多斯盆地南缘黄陵矿区黄陵一号等煤矿在采掘过程中出现井下围岩大量气体喷涌现象,导致矿井停采停掘,对煤矿安全生产构成严重威胁。为了揭示喷涌气体的成因及致灾机理,以地面钻孔补充勘探和钻探资料及围岩气体地球化学参数测试数据为基础,采用气样地球化学特征分析、热演化史模拟、烃源岩对比、运移通道识别等多种方法,查明围岩气体的砂岩储集层平面及剖面分布特征,研究区内异常致灾围岩气体的成因类型和来源,分析围岩气体异常喷涌的致灾机理,建立以顶底板砂岩探抽为主的分源综合立体抽采防治模式。研究结果表明:(1)该区煤矿井下围岩气体喷涌具有突发性、隐蔽性、涌出集中和涌出量大等特点,涌出气体主要成分为甲烷,气体主要来源于围岩;(2)顶、底板围岩气体主要为原油伴生热解成因的油型气,生气源岩为上三叠统延长组长7等段腐泥型主力烃源岩,经燕山运动形成的北东向基底断层及其周围大规模垂直裂缝运移而来;(3)油型气主要储集砂岩层呈区带式分布,受构造和岩性双重控制;(4)针对围岩油型气以游离态储集在砂岩中、由采动裂隙导通涌出的特点,采用分源综合立体抽采的防治模式进行围岩气灾害治理,取得了良好的治理效果。     

大兴矿地质条件对煤与瓦斯突出的影响

为了对大兴矿未采掘区域的瓦斯地质条件做出预测评价,统计分析了大兴矿9次煤与瓦斯突出现象,从地质角度分析了突出与地质构造的关系及分布规律,分析发现:煤与瓦斯突出多发生在地质构造变化带、岩浆侵入区及其附近区域;还分析了在这些区域容易发生突出的原因,为采取有针对性的防范措施提供了依据.     

煤矿井下水力加砂压裂泵关键参数研究

为给煤矿井下加砂压裂泵组研发设计提供科学可依的关键技术参数，通过煤矿井下作业空间特点研究分析，提出分体模块、串式布置的井下加砂压裂泵组布局设计，给出了分体模块加砂压裂泵组的外形控制参数；通过煤矿井下的供水、供电条件系统分析，确定了煤矿井下加砂压裂泵组水电能力的上限；通过我国多省份矿区煤层破裂压力综合研究，基于注水压裂破岩原理和压裂泵做功原理进行分析，提出加砂压裂泵输出压力和排量的理论预设值，并通过压裂泵功率测算、管道携砂流动物理试验和裂缝铺砂数值模拟试验，对预设值进行了校验和模拟试验验证。最终给出加砂压裂泵分体模块外型控制尺寸，高不宜超过2.0 m、宽不宜超过1.4 m,供电电压宜选用1140 V或3300 V,泵组输出压力不应小于30 MPa,输出排量适宜区间为1～1.5 m³/min等关键技术参数的适宜取值。     

基于漏失量测定的采空区覆岩裂隙带高度探测技术

煤矿井下采空区的形成导致采场周围岩体的应力重新分布，覆岩在垂向上形成冒落带、裂隙带和弯曲下沉带3个不同变形特征的分带，裂隙带高度是瓦斯抽采、矿井防治水等工作的重要参数。分析了煤矿井下采空区覆岩破坏理论和裂隙带高度确定方法研究现状，研究了基于井下钻孔岩层漏失量测定的采空区覆岩裂隙带高度探测技术与方法，研制了水压膨胀式封隔器和双通道式测试管柱等测试设备，水压膨胀式封隔器膨胀系数大，与钻孔壁贴合紧密，实现钻孔分段严密封堵，且体积小、耐磨；双通道式测试管柱，一路用于膨胀孔内封隔器，另一路用于注水测定岩层漏失量，解决了以往采用橡胶软管耐压差、易损坏、软管与钻杆缠绕导致输送困难等问题。黄陵某矿现场应用表明，采用水压膨胀式封隔器和双通道式测试管柱等测试设备、基于漏失量测定的煤矿采空区覆岩裂隙带高度探测技术，可方便、快速、准确地测定采空区覆岩裂隙带高度，为矿井高位孔瓦斯抽采及顶板防治水提供技术依据。     

钻孔风排钻屑法测试煤层瓦斯含量

基于传统井下煤层瓦斯含量直接测定法实际应用中受取芯操作工艺制约,样品暴露时间较长,影响测试结果的准确性,提出了钻孔风排钻屑煤层瓦斯含量测试方法,在不同地区的对比试验结果显示,风排法显著缩短煤样暴露时间,减少了损失气量计算误差,为研究煤层瓦斯含量井下直接测试方法进行了有意的探索。     

高瓦斯油气伴生矿井高位定向长钻孔合理布设参数研究

针对黄陵矿区高瓦斯油气伴生矿井采空区瓦斯涌出量较大的现状,建立了以含气层分布为主,结合地质地层、采空区裂隙带高度预测、普通高位钻孔布置参数分析等多因素相结合的高瓦斯油气伴生矿井高位定向长钻孔合理布设方法,综合确定黄陵二号煤矿205工作面高位定向长钻孔施工层位为七里镇砂岩、施工高度距煤层顶板20~21 m、水平位置距回风侧11~23 m。以此为基础,在205工作面施工了1组顶板高位定向长钻孔,最大孔深774 m,钻孔平均瓦斯抽采浓度28%、最高83%,工作面上隅角瓦斯由0.81%下降到0.48%,钻孔利用率高达87%。     

浅埋近距离上覆遗留煤柱应力集中灾害压裂治理技术研究

针对浅埋近距离上覆遗留煤柱造成的动力灾害问题,基于"垮落填充体+上覆煤柱"支撑理念,结合定向长钻孔精准成孔技术,提出了顶板分段压裂超前弱化治理技术。综合采用理论分析、技术开发、工程实践等方法,研究了顶板分段压裂超前弱化治理机理,并在典型矿井开展了工程应用。结果表明:分段压裂施工过程最高注水压力为21.20 MPa,最大破裂压降为7.60 MPa,出现3.00 MPa以上压力降50余次;压裂后顶板来压步距、动载系数、最高压力较未压裂段分别降低了13.58%、13.77%、25.49%,验证了压裂技术的有效性。该治理技术可有效控制由上覆遗留煤柱引起的动力灾害。     

鄂尔多斯盆地彬长矿区含H2S煤层沉积环境特征及成因分析

为了探讨含H2S煤层沉积环境特征,以彬长矿区小庄矿延安组4^#煤层为研究对象,借助X⁃射线衍射仪、液晶库伦定硫仪、X⁃射线荧光光谱仪、等离子体质谱分析仪、稳定同位素质谱仪等实验仪器,从煤层显微组分、矿物组分、煤体孔隙及吸附特征、古盐度、沉积环境氧化还原性、水动力学表征指数、同位素特征及煤层热演化史等方面,对该区域煤层沉积环境特征进行了研究,并明确了煤层H2S的成因类型。研究结果表明:①研究区地质构造简单,井田中心带的南玉子向斜对H2S的富集有一定影响,且煤层顶底板岩性以泥岩为主,透气透水性差,对H2S富集起到封堵作用;②4^#煤层富含有机质(植物化石)、碳酸盐矿物,地层古盐度Sr/Ba值较小(<0.5),沉积环境表征(U/Th值、Cu/Zn值以及还原性指数K)为厌氧—弱还原性,以上条件为该区域煤层H2S的生成提供了原料和环境基础;③煤层黄铁矿δ^34S值(-9‰^-0.6‰)偏负、甲烷δ^13C1值偏低(<-55‰),煤层热演化温度(96~113°C)低于120°C,综合得到研究区成因类型以生物硫酸盐还原成因(BSR)为主。