顺层长钻孔超高压水力割缝增透技术研究与应用

为解决低渗透性中硬煤层顺层钻孔抽采半径影响范围较小、抽采效果较差等问题,研究了工作面顺层长钻孔超高压水力割缝技术。通过应力波效应研究了水射流破煤机理,分析了超高压水力割缝卸压增透原理,研制出工作压力达100 MPa的超高压水力割缝成套装置,实现了超高压状态下不退出钻杆的钻割一体化工艺和远程操作功能,考察了超高压水力割缝参数,形成了顺层钻孔超高压水力割缝工艺技术。现场试验得出：割缝钻孔平均单刀出煤量为0.32 t,等效割缝半径达1.51~2.08 m;割缝后钻孔瓦斯抽采浓度同比提高了1.44倍,瓦斯抽采纯流量提高了3倍,有效抽采半径为对比普通钻孔的3.6倍,钻孔施工时间缩短约30%,抽采达标时间缩短40%左右。应用表明,采用超高压水力割缝增透技术后,煤层的透气性明显改善,达到了快速卸压增透的目的。     

顺层钻孔超高压水力割缝技术在强化瓦斯抽采中的应用

介绍了超高压水力割缝技术及装备、防突原理和工艺方法。现场试验结果表明:超高压水力割缝技术运用后,钻孔瓦斯抽采浓度提升1.75倍,钻孔瓦斯抽采量提高2.3倍,抽采有效半径较对比钻孔提高2.1倍,超高压水力割缝技术卸压增透效果显著。     

条带预抽钻孔超高压水力割缝增透技术研究

研究探索了水力割缝使钻孔周围煤体中的瓦斯由单向的径向流动变为径向和轴向双向流动,通过对扰动煤体的割缝宽度、平均单孔瓦斯抽采纯量、抽采半径的考察,分析了水力割缝技术和钻孔抽采技术的数据,得出了平均单孔抽采效果提高约3倍的结论。     

孟家窑煤业水力割缝卸压参数试验研究

针对煤矿开采过程中面临的瓦斯灾害的威胁,分析了煤体渗透性的影响因素及高压水射流割缝卸压技术的增透机理。在孟家窑煤业5#煤层进行了水力割缝增透强化瓦斯抽采的试验研究,针对切割压力、切割时间、孔内切割间距等割缝参数进行了试验研究。水力割缝后单孔瓦斯排气量从300 L提升到350 L,抽采前10 d的孔内平均瓦斯浓度由22.27%增加到26.66%。对比试验数据显示切割最优压力为70 MPa,切割最优时间为3 min,切割最优间距为1.0 m。最后从数学角度分析并得出水力割缝技术可以有效地释放煤层中的体积应力,提高煤层的透气性,从而提高钻孔内瓦斯浓度百分比,延长抽采时间,提高抽采总量。     

低透气煤层超高压水力割缝与水力压裂联合增透技术

为了解决矿井瓦斯预抽中存在的问题,提高矿井瓦斯抽采利用效率,杜绝瓦斯灾害事故发生,以新集二矿瓦斯预抽工艺为研究背景,针对矿井采掘接替紧张、煤层透气性差、瓦斯抽采率低等技术难题,提出了超高压水力割缝与水力压裂联合增透技术。基于岩石力学与流体力学理论,分析了超高压水力割缝与水力压裂联合增透机理。并采用数字模拟方法研究确定了沿槽缝延伸方向,缝槽至煤体深部依次形成破碎区、塑性区、弹性区及原岩应力区,被冲割煤体受高压水射流剪、割应力作用影响,原岩应力区向煤体深部转移,煤体渗透率增大。得出水力压裂钻孔布置在超高压水力割缝形成的塑性区范围内能够达到较好的增透效果,并设计了超高压水力割缝与水力压裂一体化联合增透技术工艺:割缝水压为95～100 MPa,旋转水尾转速为40 r/min,割缝间距为1.0～1.2 m,单刀冲割时间为12 min;水力压裂钻孔直径为95 mm,并采用100 mm的钻孔洗扩装置冲、扩钻孔。通过在新集二矿2201采区220108底板巷2号上钻场的应用结果显示:超高压水力割缝与水力压裂协同增透技术能够明显改善煤层透气性,瓦斯抽采30 d以后,协同超高压水力割缝钻孔平均瓦斯抽采纯量为普通钻孔的10.3倍;协同水力压裂钻孔平均瓦斯抽采纯量为普通钻孔的6.4倍,且能够持续保证较高流量和浓度的瓦斯抽采效果。     

单一低透深部煤层超高压水力割缝强化增透抽采技术

随着煤矿不断向深部开采,单一透气性深部煤层开采因受瓦斯制约影响,回采难度越来越大。为解决这一技术难题,提高安全保障能力,进行了单一低透深部煤层超高压水力割缝强化增透抽采技术研究。通过在鹤壁中泰矿业3205底抽巷（3）试验研究,有效地解决了瓦斯治理瓶颈,极大地改善了采掘条件,为采掘生产提供了安全保障。     

松软煤层水力割缝卸压增透技术研究

为解决赵庄煤业松软煤层瓦斯抽采率低的难题,以水力割缝技术为试验研究基础,在二盘区北回风巷进行了抽放效果对比考察,对不同穿层割缝钻孔布置方式及参数下瓦斯抽采浓度、抽采量等数据进行分析,摸索出适合赵庄煤业的以水力割缝技术增透的技术参数.试验表明,水力割缝钻孔与普通钻孔相比,瓦斯抽采浓度提高了1.49倍,抽采流量增加了3.0...     

超高压水力割缝卸压增透最优参数研究

针对登茂通煤矿1~#煤层在深部区域整体透气性差、瓦斯含量高、传统抽放方法效果差的问题,提出利用超高压水力割缝卸压增透技术提高煤层透气性,并在108底抽巷进行工业试验。通过控制变量法确定在1~#煤层开展超高压水力割缝卸压增透的最优化参数,其中,割缝压力为60～70MPa,割缝时间为25min、割缝转速为80r/min,割缝间距为2m。通过割缝钻孔与普通钻孔抽采情况对比分析,表明割缝后钻孔的抽采浓度是普通钻孔的1.75倍,抽采纯量是普通钻孔的3.25倍,抽采达标时间降低了42%,煤层残余瓦斯含量明显减小,瓦斯抽采效果显著提高。     

穿层割缝技术及其在递进掩护式巷道掘进中的应用

为了解决低透气性煤层瓦斯抽采困难的问题,分析了地应力和瓦斯压力对煤层透气性的影响,研究了旋转切片式穿层割缝技术对煤层的卸压增透机理,提出了采用旋转切片式穿层割缝技术掩护巷道掘进的方案。现场工业应用表明,旋转切片式穿层割缝技术可增加煤体暴露面积,有效提高煤层透气性,30 d内瓦斯抽采量是原来的2~3倍,降低煤层瓦斯含量,有效防治了煤与瓦斯突出,使巷道掘进速度增加60%左右,一定程度上缓解矿井采掘接替紧张的局面。     

水力冲孔技术在瓦斯抽采中的应用

为推进水力冲孔卸压增透技术的推广应用,增加煤层透气性,提高矿井瓦斯抽采效率,在陈四楼煤矿开展水力冲孔卸压增透技术试验,考察该技术的作业工效和增透效果,数据分析结果表明:试验区煤层地质条件下,冲孔水压为8~10 MPa时,每米煤孔冲煤1.4 t所需的时间约为25.3 min,水力冲孔后钻孔两个月内的平均抽采浓度提高了3倍,平均单孔抽采纯量提升了2倍左右,卸压增透效果显著,为矿井瓦斯治理技术水平的提升提供支撑。     

超高压水力割缝参数对煤体卸压影响研究及应用

为了提高瓦斯抽采效率,研究了超高压水力割缝工艺操作流程,主要为装备准备阶段、连接阶段和检查阶段。采用数值模拟软件,分析了割缝深度、割缝宽度和割缝间距等超高压水力割缝参数对煤体卸压的影响,得出了超高压水力割缝参数最优参数,分别为割缝深度1.0 m、割缝宽度0.1 m、割缝间距3.0 m,并进行了工程实践。研究表明,采用超高压水力割缝技术后,瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采流量都得到了有效的提高。     

超高压水力割缝精准控制技术应用及效果分析

为了解决由于水力割缝压力、喷嘴大小、割缝时间等参数的选取不当导致煤层割缝深度浅、割缝后煤体卸压增透效果不理想、割缝作业期间钻孔憋孔、堵孔等问题,提出了超高压水力割缝精准控制技术,分析了割缝缝槽宽度、深度控制,割缝落煤速度控制,以及割缝区域效果控制,集成开发了ZGF-100(A)型超高压水力割缝装置,并进行了精准控制割缝现场应用试验。结果表明：采用超高压水力割缝精准控制技术对煤层进行割缝后,缝槽等效半径约为1.02~1.58 m,割缝钻孔平均抽采瓦斯纯量较普通对比钻孔增大约2倍,割缝钻孔抽采半径较对比钻孔增大1倍左右。     

基于水力冲孔的回采工作面快速卸压消突技术研究

为了确保煤巷掘进安全、高效和工作面的顺利投产,采用水力冲孔技术,对掩护煤矿掘进和回采的区域预抽钻孔进行强化抽采,研究了水力冲孔影响半径以及冲孔后钻孔预抽效果。研究得出:采用水力冲孔技术后,2713底板抽放巷水力冲孔影响半径在7 d后可以达到4.9 m,在10 d后可以达到5.7 m,在17 d后可以达到8.9 m,随后趋于稳定,抽放时间缩短为原来的一半;在40 d内水力冲孔效果达到极限;煤层透气性增加了约11.4倍,研究为类似低透气性高瓦斯突出煤层的高效安全瓦斯治理和安全生产提供技术支持。     

高压水力割缝在快速石门揭煤中的应用研究

针对新维煤矿的地质条件,提出了高压水力割缝提高石门揭煤过程中瓦斯抽放量的方法,设计了水力割缝技术施工方案,并进行了卸压增透效果的跟踪考察。研究结果表明,在新维煤矿设计的水力割缝钻孔位置合理,措施实施后直接扰动煤体直径提高9倍以上,直接扰动煤体体积提高68倍以上,显著减少措施工程量且钻孔的瓦斯总平均单孔纯流量达到13.7 L/min,有效扩大了煤体的卸压区域,提高了煤体中瓦斯的渗流,大大降低了石门揭煤过程中的突出危险性。     

水力割缝参数优化数值模拟研究

利用FLAC^3D软件建立水力割缝模型,针对某掘进工作面,选取其正前方12 m处截面为研究对象,在缝槽高度和深度不变的情况下,模拟了单缝槽、双缝槽和多缝槽3种不同宽度缝槽的割缝方案,得到了瓦斯抽采钻孔割缝前后煤体内部应力变化和竖直位移变化、垂直于割缝钻孔上方煤体的下沉量及塑性区破坏情况。结果表明:当缝槽宽度为2 000 mm时,割缝钻孔的卸压效果明显,煤体下沉量较大,钻孔周围塑性区破坏较大,钻孔的稳定性最好。     

煤矿水力压裂切顶卸压技术研究

为了改善留巷的应力状态,降低巷道维护难度,保证矿井安全生产,以煤矿实际巷道工程概况为基础,分析了水力压裂切顶卸压前后的应力分布,研究了试验机具与设备,设计了压裂参数及水力压裂切顶技术施工工艺,并分析了水力压裂切顶技的安全技术措施.研究为类似矿井地质条件的巷道切顶卸压提供了借鉴.     

超高压水力割缝技术在低渗透特厚煤层中的应用

为增大煤层透气性系数,提高煤层瓦斯抽采效果,通过超高压水力割缝技术,增大煤体暴露面积,给煤层内部卸压、瓦斯释放和流动创造了良好的条件,缝槽上下的煤体在一定范围内得到较充分的卸压,增大了煤层的透气性。结果表明:水力割缝钻孔组瓦斯抽采浓度、纯流量、百米瓦斯抽采纯流量及瓦斯抽采率是对比钻孔的2~4倍,远远大于对比钻孔组,割缝钻孔瓦斯抽采效果显著。研究为其他类似矿井提供借鉴。     

基于水力致裂的瓦斯驱赶技术研究

煤矿瓦斯安全一直影响着煤矿生产的关键性问题,研究了水力致裂的瓦斯驱赶技术,依据水力致裂裂缝区域确定出应力扰动区、瓦斯驱赶区域、水力致裂的润湿区域;然后把水力致裂技术应用实践中,分析了水力致裂全过程水力压力变化、水力压裂前后各个取样点的瓦斯含量变化以及掘进工作面迎头瓦斯浓度。研究得出,采用深孔水力致裂技术,减少了区域孔的工程量,很少出现吸钻和卡钻的现象,提高了巷道掘进速度。     

水力压裂技术在低透气性煤层瓦斯抽采中的应用

为了解决某煤矿低透气性煤层难抽采的问题,分析了水力压裂增透裂缝扩展规律以及煤层水力压裂卸压增透机理,采用PFPA-2D数值模拟软件,研究了单注水孔以及双注水孔的水力压裂过程中的裂缝扩展规律及煤体位移和应力变化规律,实现大范围裂隙网的形成、贯通和发育,提高了煤体的透气性。通过现场试验,实现了低透气性煤层卸压增透的目的,验证了低透气性煤层水力压裂增透技术的安全性、有效性和适用性。