超高压水力钻割一体化增透技术参数试验考察

为了掌握屯留井田3号煤层超高压水力钻割一体化增透合理技术参数,提高钻孔瓦斯抽采效率,对合理割缝压力、不同割缝时间的单刀出煤量进行试验,并对瓦斯抽采效果进行现场考察。试验表明:3号煤层合理割缝压力为90MPa,单刀割缝7min出煤量约为0.32t时,其割缝半径可达1.45～1.62m,钻孔瓦斯抽采效果最佳,为类似煤层超高压水力钻割一体化增透技术参数选择提供参考依据。     

深钻孔高压水力割缝增透技术在突出煤层中的应用

水力割缝是一项能够有效提高煤层透气性的本煤层渗透性改性技术。深钻孔与高压水力割缝相结合可以大大提高施工效率。寺家庄煤矿在突出煤层进行了水力割缝的推广试验。根据进行切割半径的试验,在突出煤层中利用60MPa的射流进行切割,切割半径可以达到1.5m;对100m深的钻孔进行割缝,成功率可以达到80%以上;割缝后的瓦斯流速是普通抽放钻孔的4~5倍。试验证实深钻孔高压水力割缝具有良好的经济效益和安全效果。     

松软煤层水力割缝缝槽形态控制技术研究及应用

为解决松软煤层(f>0.2)超高压水力割缝期间缝槽发育难控制、易垮孔等问题,通过理论分析手段,分析了割缝缝槽周围煤体应力分布规律,获得了割缝缝槽周围煤体塑性区分布影响因素。研究了高压水射流破煤规律,得到了影响割缝缝槽形态的主要因素为割缝压力、喷嘴直径及煤体自身硬度。提出了基于松软煤层特点的超高压水力割缝缝槽形态控制技术,获得了控制松软煤层缝槽深度、宽度以及发育速度的关键参数为割缝压力、喷嘴直径及压力调节速度。通过现场应用表明,针对松软煤层其缝槽形态控制合理参数为：割缝喷嘴直径2.5～3.0 mm,割缝压力70 MPa,割缝调压间隔3～5 min。验证了松软煤层水力割缝缝槽形态控制技术适用性,可效提高松软煤层水力割缝施工成功率及安全性。     

余吾煤矿松软煤层水力割缝参数优化研究

为了解决松软煤层条件下水力割缝卸压增透效果差、割缝钻孔排渣困难的问题,开展了松软煤层条件的水力割缝工艺参数研究.在研究松软煤层水力割缝主要控制因素的基础上,分析了不同水力割缝工艺参数对割缝煤层卸压增透效果、钻孔瓦斯抽采的影响;通过现场考察不同工艺参数下水力割缝煤层瓦斯抽采效果、钻孔割缝出煤数据,得到了松软煤层最佳水力割...     

水力钻割一体化卸压增透技术试验研究

为获得斜沟煤矿8号煤层超高压水力钻割一体化卸压增透最佳参数,以改善瓦斯抽采效率低下的现状,重点研究了最佳割缝压力、单刀出煤量与割缝时间之间的关系,并分析了瓦斯抽采纯量随时间的变化规律。     

淹没射流旋转割缝技术在突出煤层掘进中的应用

针对突出煤层中现有防突措施耗时长,不能满足煤巷掘进需要的问题,提出利用淹没射流在煤层中旋转割缝,大幅增加围岩卸压区长度,改变煤体结构（包括孔隙裂隙结构和应力状态）,缩短防突措施时间,从而提高煤巷掘进速度。研究了淹没射流旋转割缝的卸压增透机理;理论推导出影响射流旋转割缝性能的水力参数;计算出适用于煤巷掘进的射流压力和喷嘴直径数值范围;并通过室内试验确定了煤层普氏系数0.8时的喷嘴最优转速。在平煤集团某矿回风巷掘进面现场试验结果表明,淹没射流旋转割缝技术有效影响半径是单一超前钻孔的2.5倍;钻孔数量较之减少70%,月进尺增加83%,显著提高了工效。     

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。     

煤岩体高压磨料水力割缝基本规律的试验研究

采用定向水力致裂技术控制坚硬顶板的效果随水力割缝预割缝槽长度的增加而增强，为进一步研究添加磨料后的水力割缝效果，采用高压磨料水力割缝试验系统，对煤岩体磨料水力割缝基本规律进行了试验研究，分析了泵注压力、割缝时间、磨料浓度和岩性变化对磨料水力割缝效果的影响规律。试验结果表明：割缝深度随泵注压力基本呈线性增加；随着割缝时间延长，割缝深度不断增大，但超过有效割缝时间T后，割缝深度不再变化；特定割缝参数条件下，磨料浓度越接近3.4%时，割缝深度越接近极限深度；同一材料不同影响因素下割缝宽度基本无变化；割缝效果( 割缝深度、宽度 )随岩石强度、结构致密性的增大而变弱。研究结果可为优化现场磨料水力割缝施工参数设计提供参考。     

基于Solidworks的水力割缝喷嘴特性数值模拟

水力割缝是煤层卸压和增加煤层渗透率的有效方法,其中喷嘴结构是影响水力割缝效果的关键部件,通过Solidworks软件对收缩型喷嘴内部流场进行数值模拟,通过对比优化喷嘴参数,并在实验室进行试验分析了影响割缝效果的因素。     

基于坚硬煤层条件的顺层钻孔增透技术研究

为了解决低透气性坚硬煤层顺层钻孔抽采影响范围小、抽采效果差等问题,分析了坚硬煤层高压水射流破坏过程,采用数值模拟的方法研究了超高压水射流环形割缝卸压增透机制,研制了新型超高压水力割缝成套装置,并现场考察了坚硬煤层煤巷条带顺层钻孔超高压水力割缝应用效果。结果表明:采用超高压水力割缝后,坚硬煤层透气性提升约20倍,钻孔平均抽采瓦斯纯量提高2.0~2.5倍,抽采达标时间缩短67%以上,月掘进速度提高约50%,掘进期间无瓦斯异常现象,实现了坚硬煤层煤巷条带安全、快速掘进。     

高压水射流割缝参数试验研究

高压水射流割缝是一项能够有效提高煤层透气性的卸压增透技术,卸压增透效果与高压水射流割缝参数密切相关.为了研究适合长平矿的高压水射流割缝参数,本文设计并施工了水射流割缝压力、割缝间距、割缝时间的试验钻孔,通过现场试验数据分析,研究了割缝压力、时间、间距与割缝效率以及瓦斯抽采效果之间的关系.研究结果表明:适合于长平矿的割缝压力为70 MPa^80 MPa较为合理,割缝时间4 min左右,割缝间距为1 m^1.5 m为宜.     

煤层水力割缝系统性能瞬变特性研究

煤层水力割缝预抽采技术是防治煤与瓦斯突出这种矿井主要动力灾害的有效手段,但水力割缝系统在工况转换过程中存在瞬变现象,极易诱发煤与瓦斯突出。针对水力割缝系统在工况转换瞬变中瞬变压力和流量控制的问题,采用实验测试方法对自主研制设计的水力割缝关键装置不同喷嘴和阀芯结构参数瞬变压力和流量进行了系统测试,分析了割缝关键装置喷嘴与阀芯结构参数对瞬变压力和流量的影响规律。试验结果表明：喷嘴数量与参数对瞬变压力不产生影响,瞬变压力均为1.1 MPa,净流量呈现线性变化规律,能够利用线性变化预测瞬变压力,预测最大误差9.3%;割缝关键装置阀芯不同参数对瞬变压力影响不同,流量控制主因数为上孔口直径,试验瞬变压力不随阀芯面积改变而改变。     

脉冲射流割缝控制压裂技术关键参数研究及应用

为解决常规水压裂缝受地应力影响,导致扩展形态单一、易在裂缝两侧遗留增透空白带等问题,结合脉冲射流破煤岩特点与缝槽-孔隙水压联合诱导裂缝定向扩展作用,研究了煤矿井下脉冲射流割缝控制压裂技术。通过冲击应力波效应分析了脉冲射流充分利用水锤压力高效破碎煤体割缝机理,阐明了脉冲射流割缝控制压裂大幅增加煤层透气性原理,明晰了脉冲射流割缝压力、割缝控制压裂实施压力和压裂钻孔封孔长度等关键参数,探讨了割缝控制压裂技术的工艺流程,并在逢春煤矿开展了割缝控制压裂、常规压裂和钻孔抽采三种现场试验,对比考察了三种方式的煤层瓦斯抽采效果。现场试验结果表明：由于缝槽卸压和孔隙压力场的存在,脉冲射流割缝控制压裂能降低煤层压裂时的实施压力|通过分析压裂后不同距离煤体瓦斯含量和含水率变化规律,得出割缝控制压裂技术比常规压裂的影响范围更远,提高约33%|煤层实施割缝控制压裂后单孔瓦斯抽采纯量为0.034m/min,较常规压裂和传统钻孔抽采技术提高了3.7倍和10.6倍,瓦斯抽采汇总浓度约为73%,提高了1.7倍和2.25倍。     

高压磨料射流钻割一体化防突设备的研究

为了解决目前高瓦斯低透气性煤层消突困难的问题,从磨料射流的角度开发出一种新型防突设备.介绍了设备工作原理、设备总成,并通过实验室实验摸索了设备的主要运行参数,得出影响磨料射流割缝效果的主要因素--系统运行压力、割缝时间、磨料硬度及结构不规则程度.为设备进一步优化,提高割缝能力奠定基础.     

水力割缝空间分布模式对煤层卸压增透的作用规律

水力割缝技术是实现煤层卸压增透的有效手段,目前由水力割缝技术形成的致裂裂缝空间分布模式对煤层卸压增透的作用规律尚不明确。本文采用颗粒流模拟方法(PFC2D)对内含不同角度单缝及不同空间排布方式多缝的煤体开展了单轴压缩数值模拟试验,针对水力割缝周围微裂缝大量发育与连通促使煤层卸压增透的物理机制,提出了评价煤层割缝卸压增透效果的2个指标:加载过程中微裂缝显著产生时的单轴应力门限(σγ)与多条割缝的连通性。其中,σγ越低、多条割缝的连通性越强,割缝间的微裂缝越容易在低应力条件下形成并相互连通,割缝的卸压增透效果越好。模拟结果表明,单条割缝与煤体边界最大主应力方向夹角(α)呈90°时γ最小(3.2MPa);2条割缝(α为90°)排布方向与煤体边界最大主应力方向(割缝排布角β)呈45°时,水力割缝间具有最高的连通性与较低的应力门限(σγ为2.4 MPa);3条割缝(α为90°且β为45°)呈折线型交错排布模式时,割缝间的连通程度最高,且σγ较双割缝进一步降低了16.7%。通过上述模拟结果,确定了有利于煤层卸压增透的割缝最优空间分布模式,即α为90°的多条割缝以45°的排布角(β)交错分布。     

深部突出煤层超高压水射流割缝工艺参数研究与应用

超高压水射流割缝技术能显著改善深部煤层的应力状态、减少抽采钻孔工程量。针对割缝作业工艺参数选取缺少依据、易导致割缝误穿透相邻钻孔、卸压增透效果差等问题,开展了大埋深条件下的突出煤层超高压水射流割缝工艺参数研究。首先,理论分析了水射流压力、割缝时间、水射流旋转速度等工艺参数对超高压水射流割缝效果的影响;然后,通过不同参数下水射流割缝卸压增透效果现场考察,获得最佳水射流割缝工艺参数组合;最后,在赵固二矿西胶带大巷进行现场工艺验证。试验结果表明:优化后的煤层割缝钻孔抽采瓦斯纯量为对比钻孔的3.8倍,割缝钻孔有效瓦斯抽采半径为对比钻孔的2倍,割缝后穿层钻孔设计参数由4 m×5 m优化为8 m×5 m布置,在钻孔工程量减少50%的基础上,抽采达标时间由12个月以上缩短为7个月,抽采达标时间缩短了约40%。     

水力割缝对工作面煤壁与顶板稳定性的影响研究

水力割缝是解决低渗透煤层瓦斯抽放的一种有效方法。通过割缝可以使煤层卸压，并在地应力作用下引起煤层变形和破坏，增加煤层内得裂隙数量，从而达到增加煤层透气性得目的。本文通过对水力剖缝工作面顶板压力的测量和工作面煤壁裂隙得分布统计研究，认为：尽管水力割缝增加了煤层中得裂隙数量，但对工作面稳定性没有明显得影响。     

穿层割缝的卸压增透数值模拟及其应用

随着矿井的深部开采,高瓦斯低透气性煤层的瓦斯治理是当今煤矿面临的主要工作.阐述了高压射流割缝措施的卸压增透机理,通过FLAC软件模拟了割缝后煤层内部应力的变化情况,研究了高压射流割缝对煤层的卸压增透作用.现场应用证明：高压射流割缝技术对煤层具有良好的卸压增透效果,能够强化瓦斯抽采,扩大单孔的瓦斯抽采范围,提高了掘进工作面的掘进速度,保障了矿井的安全高效生产.     

压降法测试水力割缝有效影响半径应用分析

水力割缝有效影响半径是确定水力割缝钻孔布置参数以及评价卸压增透效果的重要依据,本文针对压降法测定水力割缝有效影响半径的原理及方法进行了探讨研究,并将该方法应用于平煤八矿进行现场测试.结果表明,压降法测定水力割缝有效影响半径是一种行之有效的方法,对突出煤层实施水力割缝卸压增透、提高瓦斯抽采效果具有重要意义.     

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提高。