煤矿井下钻孔吞吐压裂增透抽采瓦斯技术研究

为了显著增大煤层透气性系数,达到高效抽采瓦斯的目的,提出了煤矿井下钻孔吞吐压裂增透抽采瓦斯技术,分析发现吞吐压裂实施过程中,在最大和最小水平主应力方向能够产生径向引张裂隙、周缘引张裂隙、剪切裂隙、转向裂隙等;同时,裂隙壁面错位支撑增容,形成了瓦斯运移产出的高速通道。现场试验表明:实施吞吐压裂与未采取瓦斯抽采措施相比,单孔瓦斯抽采纯量提高了7~12倍,瓦斯抽采体积分数提高4~5倍,钻孔瓦斯流量衰减系数降低了1/4~1/3;实施吞吐压裂与采取常规水力压裂相比:单孔瓦斯抽采纯量提高了1.6~3.0倍,瓦斯抽采体积分数提高1.2~2.0倍,钻孔瓦斯流量衰减系数降低了1/5~1/3。     

两端自堵封孔囊袋的研制及应用

为探求更加简单、有效的封孔技术,在对常规抽采钻孔封孔技术分析的基础上,研制了配合化学材料共同使用的两端自堵封孔囊袋,该技术工艺简单,一次注浆完成封孔,可实现定长定位带压封孔,封孔效果好、效率高、劳动强度低。在龙山煤矿进行了工业性试验,结果表明:采用两端自堵封孔囊袋所封抽采钻孔瓦斯浓度衰减慢,钻孔服务周期长,高浓度钻孔比例高。     

大尺寸复杂应力水力压裂裂缝扩展模拟试验研究

为了研究复杂应力条件下的水力压裂裂缝扩展规律,本文借助自主研发的多场耦合煤层气开采物理模拟试验系统进行了大尺寸的水力压裂物理模拟,通过泵注石膏液充填水力压裂裂缝,以观测裂缝的开裂形态及扩展方位,并得到了不同压裂点的力、位移、水压与时间的关系曲线。研究表明,煤岩体中的水压力随着压裂液的持续泵注呈上升趋势,在压裂管周围的变化趋势与水压非常相似;试样在力的作用下有一定的位移,呈正相关。通过凝固的石膏可以看到水力压裂裂缝的完整形态,从而推断出裂缝的起裂、延伸路径,以期为煤层气水力压裂技术的研究提供数据参考和理论依据。     

基于Weibull分布的岩石损伤本构模型研究

利用连续损伤理论和统计强度理论，提出了模拟岩石破裂全过程的损伤本构关系，并在此基础上建立了完整的损伤统计本构模型，且在所建立的损伤统计本构模型的四个基本方程中，引入岩石应力应变全过程曲线特征参量，并考虑岩石应力应变全过程曲线的几何条件，解决了传统方法求解本构方程中参数的难点，同时提高了精度．通过与砂岩试件三轴压缩试验实测结果对比，证明模型可以很好地反映岩石的应力-应变关系．图2，参7．     

煤矿井下定向钻孔防治瓦斯技术研究进展

定向钻孔防治瓦斯技术针对不同煤层瓦斯赋存条件形成了多种定向钻孔防治瓦斯工艺。针对煤矿井下定向钻孔防治瓦斯技术研究进展进行剖析,系统介绍了目前国内5种形式定向钻孔防治瓦斯技术的原理、作用机理、布孔方式以及最新研究成果,并立足于新要求下瓦斯治理工作对此技术进行展望,提供可行性思路,以期对未来定向钻孔防治瓦斯技术技术革新和思路转变奠定基础。     

基于水力压裂法的断层防水煤柱合理留设

通过水力压裂法对太原东山煤矿煤层抗拉强度进行测试,验证了此方法在煤层强度测试中应用的适用性,获得的Kp较实验室的数据>10倍以上,为今后断层防水煤柱的留设提供了依据,该参数使得防水煤柱宽度大为缩小。     

基于不同应力的水力裂缝形态试验研究

为了研究压裂后的水力裂缝形态,以相似材料成型的试件为压裂对象,利用水力压裂装置,开展了不同应力条件下的水力压裂试验。研究结果表明:二维应力条件下,水力压裂形成单一裂缝的概率大于复杂裂缝的概率;裂缝形态的复杂性与试验应力有关,当三向应力(最大水平主应力、垂直应力、最小水平主应力)的值相差较大时,容易形成单一裂缝形态;当三向应力中有2个值相近,且均与第3个应力相差较大,则容易形成复杂裂缝形态;复杂裂缝形态中的分支缝与最大水平主应力存在不同的夹角,但均沿平行于最大水平主应力的方向扩展;在同一应力条件下,不同试件压裂产生的裂缝形态也不尽相同,与试件的均质性、压裂液的流动路径、破裂面的特征有关。     

煤矿井下煤层渗透率直接测定方法研究及应用

研究了国内外有关学者提出的各种煤层渗透率测定及计算方法,分析了煤层瓦斯运移计算模型,在此基础上提出煤层瓦斯渗流的几点假设。利用瓦斯渗流动量守恒方程和气体状态方程,建立了煤层瓦斯径向流动流量计算方程,并依据现场测试实际情况给定边界条件,建立了煤层瓦斯径向流动状态下的渗透率计算方程,为现场渗透率测试提供理论支撑。通过对地面实验室和煤矿井下现场测试煤层渗透率方法的研究,提出了煤矿井下直接测试煤层渗透率的新方法:圆周渗透率测试法。利用该方法对中马村矿27采区煤层渗透率进行现场实测,并通过反算出的煤层透气性系数与以往实测数据对比,结果表明:圆周渗透率测试法能够实现煤矿井下煤层渗透率的现场直接测定,测试结果准确可靠。     

钻孔角度对水力冲孔效果影响的试验研究

为了研究钻孔角度对水力冲孔效果的影响,采取试验研究的方法在中马村矿27001底板回风巷开展水力冲孔试验,利用冲煤量统计、瓦斯抽采量检测、数据分析等技术手段,研究了同等条件下不同角度钻孔的冲煤量及瓦斯抽采效果,结果表明水力冲孔冲煤量及瓦斯抽采效果随钻孔角度的减小而增大;获得中马村煤矿水力冲孔钻孔最佳单位冲煤量:大角度孔(50°及以上)的单位冲煤量为1~1.5 t/m,小角度钻孔(50°以下)单位冲煤量为1.5~2 t/m。     

基于可拓理论的边坡稳定性评价研究

岩体边坡的稳定性是受多种因素共同影响的复杂巨系统,通过某种方法对边坡稳定性进行合理、准确的评价一直是岩土工程研究的重要内容。基于物元理论和关联函数,将可拓理论引入到边坡稳定性评价当中,提出了边坡稳定性评价的可拓方法。以某实际边坡工程为例,在合理选取能够反映边坡岩体综合特性指标的基础上,建立了边坡稳定性评价的可拓模型,并且将预测结果与传统的模糊评判结果进行了对比。对比结果表明该评价方法能够较准确地反映边坡的稳定性状况,证明了该方法可行性。