煤层增透

摘要： 利用电脉冲致裂煤体增渗实验系统,对贵州轿子山煤矿烟煤进行电脉冲致裂实验,并结合工业分析、傅里叶红外光谱测试和等温吸附实验方法,研究了不同击穿电压条件下电脉冲致裂煤体的电流峰值、煤体官能团结构和吸附甲烷能力的演化规律。结果表明:煤样电脉冲击穿煤体的过程主要经历了热击穿、电击穿和残余阶段,同时,击穿煤样的电流峰值随着击穿电压的升高而增大,且呈现指数化趋势;电脉冲击穿煤样的官能团结构发生明显变化,CH吸收峰随着击穿电压的增加而升高,C=C、-CH_(3)、-CH_(2)、-OH吸收峰随击穿电压的提高而降低;电脉冲击穿煤样的甲烷极限吸附量a值都比原煤低,煤样吸附常数b值随击穿电压增加呈现出波动式的变化,表明电脉冲击穿煤体后,明显降低了煤样对甲烷的吸附能力,有利于煤层气的高效开采。

摘要： 为了探索微波的加载路径对微波致裂煤体效果的影响,利用自主研制的微波辐射试验装置开展了不同微波加载路径下的煤体致裂试验,研究了微波辐射前后煤样的P波波速、抗压强度、弹性模量、煤样表面裂隙演化及煤体微结构损伤因子的变化特征,揭示了不同微波加载路径对煤体致裂效果的影响规律。结果表明:微波辐射后煤样P波波速平均降幅为40.13%,其中微波连续加载条件下降幅高达56.47%;煤体抗压强度、弹性模量受微波辐射影响较明显,平均抗压强度降幅高达74.91%,弹性模量降幅均超过65.01%,其中连续加载下高达80.11%;煤体累积损伤因子与加载路径有关,不同微波加载路径对煤体内部微结构造成不同程度的损伤;微波连续加载与间歇加载均促进煤体表面裂隙的发育,在连续加载下,煤样表面裂隙更发育,破坏更显著。因此,煤体微波加载路径的改变能有效致裂煤体,在微波能量为216 kJ的试验条件下,通过微波连续辐射煤样,可最大程度对煤体进行致裂,煤体的致裂效果达到最优。

摘要： 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^(3)/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。

摘要： 高瓦斯含量低透气性突出煤层高效抽采瓦斯是复杂地质条件下工作面瓦斯治理的主要难题。为增加该类煤层透气性,依据瓦斯流量法测试水力冲孔影响半径的结果,利用煤层底板巷布置穿层密集钻孔,对工作面进行水力冲孔强化增透,达到高效预抽煤层瓦斯的目的。研究结果表明:水力冲孔在煤体中形成的孔洞促使钻孔周围煤体持续膨胀变形,约在1.8倍孔洞直径范围内煤体的地应力下降,煤体受压程度降低,煤体透气性增大;水力冲孔加速了煤体瓦斯的解吸,实现了连续18 d,平均单孔瓦斯体积分数大于52.64%的高浓度瓦斯预抽效果;预抽60 d后,煤层瓦斯含量由原始的9.09 m^(3)/t降至4.03 m^(3)/t。可见,采用密集穿层钻孔水力冲孔,提高了煤层预抽瓦斯效果,实现了低透气性突出煤层的消突,保障了工作面的安全生产。

摘要： 为解决碎软煤层水力压裂裂隙易闭合、压裂不均匀、压裂效果差、瓦斯抽采困难等问题,自主研发了定向喷砂射孔装备及工艺技术、水力加砂分段压裂装备及工艺技术,提出煤层顶板定向长钻孔“定向喷砂射孔+分段加砂压裂”增加煤层透气性的思路,并在阳泉矿区新景煤矿3#煤层顶板开展工程试验,形成了煤层顶板定向长钻孔水力加砂分段压裂工艺技术。试验结果表明:成功实现了609 m煤层顶板长钻孔分6段加砂压裂,施工排量超过1 m^(3)/min,单段注液量超过150 m^(3),累计注液量967 m^(3);压裂孔底至孔口破裂压力呈逐渐减小,最大破裂压力为29.6MPa。注入核桃壳砂比例最高达到3%,单段最大注入核桃壳砂2.41 t,累积加入13.11 t。统计分析60 d瓦斯抽采数据,平均抽采瓦斯体积分数60.6%;单日最高瓦斯抽采纯量达到1 381.5 m^(3),抽采瓦斯体积分数较顺层钻孔和千米钻孔分别提高了8.81倍和3.96倍;百米钻孔抽采纯量分别提高了21.4倍和7.28倍,取得了很好的增透效果。

摘要： 针对高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采效率低、预抽钻孔工程施工量大等难题,提出CO_(2)深孔预裂爆破增透技术,并在富泓矿实施井下CO_(2)爆破增透试验,对比爆破孔前后瓦斯流量变化。试验结果表明,CO_(2)爆破后钻屑解析指标△h2最大降幅在35.54%,瓦斯浓度最大涨幅在330.36%,CO_(2)爆破增透技术提高了瓦斯抽采量和瓦斯抽采效率。

摘要： 深部煤层的地应力高、瓦斯含量高、渗透系数低,严重威胁煤炭的高效安全生产,必须进行强化增透以提高瓦斯的抽采率。水压爆破具有传能效率高、安全性好的特点,可应用于深部煤层增透。为研究深部煤层水压爆破裂纹扩展规律,基于LS-DYNA数值模拟,分析了不同的地应力、不耦合系数、耦合介质等条件下煤层的致裂效果。结果表明:地应力对水压爆破产生的冲击荷载有削减作用,地应力增大致使煤层裂纹长度变短,裂隙区范围减小,地应力在1~20 MPa范围内时,随着地应力的增大,爆破应力波的衰减逐渐减弱;不耦合系数处于1.0~3.0区间时,随着不耦合系数的增大,破碎区范围减小,裂隙区范围先增大后减小,煤层水压爆破裂纹扩展范围先增大后减小,不耦合系数为2.0时,爆破致裂效果最佳;采用不同的耦合介质爆破时,水介质耦合下爆破煤层裂隙区范围大于空气介质,水介质条件下爆破产生的有效应力最大值是空气介质下的1.35倍,水介质更有利于煤层裂纹的扩展发育。研究成果对于深部煤层水压爆破致裂增透工程实践具有一定的指导作用。

摘要： 文章针对阳泉煤业煤矿的瓦斯抽采问题,采用CO_(2)预裂增透技术在寺家庄煤矿15203工作面开展了工业试验,试验共施工钻孔11个,进行了3次预裂,对预裂前后瓦斯浓度及瓦斯含量数据进行了对比分析。结果表明:在预裂范围内以预裂孔为轴心存在一个明显的CO_(2)预裂“置换、驱替”环;预裂前煤层瓦斯含量平均为9.26m^(3)/t,预裂后经33天抽放后煤层瓦斯含量平均为6.80m^(3)/t,相比预裂前下降2.46m^(3)/t,下降幅度为26.6%。

摘要： 白龙山煤矿一井C_(2)煤层为突出煤层,为提高矿井瓦斯抽采效果,保障石门揭煤安全、缩短揭煤周期,对水力冲孔增透促抽技术开展了试验研究。研究结果表明:石门揭煤区域采取水力冲孔措施后,渗透性较低且较为松软的C_(2)煤层出煤量较大,单孔出煤量1.27~2.73 t,平均出煤量2.28 t;试验区域经210 d连续抽采,煤层瓦斯含量由11.4659 m^(3)/t降低至3.5511~4.2517 m^(3)/t,下降约63%,瓦斯压力由0.81 MPa降低至0.34 MPa,下降约58%;揭煤期间工作面钻屑瓦斯解吸指标K_(1)值最大值为0.32 mL/(g·min^(1/2)),钻屑量最大值为2 kg/m,炮后瓦斯浓度为0.04%~0.24%,瓦斯涌出量为2.22 m^(3)/min。水力冲孔措施可为矿井石门安全快速揭煤提供技术保障,对安全生产具有重要指导作用。

摘要： 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。

摘要： 我国煤层渗透性普遍偏低,严重影响着煤层瓦斯抽采,极大地威胁着煤矿安全高效开采.针对这一状况,分析了我国煤层增透方法的研究现状,指出了煤层增透方法的发展趋势,并介绍了高压电脉冲煤层增透新技术.煤层增透方法可分为煤层群卸压增透方法和单一煤层增透方法,而且水力化增透措施、爆破化增透措施等是单一煤层主要增透方法.介绍了高压电脉冲煤层增透方法,指出高压电脉冲主要通过剪切造缝、机械振动和空化作用对煤层进行增透,同时应积极加大该技术的研究力度,推进该技术在现场工程应用.

摘要： 煤层气(瓦斯)抽采是保障煤矿安全生产的根本措施,随着抽采技术的发展,其使用性和针对性越来越强,能解决地质条件相对简单的煤矿瓦斯问题,但对于复杂地质、松软低渗煤层、深部开采等条件,既有的煤层气(瓦斯)抽采技术具有一定的局限,需要新的技术来解决.本文详细阐述了高压水力压裂、高压水力割缝一体、顺煤层钻孔封孔提浓、采动区煤层气(瓦斯)地面井抽采、低浓度煤层气(瓦斯)集输等新技术的技术原理、特点、核心内容及应用效果,该技术群对煤矿瓦斯安全高效抽采发挥了较好的促进作用.分析指出:今后中国复杂地质条件煤矿区煤层气(瓦斯)抽采应以保障钻孔质量入手,重点在煤层增透;应根据具体的条件选择“主动”增透(压裂、割缝等)技术或“被动”增透(采动卸压)技术,提高瓦斯的综合抽采效果.

摘要： 本发明属于煤矿煤层卸压增透及瓦斯抽采技术领域，具体公开一种脉冲水力裂切煤层卸压增透装置及卸压增透方法，该装置主要由水箱、高压水泵、压力表、高压储水罐、气动阀、电磁阀组、控制柜等组成，该装置将高压水泵形成的高压水注入高压储水罐中，通过控制柜控制电磁阀、气动阀、引射泵的开闭形成高压脉冲流体，高压脉冲流体经输送杆到达胀裂器中，在高压脉冲流体作用下胀裂器产生周期性膨胀，从而对煤壁产生压缩‑膨胀‑压缩的周期性张压应力，使煤层中裂隙不断发育形成致密贯通的裂隙网络，从而达到煤层卸压、强化瓦斯抽采的目的。

摘要： 本发明公开了一种后撤式煤层液压扩孔造穴增透装置及增透方法，所述增透装置包括液压扩孔造穴杆、扩孔顶杆、连接杆、转角控制器、液压油注油管线、液压油出油管线和液压油缸及控制装置，扩孔顶杆为二级伸缩缸体，通过液压控制二级伸缩缸体的伸长与压缩实现对煤层钻孔的扩孔造穴增透，同时转角控制器可实现将液压扩孔造穴杆旋转90°、180°、270°并在每次旋转完成后进行一次完整的先伸长后压缩的扩孔造穴工序。采用液压顶杆原理既安全可靠又能保证有足够大的压力，最终可达到提高瓦斯抽采效率、缩短瓦斯抽采工作时间的目的。

摘要： 本发明属于煤矿煤层卸压增透及瓦斯抽采技术领域，具体公开一种脉冲水力裂切煤层卸压增透装置及卸压增透方法，该装置主要由水箱、高压水泵、压力表、高压储水罐、气动阀、电磁阀组、控制柜等组成，该装置将高压水泵形成的高压水注入高压储水罐中，通过控制柜控制电磁阀、气动阀、引射泵的开闭形成高压脉冲流体，高压脉冲流体经输送杆到达胀裂器中，在高压脉冲流体作用下胀裂器产生周期性膨胀，从而对煤壁产生压缩‑膨胀‑压缩的周期性张压应力，使煤层中裂隙不断发育形成致密贯通的裂隙网络，从而达到煤层卸压、强化瓦斯抽采的目的。

摘要： 本发明公开了一种后撤式煤层液压扩孔造穴增透装置及增透方法，所述增透装置包括液压扩孔造穴杆、扩孔顶杆、连接杆、转角控制器、液压油注油管线、液压油出油管线和液压油缸及控制装置，扩孔顶杆为二级伸缩缸体，通过液压控制二级伸缩缸体的伸长与压缩实现对煤层钻孔的扩孔造穴增透，同时转角控制器可实现将液压扩孔造穴杆旋转90°、180°、270°并在每次旋转完成后进行一次完整的先伸长后压缩的扩孔造穴工序。采用液压顶杆原理既安全可靠又能保证有足够大的压力，最终可达到提高瓦斯抽采效率、缩短瓦斯抽采工作时间的目的。

摘要： 本发明涉及一种煤层抽采钻孔热冷冲击破煤增透装置，包括承载底座、行走机构、液氮储存钢瓶、气态氮气储存钢瓶、存水罐、热风机、增压泵组、氮气加热管、水冷管及液氮降温管，承载底座下表面与行走机构连接，液氮储存钢瓶、气态氮气储存钢瓶、存水罐、热风机及增压泵组均通过滑轨与承载底座上表面滑动连接，每一条氮气加热管、一条水冷管和一条液氮降温管构成一个压裂冲击组，压裂冲击组分别与两个增压泵组相互连通；其增透方法包括开设钻孔，压裂冲击组预制，冲击压裂作业及抽采作业等四步。本发明一方面提高了钻孔瓦斯抽采效率，降低瓦斯抽采成本，另一方面提高了瓦斯抽采作业安全性和可靠性的目的。

摘要： 本发明公开了一种向煤层循环注入热水和液氮的增透系统，包括热水加注子系统、液氮加注子系统、两位三通阀以及煤层加注子系统。本发明还公开了使用上述增透系统的增透方法，依次包括如下步骤：第一步骤是准备步骤，第二步骤是热水箱和液氮箱注液操作；第三步骤是注热水作业；第四步骤是排水步骤；第五步骤是注液氮作业；第六步骤是排气步骤。循环执行第三步骤至第六步骤，直至达到预定的增透范围和增透效果。本发明的增透系统和增透方法能够大幅提高深处煤层的渗透性，便于瓦斯预抽采，对于减少瓦斯事故和煤层气增产具有重大意义。

摘要： 本实用新型公开了一种低压低渗透储层煤层气井化学增透压裂增透增产的设备，涉及石油天然气勘探与开发领域，低压低渗透煤储层中裂隙充填物以碳酸盐成分物质为主，充填物遇酸分解释放原有裂隙通道，加之水力压裂作用沟通微裂缝和主裂隙通道，增加储层渗透率，达到压裂增透目的。本实用新型技术适用于未压裂或井底存在天然裂缝的煤层气井的初次压裂，以及已经压裂但产能较低的煤层气井的重复压裂。

摘要： 本发明公开了一种定向水力裂切煤层卸压增透装置及卸压增透方法，主要由胀裂器、推进杆、高压软管、高压蝶阀、高压水泵、水箱等组成，该装置将水箱中的水通过高压水泵形成高压流体，通过杆体带有刻度标尺的推进杆将胀裂器输送至预制的煤层裂隙位置处；高压流体通过推进杆使位于煤层定向裂隙处的胀裂器膨胀，从而对煤壁产生巨大径向应力，使煤层中预制的定向裂隙尖端产生应力集中并发生张拉破坏，裂隙不断扩展，在钻孔间形成连续贯通的裂隙网络，在停止对胀裂器注水时，关闭推进杆尾端的高压蝶阀，由于其密封作用，胀裂器依旧能维持较高压力，避免煤层中新生成的裂隙网络闭合，达到对煤层实时动态裂切效果，实现煤层增透、强化瓦斯抽采目的。

摘要： 本发明公开了一种定向水力裂切煤层卸压增透装置及卸压增透方法，主要由胀裂器、推进杆、高压软管、高压蝶阀、高压水泵、水箱等组成，该装置将水箱中的水通过高压水泵形成高压流体，通过杆体带有刻度标尺的推进杆将胀裂器输送至预制的煤层裂隙位置处；高压流体通过推进杆使位于煤层定向裂隙处的胀裂器膨胀，从而对煤壁产生巨大径向应力，使煤层中预制的定向裂隙尖端产生应力集中并发生张拉破坏，裂隙不断扩展，在钻孔间形成连续贯通的裂隙网络，在停止对胀裂器注水时，关闭推进杆尾端的高压蝶阀，由于其密封作用，胀裂器依旧能维持较高压力，避免煤层中新生成的裂隙网络闭合，达到对煤层实时动态裂切效果，实现煤层增透、强化瓦斯抽采目的。

摘要： 本发明公开了一种利用大功率超声波对低渗透性煤层增透装置，该装置包括在煤层中钻设的超声激励钻孔、钻杆、超声波换能器、电缆、超声波控制箱、封孔铁管、水绳、封隔器、电缆防喷器。本发明同时提供了一种大功率超声波对低渗透性煤层增透方法。本发明通过在水力压裂基础上采用大功率超声波增透技术对低渗透性煤层进行增透作业，通过水力压裂产生的煤层裂隙，以水为传播介质，扩大超声波影响范围，进一步增加煤层的孔隙度与渗透率，同时打通压裂过程中被煤屑阻塞的通道。通过两种技术先后的共同作用，从而大幅度增加煤层的透气性，提高瓦斯抽采效果。