《大埋深高应力条件下煤层卸压增透及钻孔固液两相封孔技术》

该项目属煤矿安全领域,是针对提高大埋深高应力低透煤层瓦斯抽采效果而形成的卸压增透技术体系。为提高低透煤层瓦斯抽采效果多应用水力化卸压、致裂增透技术。然而现场对于千米深部高应力低透煤层的卸压增透技术的应用效果及技术参数的优化还缺乏研究,以及对于煤层卸压增透后顺层瓦斯抽采钻孔多发生严重的变形及裂隙化,其密封手段仍停留在固态式密封技术,缺少一种可根据钻孔的变形特点在抽采时间内保持液态、具有稳定流动性的密封材料。基于此,该项目针对大埋深高应力低透煤层的赋存特点,开展了煤体水力冲孔合理水射流压力的量化工作,并基于瓦斯抽采参数的测定,揭示了单位冲煤量对瓦斯抽采浓度及抽采流量等参数的影响规律,确定了适于煤层单位冲煤量的最佳范围;开展动压致裂对瓦斯抽采影响半径的影响研究,实现了动压致裂及水力冲孔形成的压-冲一体化增透作业技术工艺应用,切实改善了大埋深高应力低透煤层的瓦斯抽采效果;开展了易变形、裂隙化抽采钻孔的密封长度量化工作,配制了长时具备液态及稳定流动特性的无机膏体密封材料,提出了多段韧性膏体密封技术。该项目形成了大埋深高应力低透煤层卸压增透及抽采钻孔高效密封一体化作业体系,为提高瓦斯抽采效率,实现高突煤层的理想消突效果提供坚实的现场应用理论及作业指导。

该研究首先采用数值模拟手段获得煤层上覆岩层垂压、抽放钻孔孔径及水射流压力对瓦斯抽采影响半径的影响量化特征,结合现场煤层的赋存参数,得到抽采钻孔孔径为900mm时,冲孔水射流压力宜取10~15MPa。以岩柱为安全屏障,从底板巷实施了水力冲孔增透措施,在记录冲煤量、瓦斯浓度等参数的基础上,获得瓦斯抽采浓度及瓦斯流量随单位冲煤量的变化规律。从时间和经济角度考虑,煤层存在最佳的单位冲煤量范围。对该研究中的千米埋深矿井而言,其最佳的水力冲孔单位冲煤量为0.63t/m~0.95t/m。然后为进一步提高增透效果,模拟了不同动压水射流压力对影响半径的影响程度,确定动压致裂水射流压力应不小于10MPa,致裂后瓦斯抽采半径从2.11m增加至2.70m,增加了27.96%,增加幅度明显。结合水力冲孔增透措施,实施了压-冲一体化增透作业,瓦斯抽采半径由2.70m增加至3.2m,增加了22.22%,整体上从原始的2.11m增加至3.30m,增加56.39%。最后为提高瓦斯抽采效果,采用数值模拟结合现场测定手段确定巷道松动带范围,确定了渗透率分布规律,结合长时具备液态及稳定流动特性的无机膏体,提出了多段韧性膏体钻孔密封技术,实现了抽采时间超过30d后,瓦斯抽采浓度不低于30%的抽采效果。

项目在河南薛湖煤矿研究成功后,创造直接经济效益2100万元,间接经济效益2.33亿元。通过该项目的实施,提高了矿井职工的安全意识及对瓦斯治理的意识,避免了瓦斯事故的发生促进了煤矿安全生产技术的进步,有较好的社会效益。

成果说明

该项目着力于千米大埋深高应力低透煤层卸压增透瓦斯治理关键技术,依托工程应用,切实解决工程难题。项目在河南薛湖煤矿,借助2306底抽巷,对25050及29020工作面卸压增透效果进行了研究。研究采用理论分析、数值模拟及现场实测相结合的研究方法,在获取煤层瓦斯基础参数的基础上,开展了煤层水力冲孔卸压增透技术研究、动压水-水力冲孔一体化致裂卸压增透技术研究及固液两相膏体密封技术研究,具有明确的研究技术路线。 项目量化确定的水力冲孔卸压增透单位冲煤量范围从增透效果、时间及经济多角度均具有优越性;开发的动压致裂及

  1. 下载详细PDF版/Doc版

提示:为方便大家复制编辑,博主已将PDF文件制作为Word/Doc格式文件。