低透气煤层高压脉冲水割裂增透抽采技术研究
高效瓦斯抽采是预防煤层瓦斯突出、减少瓦斯事故保证矿井安全生产的必要手段之一。但随着开采深度的加大，煤层透气性低是中国矿井面临的普遍现状，也是制约瓦斯抽采的瓶颈。平煤十矿己组煤埋深超1000m，瓦斯含量12.7～30m3/t，煤层透气性系数O.004～0.224m2/(MPa·d)属于低透气性难抽煤层。针对这种现状，展开高压脉冲水割裂增透抽采技术研究，目的增加煤层透气性、预防煤与瓦斯突出、提高瓦斯抽采效率。 本文以平煤十矿己15-24080工作面为工程背景，采用理论研究、实验室测试、现场试验、数值模拟相结合的方法对低透气煤层进行增透抽采的深入研究。首先，在实验室测得煤样密度、抗拉强度、抗压强度、剪切强度等基础参数，得到煤体力学性质特征。然后，从理论上分析高压水力作用破煤增透机理，脉冲作用对促进煤体瓦斯解吸的的优势以及高压水对瓦斯渗流的影响，进一步在现场试验中得到高压脉冲水割裂增透的合理割裂压力区间为15～20MPa，高压脉冲割裂半径为1.0m、割裂影响半径4.0m，为瓦斯抽采钻孔布置提供参考依据，并以煤层透气性系数变化为增透效果指标，量化得到增透范围内煤层透气性提高从几十倍到上百倍不等;基于试验增透结果和现场实际建立瓦斯抽采模型，模拟结果显示，相同条件下煤层增透可以有效降低瓦斯抽采负压和扩大钻孔间距，为优化增透瓦斯抽采工艺，重点对增透后的瓦斯抽采钻孔孔径、抽采负压、钻孔间距进行研究，当前模拟条件下得出，-15KPa时钻孔开始见煤处的孔间距为3m，-20KPa时为7m，-22KPa时为9m。说明增透是快速实现卸压和增加透气性的主要关键技术。最后，根据现场试验和数值模拟结果进行增透抽采工艺应用，应用中发现割裂抽采时钻孔瓦斯浓度基本稳定在80％～90％左右，瓦斯流量为0.05m3/min～0.08m3/min，抽采效果比原来提高3～5倍，回风巷未出现瓦斯超限现象，而且大大节约施工时间和瓦斯抽采成本。本研究对平煤十矿低透气煤层的增透抽采具有重要意义，同时也为其他同类矿井提供良好借鉴。
低透气煤层;瓦斯抽采;高压脉冲;水力割裂;增透机理
辽宁工程技术大学
硕士
安全工程
齐庆杰
2017
中文
TD712.6
78
2018-12-11（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）