[01475660]单一松软低渗煤层压裂增透机理及工程应用

1、以Russel方法为基础,分析在瓦斯压力恢复过程中,钻孔瓦斯压力如何随着钻孔中气体的积累量的增加而增加,并分析不同阶段瓦斯压力变化特征。根据径向钻孔瓦斯流动微分方程及径向流场瓦斯压力分布规律,结合Horner方法,推导出了煤层计算煤层透气性系数的解析式。结合煤层瓦斯压力测试数据,评价煤层透气性,并与传统透气性计算方法进行比较,误差在30%以内,证明此方法的可靠性。 2、基于瓦斯流动理论,基于钻孔瓦斯压力恢复过程,推导出钻孔有效探测半径,并根据瓦斯气体温度、压力和压缩等拟临界、拟对比性质,确定钻孔有效排放半径。结合煤层瓦斯参数,计算钻孔排放半径并与井下实测结果比较,分析钻孔半径对排放半径的影响。 3、依据不同程度的松软煤层力学参数,建立煤的压缩密室曲线,分别采用Euler、ALE、Lagrange建立煤层爆破模型模拟煤矿三级许可炸药深孔爆破预裂效果。模拟结果表明不同强度的煤其爆破结果明显不同：软煤主要表现在爆腔的增大,煤强度的提高,爆炸结束时间相对较长;硬煤主要表现在裂纹的增长,透气性的提高,爆炸结束时间相对较短。 4、根据裂隙产生及扩展机理,总结出3种裂隙导控方法：轴向楔形槽导控、环形楔形槽导控及控制孔导控。以真实煤层为研究对象,运用数值试验方法,对常规（非定向）压裂、轴向楔形槽导控压裂、环形楔形槽导控压裂及控制孔导控压裂进行了数值模拟,通过声发射及剪应力分布研究了4种压裂方式下压裂过程中裂隙扩展动态特征,对比分析了4种压裂方式的微裂压力及破裂压力。 5、深孔控制预裂爆破增透技术用于千米埋深、单一特厚突出煤层井筒揭煤。鹤壁三矿新副井揭煤深度963m,位于向斜轴部应力集中区,煤厚9.6m,瓦斯压力1.4MPa、瓦斯含量16.4m?/t,区域预测钻孔施工期间响煤炮、喷孔等动力现象。揭煤区域瓦斯储量169105m?,常规的抽放方式钻孔瓦斯纯流量0.28 m3/min、需要216天达到区域防突要求,对矿井接替、井建公司带来很大的压力。采用深孔控制预裂爆破增透、爆破孔和控制孔联网抽放技术。2010年3月5日开始深孔控制预裂爆破,预裂爆破装药孔数为96个,装药量444.84Kg;2010年4月8日-2010年5月19日抽排瓦斯量达到83025m?,残余瓦斯压力0.27MPa、瓦斯含量5.48m?/t,执行抽放41天就满足区域防突技术要求,缩短工期225天;揭煤前钻屑解吸指标160Pa,揭煤后井筒瓦斯浓度0.2%,安全、顺利揭煤并穿透9.6m煤层。 6、井下穿层孔水力压裂技术在突出危险掘进工作面增透防突中的应用。中平能化集团八矿己15-22040采面机巷设计长度1007m,施工6月掘进200m,因煤炮、喷孔、指标频繁超标,改用顶板高位抽排巷穿层钻孔抽放、煤巷钻孔排放联合防突,煤巷掘进过程中指标经常超标、煤炮、喷孔夹钻等现象。自2009年9月28日实时顶板穿层钻孔实施水力压裂技术,巷道瓦斯浓度0.2-0.3%,钻孔抽放浓度增加16倍,单孔抽放纯流量提高11.6倍,煤巷排放防突钻孔工程量大大降低,煤巷掘进速度由原来每月不足30m增加到每月60m左右,该工作面提前12个月回采。