软硬复合煤层钻孔高压水射流卸压增透机制及应用研究
发布时间：2021-04-08 09:00
我国贵州地区煤层地质条件复杂,多以煤层群的形式赋存,在复杂的地质运动作用下形成了松软煤层或构造煤与原生煤并存的复合煤层,这些松软煤层的渗透率低,瓦斯难以高效抽采,煤与瓦斯突出严重。实践证明高压水射流冲孔技术可以有效对煤层卸压增透,显著提高瓦斯抽采效果。高压水射流冲孔技术即通过穿层钻孔至目标煤层,高压旋转水射流冲刷出大量松软煤体,在煤层中形成直径较大的洞室,这种方法一方面为煤体的膨胀变形提供了空间,另一方面增加了洞室周围煤体的渗透率,因此显著提高了瓦斯抽采效果,从而消除煤与瓦斯突出危险性。煤体在地质构造作用下变得松软易破碎,煤体的物理微观结构发生改变,孔隙裂隙系统更为发育,软煤的微孔和小孔孔容分别是硬煤的1.37倍和1.72倍,比表面积比分别是硬煤为1.43倍和1.59倍。煤体微孔和小孔孔容的增大导致吸附解吸能力的增加,软煤的前期解吸速度明显高于硬煤,软煤在解吸实验前5min的解吸量已达到总解吸量的50%,而硬煤则需要25min才能达到总解吸量的一半。平均瓦斯放散初速度Δp为37.5 mmHg,是硬煤的2.03倍。复合煤层中软煤的平均坚固性系数为0.5,硬煤的平均坚固性系数为1.9,二者...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
区域构造单元图
减校通过以上分析可得出，煤层结构发生大范围改变的构造运动主要是褶皱型顺层断层和重力滑动型顺煤断层，该地质运动产生的软煤主要呈现沿着煤层的区域性分布，破坏断层附近煤体的构造形式则是由转换型顺煤断层引起的，该破坏范围较小只在断层附近出现且以小型地质单元为主[57]。新田井田位于即NE方向（金沙—黔西方向）的向斜的中部地区，该区域的构造形态以次一级缓倾斜褶曲为主。该地区地层走向为NE，倾向则主要是沿NW和SE方向。地层总体倾角不大，在5-10°之间；受断层影响，断层附近地层的倾角较大，最大为21°，如图2-2所示。井田范围内，地质构造复杂，次一级缓倾斜褶曲和断层均为发育。图2-2新田井田构造纲要图Figure2-2StructuraloutlineofXintianMinefield黔西矿区位于扬子板块西部南缘滇东-黔中隆起区，自雪峰运动之后，地壳以升降构造为主，地壳趋于平稳，对于黔西地区的煤层影响主要是顺层剪切，在初期的顺层构造破坏之后，在煤层结构破坏之后会形成层状软煤。之后是燕山造山运动，使得早白垩世以前地层全面褶皱，其中在褶皱构造强烈的紧闭褶皱区内，
硕士学位论文10受挤压作用明显，煤层结构破坏严重，煤层表现为全层软煤或复杂的局部软煤存在，煤体严重破坏。在褶皱的宽缓区则是形成顺煤层断面薄的软煤分层。此后，地壳进入新的平稳时期。据相关资料，本区域之后的地质构造运动对地层结构影响不大，地质运动对煤层的破坏程度有限，煤体未发生极度破坏，只是在煤层中形成条状带软硬分层。2.2煤层结构及瓦斯赋存特征(CoalSeamStructureandGasOccurrenceCharacteristics)2.2.1煤层结构特征新田井田范围内的4#和9#煤层为全区主采煤层，4#煤层与9#煤层相距28-32m，平均30m，4#煤层厚度为1.24-5.83m，平均厚度2.79m，9#煤层厚3.27～3.74m，平均3.45m，均为全部可采，属于较稳定型煤层，如图2-3所示。其中4#煤层在经历多次复杂的地质构造运动之后，在褶皱构造和重力滑动构造挤压以及顺层剪切的综合作用下，由于受到多条断层的影响，煤层分布呈现区域性特征，在部分区域煤层内部顶底板附近形成了软硬煤分层现象，成为了一种特殊结构的复合煤层。其中软煤层煤体松软易破碎，力学强度低，透气性差，瓦斯含量高，瓦斯压力大，具有较大的突出危险性。图2-34#煤层等厚线图Figure2-3ContourmapofNo.4coalseam经地质勘查发现，4#煤层的富煤带位于西北部一带，呈NE向条带状分布。在井田东部及北西部一带，4#煤层出现了上述的软硬分层现象，其中复合煤层上部一般为软煤层且薄不易开采，复合煤层的顶板多为碳质泥岩和泥岩，局部地区夹粉砂岩。在煤层分层之后，厚度逐渐变薄，因此该矿4#煤层的主要显著特征为在平均厚度为2.79m的原生煤层中存在部分层状发育的糜棱状软煤。
【参考文献】：
期刊论文
[1]水力冲孔物理模拟试验研究[J]. 许江,武雪锋,冯丹,唐勖培. 煤矿安全. 2018(01)
[2]水力压裂-水力割缝联合增透技术应用[J]. 李宗福,孙大发,陈久福,雷洪波,肖宋强. 煤炭科学技术. 2015(10)
[3]我国煤矿水力化技术瓦斯治理研究进展及发展方向[J]. 袁亮,林柏泉,杨威. 煤炭科学技术. 2015(01)
[4]水力化煤层增透技术研究进展及发展趋势[J]. 王耀锋,何学秋,王恩元,李艳增. 煤炭学报. 2014(10)
[5]煤层气储层水力压裂裂缝扩展模型分析及应用[J]. 许露露,崔金榜,黄赛鹏,汤继丹,蔡路,喻鹏. 煤炭学报. 2014(10)
[6]考虑卸压和抽采效果的水力冲孔布孔参数优化研究[J]. 郝富昌,孙丽娟,刘明举. 采矿与安全工程学报. 2014(05)
[7]煤矿井下水力压裂钻孔封孔力学模型及试验研究[J]. 葛兆龙,梅绪东,卢义玉,夏彬伟,陈久福. 岩土力学. 2014(07)
[8]水力冲孔钻孔周围煤层透气性变化规律[J]. 王凯,李波,魏建平,李鹏. 采矿与安全工程学报. 2013(05)
[9]国内外煤层气开发技术综述[J]. 丁昊明,戴彩丽,高静,管保山,刘萍,梁利. 煤. 2013(04)
[10]底板巷水力冲孔卸压增透技术的研究与应用[J]. 徐东方,黄渊跃,罗治顺,杨献东. 煤炭科学技术. 2013(02)
博士论文
[1]煤与瓦斯突出过程中高压粉煤—瓦斯两相流形成机制及致灾特征研究[D]. 金侃.中国矿业大学 2017
[2]糯东矿水力冲孔增透机理及效果评价方法研究[D]. 李雅阁.北京科技大学 2017
[3]高压水射流割缝煤体损伤演化规律研究与应用[D]. 顾北方.中国矿业大学(北京) 2016
[4]煤层水力压裂裂缝扩展规律及瓦斯抽采钻孔优化研究[D]. 康向涛.重庆大学 2014
[5]水力化钻孔径向瓦斯渗流特性实验研究与应用[D]. 刘震.中国矿业大学 2014
[6]煤与瓦斯突出失稳蕴育过程及数值模拟研究[D]. 安丰华.中国矿业大学 2014
[7]外加水分对煤的瓦斯解吸动力学特性影响研究[D]. 陈向军.中国矿业大学 2013
[8]深部开采低渗透煤层预裂控制爆破增透机理研究[D]. 王海东.中国地震局工程力学研究所 2012
[9]黔西地区构造演化及其对煤层气成藏的控制[D]. 窦新钊.中国矿业大学 2012
[10]高瓦斯低透气性煤层深孔预裂爆破强化增透效应研究[D]. 蔡峰.安徽理工大学 2009
硕士论文
[1]穿层水力冲孔增透预抽瓦斯技术研究[D]. 董贺.安徽理工大学 2015
[2]低透气性高瓦斯煤层水力冲孔增透技术研究[D]. 李古.安徽建筑大学 2013
本文编号：3125266
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
区域构造单元图
减校通过以上分析可得出，煤层结构发生大范围改变的构造运动主要是褶皱型顺层断层和重力滑动型顺煤断层，该地质运动产生的软煤主要呈现沿着煤层的区域性分布，破坏断层附近煤体的构造形式则是由转换型顺煤断层引起的，该破坏范围较小只在断层附近出现且以小型地质单元为主[57]。新田井田位于即NE方向（金沙—黔西方向）的向斜的中部地区，该区域的构造形态以次一级缓倾斜褶曲为主。该地区地层走向为NE，倾向则主要是沿NW和SE方向。地层总体倾角不大，在5-10°之间；受断层影响，断层附近地层的倾角较大，最大为21°，如图2-2所示。井田范围内，地质构造复杂，次一级缓倾斜褶曲和断层均为发育。图2-2新田井田构造纲要图Figure2-2StructuraloutlineofXintianMinefield黔西矿区位于扬子板块西部南缘滇东-黔中隆起区，自雪峰运动之后，地壳以升降构造为主，地壳趋于平稳，对于黔西地区的煤层影响主要是顺层剪切，在初期的顺层构造破坏之后，在煤层结构破坏之后会形成层状软煤。之后是燕山造山运动，使得早白垩世以前地层全面褶皱，其中在褶皱构造强烈的紧闭褶皱区内，
硕士学位论文10受挤压作用明显，煤层结构破坏严重，煤层表现为全层软煤或复杂的局部软煤存在，煤体严重破坏。在褶皱的宽缓区则是形成顺煤层断面薄的软煤分层。此后，地壳进入新的平稳时期。据相关资料，本区域之后的地质构造运动对地层结构影响不大，地质运动对煤层的破坏程度有限，煤体未发生极度破坏，只是在煤层中形成条状带软硬分层。2.2煤层结构及瓦斯赋存特征(CoalSeamStructureandGasOccurrenceCharacteristics)2.2.1煤层结构特征新田井田范围内的4#和9#煤层为全区主采煤层，4#煤层与9#煤层相距28-32m，平均30m，4#煤层厚度为1.24-5.83m，平均厚度2.79m，9#煤层厚3.27～3.74m，平均3.45m，均为全部可采，属于较稳定型煤层，如图2-3所示。其中4#煤层在经历多次复杂的地质构造运动之后，在褶皱构造和重力滑动构造挤压以及顺层剪切的综合作用下，由于受到多条断层的影响，煤层分布呈现区域性特征，在部分区域煤层内部顶底板附近形成了软硬煤分层现象，成为了一种特殊结构的复合煤层。其中软煤层煤体松软易破碎，力学强度低，透气性差，瓦斯含量高，瓦斯压力大，具有较大的突出危险性。图2-34#煤层等厚线图Figure2-3ContourmapofNo.4coalseam经地质勘查发现，4#煤层的富煤带位于西北部一带，呈NE向条带状分布。在井田东部及北西部一带，4#煤层出现了上述的软硬分层现象，其中复合煤层上部一般为软煤层且薄不易开采，复合煤层的顶板多为碳质泥岩和泥岩，局部地区夹粉砂岩。在煤层分层之后，厚度逐渐变薄，因此该矿4#煤层的主要显著特征为在平均厚度为2.79m的原生煤层中存在部分层状发育的糜棱状软煤。
【参考文献】：
期刊论文
[1]水力冲孔物理模拟试验研究[J]. 许江,武雪锋,冯丹,唐勖培. 煤矿安全. 2018(01)
[2]水力压裂-水力割缝联合增透技术应用[J]. 李宗福,孙大发,陈久福,雷洪波,肖宋强. 煤炭科学技术. 2015(10)
[3]我国煤矿水力化技术瓦斯治理研究进展及发展方向[J]. 袁亮,林柏泉,杨威. 煤炭科学技术. 2015(01)
[4]水力化煤层增透技术研究进展及发展趋势[J]. 王耀锋,何学秋,王恩元,李艳增. 煤炭学报. 2014(10)
[5]煤层气储层水力压裂裂缝扩展模型分析及应用[J]. 许露露,崔金榜,黄赛鹏,汤继丹,蔡路,喻鹏. 煤炭学报. 2014(10)
[6]考虑卸压和抽采效果的水力冲孔布孔参数优化研究[J]. 郝富昌,孙丽娟,刘明举. 采矿与安全工程学报. 2014(05)
[7]煤矿井下水力压裂钻孔封孔力学模型及试验研究[J]. 葛兆龙,梅绪东,卢义玉,夏彬伟,陈久福. 岩土力学. 2014(07)
[8]水力冲孔钻孔周围煤层透气性变化规律[J]. 王凯,李波,魏建平,李鹏. 采矿与安全工程学报. 2013(05)
[9]国内外煤层气开发技术综述[J]. 丁昊明,戴彩丽,高静,管保山,刘萍,梁利. 煤. 2013(04)
[10]底板巷水力冲孔卸压增透技术的研究与应用[J]. 徐东方,黄渊跃,罗治顺,杨献东. 煤炭科学技术. 2013(02)
博士论文
[1]煤与瓦斯突出过程中高压粉煤—瓦斯两相流形成机制及致灾特征研究[D]. 金侃.中国矿业大学 2017
[2]糯东矿水力冲孔增透机理及效果评价方法研究[D]. 李雅阁.北京科技大学 2017
[3]高压水射流割缝煤体损伤演化规律研究与应用[D]. 顾北方.中国矿业大学(北京) 2016
[4]煤层水力压裂裂缝扩展规律及瓦斯抽采钻孔优化研究[D]. 康向涛.重庆大学 2014
[5]水力化钻孔径向瓦斯渗流特性实验研究与应用[D]. 刘震.中国矿业大学 2014
[6]煤与瓦斯突出失稳蕴育过程及数值模拟研究[D]. 安丰华.中国矿业大学 2014
[7]外加水分对煤的瓦斯解吸动力学特性影响研究[D]. 陈向军.中国矿业大学 2013
[8]深部开采低渗透煤层预裂控制爆破增透机理研究[D]. 王海东.中国地震局工程力学研究所 2012
[9]黔西地区构造演化及其对煤层气成藏的控制[D]. 窦新钊.中国矿业大学 2012
[10]高瓦斯低透气性煤层深孔预裂爆破强化增透效应研究[D]. 蔡峰.安徽理工大学 2009
硕士论文
[1]穿层水力冲孔增透预抽瓦斯技术研究[D]. 董贺.安徽理工大学 2015
[2]低透气性高瓦斯煤层水力冲孔增透技术研究[D]. 李古.安徽建筑大学 2013
本文编号：3125266
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