常村煤矿高瓦斯低透气性煤层CO 2 致裂增透技术研究
发布时间：2021-12-10 16:58
为了解决低透气性煤层瓦斯治理的难题,以常村煤矿23采区胶带运输大巷为工程背景,分析了CO2致裂增透技术原理,设计了常村煤矿23采区胶带运输大巷CO2致裂增透技术方案,确定其致裂参数与范围。现场应用结果表明,采用CO2致裂增透技术后,瓦斯抽采浓度由原来普遍低于40%,在较长时间内维持在40%左右,胶带大巷煤体中的瓦斯含量平均减少了2.37 m3/t,最高减幅达到42.36%,瓦斯抽采效果明显提高。
【文章来源】：中国煤炭. 2019,45(03)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图１２３采区胶带运输大巷平面图
ＣＯ２，装置起爆后，ＣＯ２会由液体状态向气体状态转化，在这种变化过程中，大量的能量得到释放，并沿着钻孔向四周扩散。由于起爆后所引起的爆破压力远大于煤层的抗压强度，在钻孔周围一定范围内的煤体会迅速破碎，从而形成一定范围内的粉碎区。由于装置起爆后，转变后的ＣＯ２气体会迅速膨胀，在钻孔周围形成环向以及径向裂隙，裂隙之间相互交错，形成一定范围内的裂隙区。当起爆后的应力在往钻孔深部扩散时，并不会对煤层造成损害，只能引起煤体局部震动，此区域称之为震动区，如图２所示。正是由于钻孔周围粉碎区以及裂隙区的存在，极大扩展了瓦斯的运移途径，增加了煤层的透气性，提高了煤层瓦斯的抽采量。另外，ＣＯ２的存在可驱使更多的吸附瓦斯转变为游离瓦斯，进一步增加了瓦斯的解吸量，加之ＣＯ２的存在隔绝了氧气，不会因为装置起爆而引起火花，是一种安全可靠的技术方法。１—致裂钻孔；２—粉碎区；３—裂隙区；４—震动区图２致裂形成的区域３常村矿ＣＯ２致裂增透方案设计３．１致裂钻孔布置方案ＣＯ２致裂钻孔深度为６０ｍ，致裂孔直径选取９４ｍｍ，根据钻孔安设需要，扩孔至直径１１３ｍｍ，沿巷道掘进方向顺层布置，压裂杆数量为２０根／孔，单致裂管长１．５ｍ，每根内充１．５ｋｇ的液态ＣＯ２，进行致裂钻孔时，采用专用封孔器进行操作。致裂４８中国煤炭第４５卷第３期２０１９年３月
相关参数：致裂孔方位角１８０°，与煤层倾角夹角３°，封孔深度１５ｍ，封孔压力７～８ＭＰａ。３．２预抽钻孔布置方案在胶带大巷两侧开挖了瓦斯抽采迈步钻场，用于更好地提升煤层瓦斯预抽的效果。具体尺寸为：深５ｍ，里宽４ｍ，外宽９ｍ，高３．４２ｍ。同侧及异侧钻场的间距分别为１２０ｍ和６０ｍ。在两侧的瓦斯钻场中向巷道掘进方向进行预抽钻孔的施工，用于抽采前方煤层中的瓦斯，每个钻场内布置有６个瓦斯预抽钻孔，预抽孔直径９４ｍｍ，扩孔至１１３ｍｍ，长度为１４０ｍ，沿煤层倾角方向布置。这种瓦斯预抽方式不占用胶带大巷的掘进时间，巷道掘进和瓦斯预抽工作同时进行，实现了平行作业。具体布置形式如图３所示。为避免ＣＯ２致裂对胶带大巷煤层巷道帮部造成破坏，在距胶带大巷与回风大巷各取２０ｍ的安全距离。图３胶带大巷钻场预抽钻孔＋致裂钻孔布置图４常村矿ＣＯ２致裂增透效果分析４．１致裂后瓦斯抽采浓度变化为了对比分析ＣＯ２致裂增透对瓦斯抽采的效果，在ＣＯ２致裂试验前后分别测定了抽采体积分数、瓦斯抽采纯量，根据现场致裂试验前后测出的数据，绘制了其相应的变化趋势图，如图４～５所示。图４平均瓦斯抽采体积分数随时间变化情况从图４～５中可以看出：ＣＯ２致裂增透前，瓦斯抽采浓度普遍低于４０％，煤层瓦斯含量较大，煤层瓦斯抽采效率低；ＣＯ２致裂增透后瓦斯抽采浓度大幅提升，且较长时间内维持在４０％左右，瓦斯抽采总量得到提高；ＣＯ２致裂后单孔瓦斯日抽采纯量也呈现不断增加的趋势，高于ＣＯ２致裂前。致裂前抽采２０ｄ时
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于COMSOL数值模拟的液态CO2相变致裂布孔参数优化[J]. 张柏林,李豪君,张兴华. 煤矿安全. 2018(09)
[2]CO2预裂增透抽采瓦斯技术及工程试验[J]. 武志高,令狐建设,赵庆珍,郭爱军,温照翠. 煤炭工程. 2018(08)
[3]低渗煤层液态CO2相变定向射孔致裂增透技术及应用[J]. 张东明,白鑫,尹光志,饶孜,何庆兵. 煤炭学报. 2018(07)
[4]液态CO2压裂增透技术在松软煤层瓦斯治理上的应用[J]. 张继兵,高云. 煤矿安全. 2018(04)
[5]煤与瓦斯突出煤层CO2相变致裂增透技术试验研究[J]. 邹永洺. 煤矿安全. 2018(03)
[6]低透气性软煤层筛管护孔与CO2相变致裂增透技术的联合应用[J]. 贾男. 煤矿安全. 2018(01)
[7]液态CO2致裂技术在冲击地压防治中的应用[J]. 张宏伟,朱峰,李云鹏,张柏林,陈蓥,张智纲. 煤炭科学技术. 2017(12)
[8]CO2相变致裂技术在顺煤层钻孔增透中的应用[J]. 罗朝义,江泽标,郑昌盛,田世祥,李波波,张海清. 煤炭科学技术. 2017(11)
[9]液态CO2相变致裂增透预抽瓦斯技术试验研究[J]. 韩颖,史晓辉,雷云,孙亮,郭杉. 煤矿安全. 2017(10)
[10]基于二氧化碳深孔致裂增透技术的低透煤层瓦斯治理[J]. 贺超. 煤炭科学技术. 2017(06)
本文编号：3533029
【文章来源】：中国煤炭. 2019,45(03)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图１２３采区胶带运输大巷平面图
ＣＯ２，装置起爆后，ＣＯ２会由液体状态向气体状态转化，在这种变化过程中，大量的能量得到释放，并沿着钻孔向四周扩散。由于起爆后所引起的爆破压力远大于煤层的抗压强度，在钻孔周围一定范围内的煤体会迅速破碎，从而形成一定范围内的粉碎区。由于装置起爆后，转变后的ＣＯ２气体会迅速膨胀，在钻孔周围形成环向以及径向裂隙，裂隙之间相互交错，形成一定范围内的裂隙区。当起爆后的应力在往钻孔深部扩散时，并不会对煤层造成损害，只能引起煤体局部震动，此区域称之为震动区，如图２所示。正是由于钻孔周围粉碎区以及裂隙区的存在，极大扩展了瓦斯的运移途径，增加了煤层的透气性，提高了煤层瓦斯的抽采量。另外，ＣＯ２的存在可驱使更多的吸附瓦斯转变为游离瓦斯，进一步增加了瓦斯的解吸量，加之ＣＯ２的存在隔绝了氧气，不会因为装置起爆而引起火花，是一种安全可靠的技术方法。１—致裂钻孔；２—粉碎区；３—裂隙区；４—震动区图２致裂形成的区域３常村矿ＣＯ２致裂增透方案设计３．１致裂钻孔布置方案ＣＯ２致裂钻孔深度为６０ｍ，致裂孔直径选取９４ｍｍ，根据钻孔安设需要，扩孔至直径１１３ｍｍ，沿巷道掘进方向顺层布置，压裂杆数量为２０根／孔，单致裂管长１．５ｍ，每根内充１．５ｋｇ的液态ＣＯ２，进行致裂钻孔时，采用专用封孔器进行操作。致裂４８中国煤炭第４５卷第３期２０１９年３月
相关参数：致裂孔方位角１８０°，与煤层倾角夹角３°，封孔深度１５ｍ，封孔压力７～８ＭＰａ。３．２预抽钻孔布置方案在胶带大巷两侧开挖了瓦斯抽采迈步钻场，用于更好地提升煤层瓦斯预抽的效果。具体尺寸为：深５ｍ，里宽４ｍ，外宽９ｍ，高３．４２ｍ。同侧及异侧钻场的间距分别为１２０ｍ和６０ｍ。在两侧的瓦斯钻场中向巷道掘进方向进行预抽钻孔的施工，用于抽采前方煤层中的瓦斯，每个钻场内布置有６个瓦斯预抽钻孔，预抽孔直径９４ｍｍ，扩孔至１１３ｍｍ，长度为１４０ｍ，沿煤层倾角方向布置。这种瓦斯预抽方式不占用胶带大巷的掘进时间，巷道掘进和瓦斯预抽工作同时进行，实现了平行作业。具体布置形式如图３所示。为避免ＣＯ２致裂对胶带大巷煤层巷道帮部造成破坏，在距胶带大巷与回风大巷各取２０ｍ的安全距离。图３胶带大巷钻场预抽钻孔＋致裂钻孔布置图４常村矿ＣＯ２致裂增透效果分析４．１致裂后瓦斯抽采浓度变化为了对比分析ＣＯ２致裂增透对瓦斯抽采的效果，在ＣＯ２致裂试验前后分别测定了抽采体积分数、瓦斯抽采纯量，根据现场致裂试验前后测出的数据，绘制了其相应的变化趋势图，如图４～５所示。图４平均瓦斯抽采体积分数随时间变化情况从图４～５中可以看出：ＣＯ２致裂增透前，瓦斯抽采浓度普遍低于４０％，煤层瓦斯含量较大，煤层瓦斯抽采效率低；ＣＯ２致裂增透后瓦斯抽采浓度大幅提升，且较长时间内维持在４０％左右，瓦斯抽采总量得到提高；ＣＯ２致裂后单孔瓦斯日抽采纯量也呈现不断增加的趋势，高于ＣＯ２致裂前。致裂前抽采２０ｄ时
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于COMSOL数值模拟的液态CO2相变致裂布孔参数优化[J]. 张柏林,李豪君,张兴华. 煤矿安全. 2018(09)
[2]CO2预裂增透抽采瓦斯技术及工程试验[J]. 武志高,令狐建设,赵庆珍,郭爱军,温照翠. 煤炭工程. 2018(08)
[3]低渗煤层液态CO2相变定向射孔致裂增透技术及应用[J]. 张东明,白鑫,尹光志,饶孜,何庆兵. 煤炭学报. 2018(07)
[4]液态CO2压裂增透技术在松软煤层瓦斯治理上的应用[J]. 张继兵,高云. 煤矿安全. 2018(04)
[5]煤与瓦斯突出煤层CO2相变致裂增透技术试验研究[J]. 邹永洺. 煤矿安全. 2018(03)
[6]低透气性软煤层筛管护孔与CO2相变致裂增透技术的联合应用[J]. 贾男. 煤矿安全. 2018(01)
[7]液态CO2致裂技术在冲击地压防治中的应用[J]. 张宏伟,朱峰,李云鹏,张柏林,陈蓥,张智纲. 煤炭科学技术. 2017(12)
[8]CO2相变致裂技术在顺煤层钻孔增透中的应用[J]. 罗朝义,江泽标,郑昌盛,田世祥,李波波,张海清. 煤炭科学技术. 2017(11)
[9]液态CO2相变致裂增透预抽瓦斯技术试验研究[J]. 韩颖,史晓辉,雷云,孙亮,郭杉. 煤矿安全. 2017(10)
[10]基于二氧化碳深孔致裂增透技术的低透煤层瓦斯治理[J]. 贺超. 煤炭科学技术. 2017(06)
本文编号：3533029
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