水力切割瓦斯增透技术在夹岩水利枢纽工程中的应用
发布时间：2021-03-03 06:07
针对夹岩水利枢纽工程水工隧洞过煤层与瓦斯突出问题,应用水力增透技术及高压水射流钻割一体化煤层增透设备进行瓦斯抽放效果分析,研究过煤层瓦斯抽采效率。研究与实践表明:超高压水力切割煤层增透技术适用于硬煤层,且最佳切割压力为75～80 MPa;实测切割钻孔抽采44 d内的单钻孔瓦斯,抽采总量最高达4 090.15 m3,是未切割原始钻孔相同时间内抽采总量的2.51～11.47倍,减少了瓦斯抽放时间,并提高了抽放效率。
【文章来源】：水利水电快报. 2020,41(09)
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
高压水射流自旋式切割系统结构及工作示意
目前，水力增透措施主要包括水力压裂、水力冲孔和水力割缝3种，其中，水力压裂为增压增透，水力冲孔和水力割缝属于泄压增透。一般认为[3-4]煤体轴向应力-渗透率-时间规律如图1所示，即当煤体结构比较完整时，在加压的弹性阶段，随着压力升高，煤体孔隙率减小，渗透率在第一个阶段比较小（I区）；随着压力增大，煤体发生塑性变形，随着煤体内部损伤的发展演化，发生破裂，产生裂隙，且裂隙相互导通，使煤体在此阶段渗透率迅速增大（II区），表明硬煤可通过压裂产生裂隙的方式增透，此区域为压裂的有效区域；随着煤体的持续压缩，煤体逐渐被压实，煤体颗粒进一步破碎、变小，同时发生裂隙闭合、孔隙度减小，渗透率迅速降低（III区），该阶段表明，对于煤体结构比较差的三四类煤，不能直接通过对煤体进行压裂（增压增透）的方式增透。此时进行卸载试验，随着压力减小，由于煤体内部被卸压，有利于瓦斯解吸，同时孔隙度增加，渗透率逐渐增大（IV区），当压力小于某一值时，渗透率迅速增大（V区）；如果继续加载，随着压力增大，渗透率又迅速减小（VI区），这种现象表明，对软煤不能通过压裂的方式来增透，只能通过卸压方式来提高煤体渗透率。对硬煤而言，使煤体结构破坏可提高储层渗透率，因此利用水力压裂（泄压增透）方式实施增透是可行的，而夹岩工程中水工隧洞现已揭露煤层10层，煤层倾向与洞向近一致，厚度在0.3～3.0 m，常见厚度1.0～1.5 m，均为优质无烟煤，可采用泄压增透方式。
对比不同水压下排水排渣效果（见图4）可知，在55 MPa水压切割时，钻缝内流出来的水稍浑浊，但伴随的煤渣较少，切割效果不明显；在75 MPa水压切割时，钻缝内流出来的水明显浑浊，伴随排出的煤渣较多，切割排渣效果非常明显；在98 MPa水压下钻缝内的煤渣排泄量非常大、含煤粉浓度非常高，水接近稠糊状。但是，由于在切割过程中切割煤粉量较大，钻孔排除量远低于切割下来的煤粉量，导致钻缝内存留的煤粉越来越多，切割约3 min后，钻机运转的阻力明显加大，钻孔出水量和排渣量减小。综合以上切割压力的切割效果与排渣效果，同时兼顾切割效率，可初步判断该煤层合理切割压力在75～80 MPa之间。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于属性数学理论的隧道瓦斯突出危险性评价[J]. 杜志刚,张小东,王晓东. 地下空间与工程学报. 2019(06)
[2]大佛寺低阶煤瓦斯储层的渗透性及其关键受控因素分析[J]. 王福军,张亚潮,窦成义,翁奇,郑苑楠,李庆钊. 煤矿安全. 2019(11)
[3]低渗透煤层提高瓦斯采收率技术现状及发展趋势[J]. 王晓蕾. 科学技术与工程. 2019(17)
[4]含瓦斯煤渗透特性参数—孔隙率同步测试方法的研究进展[J]. 田卫东,张群. 矿业安全与环保. 2019(03)
[5]含瓦斯煤渗透率演化模型和实验分析[J]. 祝捷,唐俊,王琪,王全启,张博,张犇. 煤炭学报. 2019(06)
[6]基于立体交叉钻孔的低渗透煤层瓦斯抽采技术研究[J]. 王一帆. 煤矿机械. 2018(02)
[7]低渗透煤层钙基材料静态压裂增透技术实验研究[J]. 李瑞超,唐一博,薛生,王俊峰. 煤矿安全. 2016(12)
本文编号：3060762
【文章来源】：水利水电快报. 2020,41(09)
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
高压水射流自旋式切割系统结构及工作示意
目前，水力增透措施主要包括水力压裂、水力冲孔和水力割缝3种，其中，水力压裂为增压增透，水力冲孔和水力割缝属于泄压增透。一般认为[3-4]煤体轴向应力-渗透率-时间规律如图1所示，即当煤体结构比较完整时，在加压的弹性阶段，随着压力升高，煤体孔隙率减小，渗透率在第一个阶段比较小（I区）；随着压力增大，煤体发生塑性变形，随着煤体内部损伤的发展演化，发生破裂，产生裂隙，且裂隙相互导通，使煤体在此阶段渗透率迅速增大（II区），表明硬煤可通过压裂产生裂隙的方式增透，此区域为压裂的有效区域；随着煤体的持续压缩，煤体逐渐被压实，煤体颗粒进一步破碎、变小，同时发生裂隙闭合、孔隙度减小，渗透率迅速降低（III区），该阶段表明，对于煤体结构比较差的三四类煤，不能直接通过对煤体进行压裂（增压增透）的方式增透。此时进行卸载试验，随着压力减小，由于煤体内部被卸压，有利于瓦斯解吸，同时孔隙度增加，渗透率逐渐增大（IV区），当压力小于某一值时，渗透率迅速增大（V区）；如果继续加载，随着压力增大，渗透率又迅速减小（VI区），这种现象表明，对软煤不能通过压裂的方式来增透，只能通过卸压方式来提高煤体渗透率。对硬煤而言，使煤体结构破坏可提高储层渗透率，因此利用水力压裂（泄压增透）方式实施增透是可行的，而夹岩工程中水工隧洞现已揭露煤层10层，煤层倾向与洞向近一致，厚度在0.3～3.0 m，常见厚度1.0～1.5 m，均为优质无烟煤，可采用泄压增透方式。
对比不同水压下排水排渣效果（见图4）可知，在55 MPa水压切割时，钻缝内流出来的水稍浑浊，但伴随的煤渣较少，切割效果不明显；在75 MPa水压切割时，钻缝内流出来的水明显浑浊，伴随排出的煤渣较多，切割排渣效果非常明显；在98 MPa水压下钻缝内的煤渣排泄量非常大、含煤粉浓度非常高，水接近稠糊状。但是，由于在切割过程中切割煤粉量较大，钻孔排除量远低于切割下来的煤粉量，导致钻缝内存留的煤粉越来越多，切割约3 min后，钻机运转的阻力明显加大，钻孔出水量和排渣量减小。综合以上切割压力的切割效果与排渣效果，同时兼顾切割效率，可初步判断该煤层合理切割压力在75～80 MPa之间。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于属性数学理论的隧道瓦斯突出危险性评价[J]. 杜志刚,张小东,王晓东. 地下空间与工程学报. 2019(06)
[2]大佛寺低阶煤瓦斯储层的渗透性及其关键受控因素分析[J]. 王福军,张亚潮,窦成义,翁奇,郑苑楠,李庆钊. 煤矿安全. 2019(11)
[3]低渗透煤层提高瓦斯采收率技术现状及发展趋势[J]. 王晓蕾. 科学技术与工程. 2019(17)
[4]含瓦斯煤渗透特性参数—孔隙率同步测试方法的研究进展[J]. 田卫东,张群. 矿业安全与环保. 2019(03)
[5]含瓦斯煤渗透率演化模型和实验分析[J]. 祝捷,唐俊,王琪,王全启,张博,张犇. 煤炭学报. 2019(06)
[6]基于立体交叉钻孔的低渗透煤层瓦斯抽采技术研究[J]. 王一帆. 煤矿机械. 2018(02)
[7]低渗透煤层钙基材料静态压裂增透技术实验研究[J]. 李瑞超,唐一博,薛生,王俊峰. 煤矿安全. 2016(12)
本文编号：3060762
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