高瓦斯低透气性煤层超高压水力割缝强化增透技术研究摘要
我国煤炭资源丰富,同时蕴藏储量可观的煤层气资源。煤层气甲烷是一种优质的清洁能源和化工原料,然而在煤矿开采过程中可能导致煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸等灾害事故的发生。瓦斯抽采既能使甲烷得到利用,同时能够消除瓦斯灾害,为煤矿开采提供安全保障。但由于我国煤层渗透率普遍较低,瓦斯赋存复杂同时随着开采深度的增加,地应力增大,进一步增加了瓦斯抽采的难度。因此,对煤层卸压增加煤层透气性以提高瓦斯抽采效率变得十分必要。本文首先研究了超高压水射流割缝技术及其増透机制,对超高压水射流水流结构、力学特性、破煤机理、卸压作用和煤层渗透率演化规律进行分析,掌握了水射流割缝増透机制,获取了卸压煤层瓦斯运移规律。基于FLAC 3D有限元分析软件对山西省保德煤矿81308工作面水力割缝进行数值模拟,根据割缝前后煤体位移和应力变化情况,对比分析了不同割缝深度、不同割缝宽度和不同割缝间距下的卸压效果,提出割缝深度1.0m、割缝宽度0.1m、割缝间距3m的有效割缝方案并进行了现场试验。在保德煤矿81308工作面设置了割缝组钻孔与对比组钻孔,选取排屑量、钻孔瓦斯抽采浓度、瓦斯纯量及百米瓦斯抽采量等参数作为考察指标进行分析。结果发现,在相同的封孔工艺下,割缝组钻孔最大单孔瓦斯浓度为对比组钻孔的6.62倍,割缝组钻孔平均瓦斯浓度是对比孔的16倍;割缝钻孔组联抽平均瓦斯抽采浓度是对比组的3.6倍,平均瓦斯抽采流量是对比组的1.9倍,平均百米瓦斯抽采流量是对比组的1.7倍。试验结果表明超高压水力割缝措施能够有效提高煤层渗透性,提高瓦斯抽采效率。
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