高压空气冲击煤体增透技术实验研究
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摘要
我国大部分煤层瓦斯含量大,透气性差,导致瓦斯抽采效果差,“先抽后采,边抽边采”无法解决煤矿瓦斯问题。
本论文针对如何提高高瓦斯低透气性煤层的煤层透气性问题,提出了利用高压空气冲击煤体增透技术措施。与以往的水力压裂,水力割缝,松动爆破等增透措施相比,高压空气冲击煤体增透技术的适应性和安全性更高一些。其主要内容以煤层瓦斯赋存和流动理论为基础,并对高压空气冲击煤体的特点和增透的作用过程进行了详细的探讨和分析。选取阜新矿业集团海州煤矿和艾友煤矿30组煤样,在实验室进行10组抗压实验和20组高压气爆实验,记录煤样的物理参数和实验参数,计算气爆前后煤样的渗透率。
研究表明:
(1)气爆后煤样的渗透率总体增大,平均增加了81%以上。
(2)高压气体的压力越大,煤样气爆后的渗透率的增量越大。根据海州矿10组煤样气爆后渗透率的增量与气爆压力,经回归分析,煤样气爆后渗透率的增量Δk与气爆压力p呈幂函数关系,两者的函数关系为:Δk =2×10~(-13)p~(11.148)。
(3)煤质较硬的煤样气爆后渗透率增量较大。
这项技术优化了作业程序,提高了生产效率,另外,它还能够降低煤与瓦斯突出的危险性,是一项非常具有推广价值的技术。
The poor effects of gas extraction, because most of the coal seams in China are high gas and low-permeability. Therefore, it cannot solve the problems of gas in mine with the methods of“draining gas before coal mining”and“draining while mining”.
Directing at how to increase the permeability in high gas and low permeability coal seam,this paper advance a new technology of increasing permeability that drilling the coal bed with high-pressure gas .It has high adaptability and high safety compared with other technologyies that of“hydraulic facturing”and“hydraulic cutting seam”and“presplitting blasting”.Its main contents bases on the theory of seam gas occurrence and fluid and the mechanism of high-pressure air burst ,analyses and discusses its process and characteristics during the high-pressure air burst in coal seam in detail . Selecting samples from 30 groups in Haizhou coal mine and Aiyou coal mine of Fuxin mining Group, 10groups for compression experiment and 20groups for high-pressure air burst experiment in the laboratory, recording physical parameters and experimental parameters of coal samples, calculating the permeability before and after the high-pressure air bust of the coal samples.
The study shows that:
(1) Permeability of coal samples as a whole increased after gas burst, the average increase of 81% or more.
(2) The greater the pressure of high pressure gas, the bigger the permeability increment of the coal samples after gas burst .according to the permeability increment and the pressure of the 10coal samples from Haizhou mine ,regression analysis shows that the permeability incrementΔk was a power function with the pressure p,the function isΔk =2×10~(-13)p~(11.148)
(3) The more hard coal, the greater the permeability increment after gas burst.
It raises the production and reduces the menace of coal-and-gas outburst, further solves the problem of gas concentration and gas outburst on working face in the high gas-outburst coal seam, so it is a technology with great valuable to popularize
本论文针对如何提高高瓦斯低透气性煤层的煤层透气性问题,提出了利用高压空气冲击煤体增透技术措施。与以往的水力压裂,水力割缝,松动爆破等增透措施相比,高压空气冲击煤体增透技术的适应性和安全性更高一些。其主要内容以煤层瓦斯赋存和流动理论为基础,并对高压空气冲击煤体的特点和增透的作用过程进行了详细的探讨和分析。选取阜新矿业集团海州煤矿和艾友煤矿30组煤样,在实验室进行10组抗压实验和20组高压气爆实验,记录煤样的物理参数和实验参数,计算气爆前后煤样的渗透率。
研究表明:
(1)气爆后煤样的渗透率总体增大,平均增加了81%以上。
(2)高压气体的压力越大,煤样气爆后的渗透率的增量越大。根据海州矿10组煤样气爆后渗透率的增量与气爆压力,经回归分析,煤样气爆后渗透率的增量Δk与气爆压力p呈幂函数关系,两者的函数关系为:Δk =2×10~(-13)p~(11.148)。
(3)煤质较硬的煤样气爆后渗透率增量较大。
这项技术优化了作业程序,提高了生产效率,另外,它还能够降低煤与瓦斯突出的危险性,是一项非常具有推广价值的技术。
The poor effects of gas extraction, because most of the coal seams in China are high gas and low-permeability. Therefore, it cannot solve the problems of gas in mine with the methods of“draining gas before coal mining”and“draining while mining”.
Directing at how to increase the permeability in high gas and low permeability coal seam,this paper advance a new technology of increasing permeability that drilling the coal bed with high-pressure gas .It has high adaptability and high safety compared with other technologyies that of“hydraulic facturing”and“hydraulic cutting seam”and“presplitting blasting”.Its main contents bases on the theory of seam gas occurrence and fluid and the mechanism of high-pressure air burst ,analyses and discusses its process and characteristics during the high-pressure air burst in coal seam in detail . Selecting samples from 30 groups in Haizhou coal mine and Aiyou coal mine of Fuxin mining Group, 10groups for compression experiment and 20groups for high-pressure air burst experiment in the laboratory, recording physical parameters and experimental parameters of coal samples, calculating the permeability before and after the high-pressure air bust of the coal samples.
The study shows that:
(1) Permeability of coal samples as a whole increased after gas burst, the average increase of 81% or more.
(2) The greater the pressure of high pressure gas, the bigger the permeability increment of the coal samples after gas burst .according to the permeability increment and the pressure of the 10coal samples from Haizhou mine ,regression analysis shows that the permeability incrementΔk was a power function with the pressure p,the function isΔk =2×10~(-13)p~(11.148)
(3) The more hard coal, the greater the permeability increment after gas burst.
It raises the production and reduces the menace of coal-and-gas outburst, further solves the problem of gas concentration and gas outburst on working face in the high gas-outburst coal seam, so it is a technology with great valuable to popularize
引文
[1]陈雄.矿井灾害防治技术[M].重庆大学出版社,2009.7
[2]马丕梁.煤矿瓦斯灾害防治技术手册[M].化学工业出版社,2007.5
[3]卫修君,林伯泉.煤岩瓦斯动力灾害发生机理及综合治理技术[M].科学出版社,2009
[4]何学秋.含瓦斯煤岩流变动力学[M].徐州:中国矿业大学出版社,1995
[5]梁冰,章梦涛,潘一山等.煤和瓦斯突出的同流耦合失稳理论[J].煤炭学报,1995,20(5):492-496.
[6]蒋承林,俞启香.煤与瓦斯突出的球壳失稳机理及防治技术[M].徐州:中国矿业大学出版社,1998
[7]郑哲敏.从数量级和量纲分析看煤和瓦斯突出的机理[M].北京:北京大学出版社,1982
[8]俞善炳,郑哲敏,谈庆明等.含气多孔介质的卸压破坏及突出的极强破坏准则[J].力学学报,1997,29(6):641-646
[9]俞善炳.煤与瓦斯突出的基本机理,煤矿瓦斯灾害防治理论与战略研讨[M].徐州:中国矿业出大学出版社,2001:34-42
[10]俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州:中国矿业大学出版社,1992
[11]煤炭标准汇编综合卷(AQ)-2008
[12]林柏泉,张建国.矿井瓦斯抽放理论与技术[M],徐州:中国矿业大学出版社,1996.8
[13]张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术[M].北京:煤炭工业出版社,2001
[14]张英华,倪文等.穿层孔水压爆破法提高煤层透气性的研究[J].煤炭学报2004(03)
[15]周军民.水力压裂增透技术在突出煤层中的试验,中国煤层气.2009.6,34-39
[16]张寅,韩荣军.沿煤高压水力压裂试验与效果.煤矿开采.2010.4,95-96
[17]瞿涛宝.试论水力割缝技术处理煤层瓦斯的效果.西部探矿工程,1996.6,51-53
[18]方前程,王兆丰,杨利平.利用水力割缝提高低透气性煤层瓦斯抽放的试验研究[J].煤2007(05)
[19]孔留安,郝福昌,刘明举.水力冲孔快速掘进技术[J].煤矿安全2005(12)
[20]邱忠禄.水力冲孔在潘二矿的应用[J].煤2008(06)
[21]赵岚,冯增朝,杨栋.水力割缝提高低渗透煤层渗透性实验研究[J].太原理工人学学报2001(02)
[22]吴海进,林柏泉等,初始应力对缝槽卸压效果影响的数值分析.采矿与安全工程学报.2009.6,194-197
[23]张凤臣.瓦斯抽放技术的综合利用[J].煤炭技术2008(06)
[24]魏国营,张书军等.突出煤层掘进防突技术研究[J].中国安全科学学报,2005(6),100～104
[25]何晓东等.应用深孔控制预裂爆破技术提高煤层瓦斯抽放率[J].煤矿安全2005(12)
[26]白国基.深孔控制预裂爆破技术应用浅议[J].煤矿安全总第392期,68"—70
[27]张兴华.利用深孔控制预裂爆破强化瓦斯抽放消除同采工作面突出危险性[J].煤矿安全2006(02)
[28]易丽军,俞启香.低透气性煤层瓦斯抽采增透技术[J].矿业安全与环保, 2005,(06):46-48.
[29]程远平,俞启香.中国煤矿区域性瓦斯治理技术的发展[J].采矿与安全工程学报,2007,24(04):383-390.
[30]王固态,刘振华,李云珍,代荣和.提高煤层瓦斯抽采率的高能气体致裂技术研究[J].火炸药学报,2000,(4):67-68.
[31]冯增朝.低渗透煤层瓦斯强化抽采理论及应用[M].北京:科学出版社.2008
[32]周世宁,林柏泉.煤层瓦斯赋存与流动理论,煤炭工业出版社,1999.2
[33]聂百胜,何学秋,王恩元.瓦斯气体在煤孔隙中的扩散模式,2000.10,矿业安全与环保
[34]胡耀青,赵阳升,杨栋等.煤体的渗透性与裂隙分维的关系[J].岩石力学与工程学报,2002,21(10)
[35]程五一,王佑安,实验室确定钻屑解吸指标△h2临界值方法的研究,煤炭工程师,1997.3,19-22
[36]杨福蓉王佑安,现用△P值测定方法的局限性及其改进,煤矿安全,1992.8,27-30
[37]孙培德.Sun模型及其应用—煤层气越流固气耦合模型及可视化模拟[M].浙江:浙江大学出版社,2002.
[38]程远平,付建华,俞启香,中国煤矿瓦斯抽采技术的发展,采矿与安全工程学报,第26卷第2期2009年6月
[39]王显政.以防治瓦斯灾害为重点,开创煤矿安全生产工作新局面:在全国煤矿瓦斯防治现场会上的讲话[R].2002.
[40]王君.通风可靠、抽采达标、监控有效、管理到位,把煤矿瓦斯治理攻坚战扎实有效地推向深入:在全国煤矿瓦斯治理现场会上的讲话[R].2008
[41]王会林,燥气共采\综合开发探讨,科技情报开发与经济, 2003年第l3卷第1期
[42]马永庆,改革通防系统,确保通风可靠,中州煤炭,2008.6
[43]刘彦斌,邻近层卸压瓦斯抽采与通风相互作用现象分析,阳煤科技,2008.2
[44]袁亮,低透气性煤层群无煤柱煤气共采理论与实践,中国工程科学,2009年第11卷第5期,72-80
[45]俞启香,程远平,蒋承林,等.高瓦斯特厚煤层煤与卸压瓦斯共采原理及实践[J].中国矿业大学学报.2004,33(2):128—131
[46]赵全福,煤矿安全手册(第二篇矿井瓦斯防治)(M),煤炭工业出版社,1994.5
[47]陈雄,矿井灾害防治技术[M],重庆大学出版社,2009.7
[48]徐鹏,程远方等.爆炸压裂下围压对井壁破碎效果的影响,石油钻探技术,2009.11.37(6)
[49]石崇兵,李传乐.高能气体压裂技术的发展趋势.西安石油学院学报(自然科学版)2000.9,15(5)
[50]蒲春生,任山等.气井高能气体压裂裂缝系统动力学模型研究.武汉工业学院学报.2009.9,28(3)
[51]薄其众,葛刚,马功联.高能气体压裂技术与应用,海洋石油,第23卷第三期
[52]李文魁,吴宏利等.高能气体压裂技术试验研究,钻采工艺,1997,第20卷第6期
[53]陈静.高压空气冲击煤体气体压力分布的模拟研究[学位论文].阜新:辽宁工程技术大学,2010.
[54]郭文朋,张遂安.高温、高压注气提高煤层CH4产率的机理研究.2008年第14期
[55] Eran Sharon,Gii Cohen&Jay Fineberg.Propagating solitary waves along a rapidly moving crack front[J].Letters to Nature,2001,Vol 410,68-70
[56] Hongliang He,Ahrens T.J.,Mechanical properties of shock-damaged rock Int[J].Rock Meeh.Min.Sci.&Geomeeh.Abstr.1994.31(5).525-533.
[2]马丕梁.煤矿瓦斯灾害防治技术手册[M].化学工业出版社,2007.5
[3]卫修君,林伯泉.煤岩瓦斯动力灾害发生机理及综合治理技术[M].科学出版社,2009
[4]何学秋.含瓦斯煤岩流变动力学[M].徐州:中国矿业大学出版社,1995
[5]梁冰,章梦涛,潘一山等.煤和瓦斯突出的同流耦合失稳理论[J].煤炭学报,1995,20(5):492-496.
[6]蒋承林,俞启香.煤与瓦斯突出的球壳失稳机理及防治技术[M].徐州:中国矿业大学出版社,1998
[7]郑哲敏.从数量级和量纲分析看煤和瓦斯突出的机理[M].北京:北京大学出版社,1982
[8]俞善炳,郑哲敏,谈庆明等.含气多孔介质的卸压破坏及突出的极强破坏准则[J].力学学报,1997,29(6):641-646
[9]俞善炳.煤与瓦斯突出的基本机理,煤矿瓦斯灾害防治理论与战略研讨[M].徐州:中国矿业出大学出版社,2001:34-42
[10]俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州:中国矿业大学出版社,1992
[11]煤炭标准汇编综合卷(AQ)-2008
[12]林柏泉,张建国.矿井瓦斯抽放理论与技术[M],徐州:中国矿业大学出版社,1996.8
[13]张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术[M].北京:煤炭工业出版社,2001
[14]张英华,倪文等.穿层孔水压爆破法提高煤层透气性的研究[J].煤炭学报2004(03)
[15]周军民.水力压裂增透技术在突出煤层中的试验,中国煤层气.2009.6,34-39
[16]张寅,韩荣军.沿煤高压水力压裂试验与效果.煤矿开采.2010.4,95-96
[17]瞿涛宝.试论水力割缝技术处理煤层瓦斯的效果.西部探矿工程,1996.6,51-53
[18]方前程,王兆丰,杨利平.利用水力割缝提高低透气性煤层瓦斯抽放的试验研究[J].煤2007(05)
[19]孔留安,郝福昌,刘明举.水力冲孔快速掘进技术[J].煤矿安全2005(12)
[20]邱忠禄.水力冲孔在潘二矿的应用[J].煤2008(06)
[21]赵岚,冯增朝,杨栋.水力割缝提高低渗透煤层渗透性实验研究[J].太原理工人学学报2001(02)
[22]吴海进,林柏泉等,初始应力对缝槽卸压效果影响的数值分析.采矿与安全工程学报.2009.6,194-197
[23]张凤臣.瓦斯抽放技术的综合利用[J].煤炭技术2008(06)
[24]魏国营,张书军等.突出煤层掘进防突技术研究[J].中国安全科学学报,2005(6),100～104
[25]何晓东等.应用深孔控制预裂爆破技术提高煤层瓦斯抽放率[J].煤矿安全2005(12)
[26]白国基.深孔控制预裂爆破技术应用浅议[J].煤矿安全总第392期,68"—70
[27]张兴华.利用深孔控制预裂爆破强化瓦斯抽放消除同采工作面突出危险性[J].煤矿安全2006(02)
[28]易丽军,俞启香.低透气性煤层瓦斯抽采增透技术[J].矿业安全与环保, 2005,(06):46-48.
[29]程远平,俞启香.中国煤矿区域性瓦斯治理技术的发展[J].采矿与安全工程学报,2007,24(04):383-390.
[30]王固态,刘振华,李云珍,代荣和.提高煤层瓦斯抽采率的高能气体致裂技术研究[J].火炸药学报,2000,(4):67-68.
[31]冯增朝.低渗透煤层瓦斯强化抽采理论及应用[M].北京:科学出版社.2008
[32]周世宁,林柏泉.煤层瓦斯赋存与流动理论,煤炭工业出版社,1999.2
[33]聂百胜,何学秋,王恩元.瓦斯气体在煤孔隙中的扩散模式,2000.10,矿业安全与环保
[34]胡耀青,赵阳升,杨栋等.煤体的渗透性与裂隙分维的关系[J].岩石力学与工程学报,2002,21(10)
[35]程五一,王佑安,实验室确定钻屑解吸指标△h2临界值方法的研究,煤炭工程师,1997.3,19-22
[36]杨福蓉王佑安,现用△P值测定方法的局限性及其改进,煤矿安全,1992.8,27-30
[37]孙培德.Sun模型及其应用—煤层气越流固气耦合模型及可视化模拟[M].浙江:浙江大学出版社,2002.
[38]程远平,付建华,俞启香,中国煤矿瓦斯抽采技术的发展,采矿与安全工程学报,第26卷第2期2009年6月
[39]王显政.以防治瓦斯灾害为重点,开创煤矿安全生产工作新局面:在全国煤矿瓦斯防治现场会上的讲话[R].2002.
[40]王君.通风可靠、抽采达标、监控有效、管理到位,把煤矿瓦斯治理攻坚战扎实有效地推向深入:在全国煤矿瓦斯治理现场会上的讲话[R].2008
[41]王会林,燥气共采\综合开发探讨,科技情报开发与经济, 2003年第l3卷第1期
[42]马永庆,改革通防系统,确保通风可靠,中州煤炭,2008.6
[43]刘彦斌,邻近层卸压瓦斯抽采与通风相互作用现象分析,阳煤科技,2008.2
[44]袁亮,低透气性煤层群无煤柱煤气共采理论与实践,中国工程科学,2009年第11卷第5期,72-80
[45]俞启香,程远平,蒋承林,等.高瓦斯特厚煤层煤与卸压瓦斯共采原理及实践[J].中国矿业大学学报.2004,33(2):128—131
[46]赵全福,煤矿安全手册(第二篇矿井瓦斯防治)(M),煤炭工业出版社,1994.5
[47]陈雄,矿井灾害防治技术[M],重庆大学出版社,2009.7
[48]徐鹏,程远方等.爆炸压裂下围压对井壁破碎效果的影响,石油钻探技术,2009.11.37(6)
[49]石崇兵,李传乐.高能气体压裂技术的发展趋势.西安石油学院学报(自然科学版)2000.9,15(5)
[50]蒲春生,任山等.气井高能气体压裂裂缝系统动力学模型研究.武汉工业学院学报.2009.9,28(3)
[51]薄其众,葛刚,马功联.高能气体压裂技术与应用,海洋石油,第23卷第三期
[52]李文魁,吴宏利等.高能气体压裂技术试验研究,钻采工艺,1997,第20卷第6期
[53]陈静.高压空气冲击煤体气体压力分布的模拟研究[学位论文].阜新:辽宁工程技术大学,2010.
[54]郭文朋,张遂安.高温、高压注气提高煤层CH4产率的机理研究.2008年第14期
[55] Eran Sharon,Gii Cohen&Jay Fineberg.Propagating solitary waves along a rapidly moving crack front[J].Letters to Nature,2001,Vol 410,68-70
[56] Hongliang He,Ahrens T.J.,Mechanical properties of shock-damaged rock Int[J].Rock Meeh.Min.Sci.&Geomeeh.Abstr.1994.31(5).525-533.