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煤礦井下高瓦斯突出煤層脈動定向水力壓裂卸壓增透技術及裝備

2013-06-05 發布人:系統管理員 點擊數:

 

成果簡介:

本技術以煤礦井下高瓦斯單一低透氣性煤層為研究對象,在井下常規水力壓裂的基礎上,提出了高壓脈動定向水力壓裂技術,開發了相關儀器設備。煤體原生裂縫在強烈的脈動水壓力作用下,會在縫隙末端產生交變壓力,煤體將產生疲勞和累積損傷破壞。煤體內部裂隙弱面的擴展、延伸、以及相互之間貫通,形成了相互交織的貫通裂隙網絡。自主研發井下脈動定向水力壓裂增透抽采消突技術與配套裝備,形成一整套適合于煤礦井下各類地質條件的增透消突技術和工藝。其主要功能在于:(1)可高效的解決高應力集中、高瓦斯含量及高瓦斯壓力問題,能夠實現煤體的整體卸壓、增透,達到消除瓦斯動力災害發生條件,實現安全開采的目的;(2)可顯著提高煤體的透氣性,擴大解析瓦斯量,提高瓦斯抽采量、延長瓦斯抽采時間,從而得到更多的高濃度瓦斯作為清潔能源利用和減少對大氣環境的污染作用;(3)利用脈動水力壓裂技術,在壓裂液中添加適當比例的阻燃劑,通過壓裂液不斷侵入煤體,實現阻止煤層自燃。

本技術為我國低透氣性、無保護層開采的煤層瓦斯治理開創了一條新的途徑,具有極高的實用價值。

技術特點:

1揭示了高壓脈動水力壓裂機理,在高壓脈動水楔和交變荷載的作用下,煤體將產生疲勞和累積損傷破壞,原始裂隙起裂、延伸、擴大,形成相互交織的貫通裂隙網絡,煤體透氣性大幅度提高;(2針對高瓦斯單一低透氣性煤層,提出了高壓脈動定向水力壓裂卸壓增透技術,通過設置導向控制孔,實現水力壓裂煤體裂隙延展方向可控,形成了本煤層順層鉆孔定向脈動水力壓裂、穿層定向脈動水力壓裂兩種脈動壓裂方式;(3提出了高壓物理密封和化學密封相結合的新思路,開發了兩端高強度材料封堵,中間注入高彈性、高膨脹性的柔性密封材料的強柔強三段式高壓密封技術,封孔耐壓30MPa以上,解決了煤礦井下鉆孔高壓封孔的難題;(4開發了礦用防爆、周期和壓力可調的高壓脈動壓裂裝備(由礦用隔爆兼本安型交流變頻器、礦用隔爆型濾波電抗器、脈動注水泵、自動控制水箱等組成)。脈動壓力最高達到35MPa,注水流量達到200L/min

知識產權及獲獎情況:

本技術及設備擁有自主知識產權,獲國家授權專利5項,已形成了本煤層順層鉆孔定向脈動水力壓裂、穿層定向脈動水力壓裂兩種脈動壓裂方式;開發了礦用防爆、周期和壓力可調的高壓脈動壓裂裝備;開發了強柔強三段式高壓密封技術,解決了煤礦井下鉆孔高壓封孔的難題;開發了系統的效果評價技術該技術成果為實現高瓦斯低透氣性煤層瓦斯的安全、高效、均勻抽采,提供了創造性的理論、技術和裝備。技術成果已在國內多個礦井應用,已形成了包括理論、方法、技術、設備和工藝在內的成熟體系。

該技術通過了中國煤炭工業協會組織的專家組鑒定,研究成果達到國際領先水平。主要核心技術成果分別獲得2010年度中國煤炭工業科技進步一等獎和2011年度中國煤炭工業科技進步二等獎。

應用前景研發煤礦井下脈動壓裂施工成套技術及裝備,適合煤礦井下作業要求,在低透氣性煤層的增透消突技術方面具有自主創新的特點,給我國低透氣性、無保護層開采的煤層瓦斯治理,創了一條新的途徑,推動了國內瓦斯抽采技術的發展,具有極高的理論價值和實用價值,推廣應用前景廣闊。

應用情況:研究成果在鐵煤集團大興礦、晉煤集團成莊礦、通化煤業集團松樹礦等進行推廣應用,主要技術指標和經濟指標如下

通過采用高壓脈動定向水力壓裂卸壓增透技術措施,壓裂影響半徑15~25m,壓裂影響區域平均瓦斯抽采量提高15%以上,瓦斯抽采鉆孔數比現有措施下鉆孔數減少20~30%,月平均抽采量提高15%

高壓鉆孔的密封性應該能夠承受35MPa以上的水壓。

采用高壓脈動定向水力壓裂卸壓增透技術后效果明顯,抽采指標較普通抽采孔有很大的提高。壓裂鉆孔抽采純流量約為普通抽采孔的10-16倍,鉆孔施工量減少20~50%。壓裂影響區域內煤體水分超3%壓裂后煤層原始透氣性系數提高了200-500

合作方式:合作開發/技術服務

圖片展示:      

             

                                 

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