贵州低透煤层CO2致裂增透技术的试验研究

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CO2致裂增透技术是一种创新的增透技术,该技术属于物理上的高压气体致裂,具有爆破过程无火花、操作简便、安全高效等优点,能够很好应用于高瓦斯低透气性煤层。本文结合红林煤矿和宏发煤矿的致裂前、后现场样品的微观实验和CO2致裂增透强化抽采煤层瓦斯的现场试验,考察CO2致裂增透技术的效果分析,以及研究此技术对瓦斯抽采影响的有效性,主要研究和内容如下:首先,本文介绍了低渗透煤层的微观特征及致裂后煤体裂纹扩展理论研究。微观特征部分是从煤体的孔隙系统和裂隙系统来分析了煤体的结构特性,介绍了煤体孔隙和裂隙的研究方法,为下文对致裂前、后煤体的微观实验坐下理论基础;致裂后的煤体扩展理论分析是以远场应力、高压气体内压作用和瓦斯作用三方面共同作用下来分析复合型裂隙的断裂准则。其次,通过对红林煤矿和宏发煤矿致裂前后样品进行微观实验来分析样品的微观孔隙和裂隙结构,低温液氮实验分析了等温吸/脱附等温线吸附量线性及吸附量,测定了样品的比表面积、孔径、孔体积微观参数的大小,并进行样品参数比较,结果表明:致裂后比表面积、孔径、孔体积微观参数大小比致裂前样品增大了23倍;扫描电镜实验分析样品致裂前后的煤体裂隙的发育情况,结果表明:致裂后的煤样比致裂前的煤样煤体破碎度大、孔径变大、裂隙变宽、孔隙与裂隙连通性较好。最后,为了研究CO2致裂增透技术对贵州低渗透煤层瓦斯抽采的影响,以贵州宏发煤矿1903工作面回风巷为研究对象,进行CO2致裂增透工程试验应用,并进行效果分析。研究表明:煤层致裂后,其透气性系数平均为原始煤层的3.05倍,煤层的透气性显著提高;钻孔瓦斯涌出量衰减强度减小了3.358.29倍;煤层瓦斯平均抽采浓度增大了4.19倍,平均抽采纯量为原始煤层的3.99倍;在钻孔瓦斯抽采率方面,单孔的瓦斯抽采效果提高了2.583.92倍;钻孔工作量降低了4倍,抽采达标时间缩短了55天,瓦斯涌出量降低了40%,煤层瓦斯抽采效益显著。CO2致裂增透技术为解决贵州矿区低透煤层的瓦斯抽采技术难题提供了参考和借鉴。
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