对深部矿井红阳二矿瓦斯突出防治中的难题进行了分析,针对井下条件开展了水力压裂增透防突技术研究。对水力压裂钻孔注水量、注水压力、钻孔布孔方式等参数进行了设计,通过考察注水时间、保压效果等参数对水力压裂注水效果,提出了影响水力压裂注水效果的关键因素;通过水力压裂后压裂影响范围内3个关键区域瓦斯抽采量与未压裂区域的对比考察,对水力压裂增透范围和增透效果进行了分析。从增透范围和增透效果看,水力压裂技术提高了煤层透气性,增加了煤层瓦斯抽采量,加快了煤层消突速度,保证了煤矿的采掘接替和安全生产,对相似条件的深部矿井瓦斯突出防治工作具有较好的借鉴作用。

基于矿井采掘煤样分析、实验测试数据、实际生产资料,对吕家坨矿瓦斯地质控制因素进行了相关分析,结果表明:吕家坨矿7、8、9、12-1各煤层储存物性特征各有不同,12-1煤层表现出了更好的瓦斯吸附性;研究区赋有较多大型张性断裂构造,且岩浆岩发育,致使煤层顶底板裂隙发育,煤层瓦斯整体含量较低;煤层顶底板含泥率较高、厚度发生急剧变化及经过小型张性断层发育区为瓦斯涌出量出现明显异常现象的直接因素。

为明确吕家坨矿的瓦斯赋存特征,在分析勘探和开采资料的基础上,研究了影响瓦斯赋存的主要地质因素。结果表明:在区域构造热演化史的控制下,吕家坨矿煤层的二次生气过程是现今瓦斯赋存的物质基础;矿井地质构造与煤层埋深控制矿井瓦斯的总体分布特征;局部区域的岩浆侵入与煤厚变化增加了矿井瓦斯赋存的复杂性,使吕家坨矿瓦斯赋存具有"总体偏低,深部偏高,局部异常"的特征。

硫磺沟煤矿为高瓦斯矿井,相对瓦斯涌出量11.42 m3/t,绝对瓦斯涌出量26.23 m3/min。W(9-15)102工作面为矿井首采工作面,布置在9-15#煤层,该煤层平均厚度32.94 m,分层开采。工作面开采过程中,采空区瓦斯的大量涌出严重制约了工作面的生产。为保证矿井安全生产,硫磺沟煤矿采取了工作面预抽、采空区立管抽放、高位钻孔抽放等措施,有效控制了采空区瓦斯涌出。

姚桥煤矿7243(下)工作面回采到距离停采线20 m时,由于上分层一块三角煤没有回采,随着下分层工作面的回采,上分层2 m多厚的三角煤冒落遗留在采空区;回撤工作面顶板上部有3条长时间失修的上分层巷道,堆积着大量被氧化的碎煤;回撤工作面还存在着3条断层的顶板煤层破碎带。又由于该煤层易自燃发火,煤尘具有强爆性。工作面回采距停采线20 m时出现了CO气体浓度升高现象。为保证人身安全提出了"四位一体"的综合防灭火措施,其中均压防灭火技术是最适合该回撤工作面的有效技术之一。

煤层气顶板水平井是解决松软煤层煤层气开发的主要途径之一。针对贵州黔北矿区复杂的地质和储层条件，为解决煤层顶板水平井漏失、井眼轨迹控制和固完井困难等问题，开展并形成了以轨迹精细控制为核心，以防漏堵漏、偏心连通和固完井等技术配合的成套黔北矿区煤层顶板水平井钻井关键技术。结合现场钻井实践，成功解决了水平井钻井施工中诸多问题，钻井周期明显缩短，经济效益明显提高。研究成果为贵州煤层气钻井和开发提供了新途径，也为高瓦斯矿井地面治理开辟了新的方向，具有显著的应用和推广价值。

针对黔西北(贵州毕节)可乐向斜中段晚二叠世含煤地层具有含煤层数多、主力煤层埋藏较深的特点,结合该区探井钻遇致密砂岩气层的实际情况,从沉积环境、储层厚度、源储配置及含气性等方面评价了该区煤层气与致密砂岩气"两气"共探的勘探潜力。研究表明:可乐向斜下煤组和中煤组分别沉积于龙潭早期和晚期,这两个时期地层主要处于曲流河、河控三角洲平原等沉积相带,有利于煤岩与致密砂岩储层的形成;龙潭组中煤组煤层和致密砂岩层分布较稳定,累积厚度分别在16 m和20 m以上;煤系中煤岩、泥岩、砂岩互层叠置出现,具备良好的源储配置关系,可形成多套"生储盖组合";根据X1井气测录井和测井结果,在煤层和致密砂岩层均显示全烃值异常,煤层段异常值最大可达78.35%,钻遇的两层致密砂岩层含气饱和度分别为39.97%和12.79%,说明煤系中有"两气"共存的情况。

为了研究黔西多煤层地区递进排采的条件和工艺,提高煤层气井单井产量,基于上二叠统多层叠置含气系统典型煤层气井试井和实测参数,通过设置储层物性变参数序列、定参数序列和基本参数序列,利用COMET3软件数值模拟计算了各方案的产气量、产水量,通过定义递进排采10年累计产气量与主采层单采累计产气量的比值,得出各含气系统适合递进排采的储层压力、渗透率、含气量、孔隙度的临界差值分别为1.14 MPa、1.31×10-3μm2、11.33 m3/t、0.042;递进排采工艺先从下至上套管压裂首排系统和次排系统,系统之间放置封隔器,后排系统采用高能气体处理或其他非压裂改造工艺;设计了多煤层分隔合排工艺,通过增加悬挂套管、连通管实现"气走气路、水走水路",从而避免层间干扰;数值模拟结果表明,6、16、23号煤层10年内分隔合采累计产气量较递进排采有大幅增加。

为了查明平桥矿区薄互储层发育条件下,合层排采的可行性,依据多层叠置独立含煤层气系统理论,考虑煤层间距、储层特性等因素,将主要煤层划分为4个煤层气系统。结合平桥矿区测井、试井、等温吸附试验获取的原始物性资料,分析得出影响该区合层排采的2个主控因素。研究结果表明:第1煤层气系统和第2煤层气系统是合层排采的最佳组合。

从研究区含煤岩系地质、沉积构造和水文等方面入手,探讨了松河井田龙潭组含煤层气系统垂向上的分布规律。结果表明:该区煤层硫分与灰分总体上呈上、下高,中间低的规律;煤层含气量由顶部至底部总体呈现"上升–下降–上升"的趋势;煤层埋深–压力系数关系揭示煤层垂向上至少可划分为2套压力系统。龙潭组3个二级层序与3个岩性分段的地层界限较为一致,奠定了独立含煤层气系统的物质基础;每套系统之间缺乏水力联系,富水性呈"弱–中等–弱"的变化规律,构成了独立含煤层气系统的水文地质基础。龙潭组多层叠置独立含煤层气系统,是沉积–水文–构造条件耦合控气作用的产物,划分为3个独立含煤层气系统。研究结果为松河井田煤层气勘探开发提供地质依据。