低透气煤层超高压水力割缝与水力压裂联合增透技术

发布时间：2021-03-18 19:31

　　为了解决矿井瓦斯预抽中存在的问题,提高矿井瓦斯抽采利用效率,杜绝瓦斯灾害事故发生,以新集二矿瓦斯预抽工艺为研究背景,针对矿井采掘接替紧张、煤层透气性差、瓦斯抽采率低等技术难题,提出了超高压水力割缝与水力压裂联合增透技术。基于岩石力学与流体力学理论,分析了超高压水力割缝与水力压裂联合增透机理。并采用数字模拟方法研究确定了沿槽缝延伸方向,缝槽至煤体深部依次形成破碎区、塑性区、弹性区及原岩应力区,被冲割煤体受高压水射流剪、割应力作用影响,原岩应力区向煤体深部转移,煤体渗透率增大。得出水力压裂钻孔布置在超高压水力割缝形成的塑性区范围内能够达到较好的增透效果,并设计了超高压水力割缝与水力压裂一体化联合增透技术工艺:割缝水压为95～100 MPa,旋转水尾转速为40 r/min,割缝间距为1.0～1.2 m,单刀冲割时间为12 min;水力压裂钻孔直径为95 mm,并采用?100 mm的钻孔洗扩装置冲、扩钻孔。通过在新集二矿2201采区220108底板巷2号上钻场的应用结果显示:超高压水力割缝与水力压裂协同增透技术能够明显改善煤层透气性,瓦斯抽采30 d以后,协同超高压水力割缝钻孔平均瓦斯抽采纯量... 

【文章来源】：煤炭科学技术. 2020,48(07)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

超高压水力割缝工艺布置

割缝卸压增透后，槽缝周围煤体渗透率变化情况如图2所示。由图2可知，水力割缝完成后，煤体内部形成圆盘状缝槽，缝槽至煤体深部依次形成破碎区、塑性区、弹性区及原岩应力区。随着瓦斯预抽时间延长，在瓦斯压力释放与应力卸载双重因素作用的共同影响下，被冲割煤体受高压水射流剪、割应力作用影响，缝槽周围煤体有效应力降低，原岩应力区向煤体深部转移，沿缝槽延伸方向，使得原先受高应力载荷作用闭合的煤体导气缝槽，受有效应力降低作用，缝槽重新导通，并产生新的裂缝、裂隙。且产生的裂缝、裂隙形成瓦斯运移导通网络，缩短了瓦斯运移路径，煤体渗透率增大，提高了瓦斯抽采效率。1.2 水力压裂增透技术原理

式中:r1为钻孔半径，m;r2为距离钻孔之间的距离，m;σr为径向主应力，MPa;σh为最小主应力，MPa;σv为最大主应力，MPa;θ为钻孔周围某点与最大主应力σv之间的夹角，(°);σθ为切向有效应力，MPa。压裂过程中，压裂液通过钻孔进入煤体的速度远大于煤体自然吸收的能力，随着压裂液的不断增多，进入煤体内部的液体压力升高，煤体内部闭合的缝隙在液体压力与地应力的共同作用下沿缝隙弱面重新张开，形成导通网络，煤层渗透性增大。

【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
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本文编号：3088814