笔者针对新集二矿采掘接替紧张现状,采用超高压水力割缝与水力压裂联合增透布置工艺,利用FLAC3D仿真计算软件,对煤体冲割后渗透率变化进行了数值仿真模拟,并分析了压裂后煤体裂缝扩张特征,研究了割缝增透卸压与压裂微缝扩张增透机理,最后,通过现场应用试验,验证了超高压水力割缝与水力压裂联合增透措施,对提高煤层透气性系数具有良好的适用效果。
徐雪战
单位
1. 中煤科工集团重庆研究院有限公司； 2. 瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室
摘要
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12min；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 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为普通钻孔的10.3倍；协同水力压裂钻孔平均瓦斯抽采纯量为普通钻孔的6.4倍，且能够持续保证较高流量和浓度的瓦斯抽采效果。
主要附图
引用格式
徐雪战. 低透气煤层超高压水力割缝与水力压裂联合增透技术[J]. 煤炭科学技术, 2020, 48(7): 311-317.
XU Xuezhan. Combined permeability enhancement technology ofultra-high pressure hydraulic slot and hydraulic fracturing in low permeabilitycoal seam[J]. Coal Science and Technology, 2020, 48(7): 311-317.
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