低透氣煤層超高壓水力割縫與水力壓裂聯(lián)合增透技術(shù)

煤與瓦斯突出因其能夠在短時間內(nèi)向采掘空間內(nèi)拋射出大量的煤與瓦斯，極易造成機械設(shè)備損壞及人員群死群傷事故，現(xiàn)已成為威脅礦井安全生產(chǎn)的主要災(zāi)害事故之一。針對礦井采掘接替緊張、煤層透氣性差、瓦斯抽采率低等技術(shù)難題，提出了超高壓水力割縫與水力壓裂聯(lián)合增透技術(shù)。

超高壓水力割縫增透技術(shù)原理

利用超高壓水射流對低透氣煤層進行割縫增透卸壓時，高壓水射流沖擊破壞煤體，煤體內(nèi)部形成類圓盤狀導(dǎo)氣縫槽。根據(jù)巖石力學(xué)及流體力學(xué)理論，高壓水射流克服原巖應(yīng)力、地應(yīng)力及煤體之間的黏結(jié)阻力影響，沿垂直方向在煤體內(nèi)沖割形成縫槽，如圖1所示?？p槽至煤體深部依次形成破碎區(qū)、塑性區(qū)、彈性區(qū)及原巖應(yīng)力區(qū)。應(yīng)力升高區(qū)域向煤體深部延伸，起到卸壓增透作用。

圖1 超高壓水力割縫工藝布置

水力壓裂增透技術(shù)原理

壓裂過程中，壓裂液通過鉆孔進入煤體的速度遠大于煤體自然吸收的能力，隨著壓裂液的不斷增多，進入煤體內(nèi)部的液體壓力升高，煤體內(nèi)部閉合的縫隙在液體壓力與地應(yīng)力的共同作用下沿縫隙弱面重新張開，形成導(dǎo)通網(wǎng)絡(luò)，煤層滲透性增大。

聯(lián)合增透技術(shù)原理

低透氣煤層超高壓水力割縫與水力壓裂聯(lián)合增透工藝是指:向低透氣煤層施工鉆進卸壓增透鉆孔，結(jié)合水力割縫與水力壓裂增透工藝特點，分別對部分鉆孔采取超高壓水力割縫增透措施，部分鉆孔采取水力壓裂增透措施，在空間范圍內(nèi)形成交叉方式布置。利用高壓水射流沖割煤體形成的圓盤狀塑性區(qū)縫槽為水力壓裂提供導(dǎo)通弱面效應(yīng)，提高壓裂增透效果。同時，實現(xiàn)割縫縫槽與水力壓裂擴張縫隙連接互通，提高單孔增透卸壓影響范圍，改善煤層透氣性效果。

參考文獻：徐雪戰(zhàn).低透氣煤層超高壓水力割縫與水力壓裂聯(lián)合增透技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2020,48(07):311-317.

來源：煤礦瓦斯災(zāi)害防治