低透氣煤層超高壓水力割縫與水力壓裂聯(lián)合增透技術

煤與瓦斯突出因其能夠在短時間內向采掘空間內拋射出大量的煤與瓦斯，極易造成機械設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的主要災害事故之一。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難題，提出了超高壓水力割縫與水力壓裂聯(lián)合增透技術。

超高壓水力割縫增透技術原理

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，煤體內部形成類圓盤狀導氣縫槽。根據巖石力學及流體力學理論，高壓水射流克服原巖應力、地應力及煤體之間的黏結阻力影響，沿垂直方向在煤體內沖割形成縫槽，如圖1所示。縫槽至煤體深部依次形成破碎區(qū)、塑性區(qū)、彈性區(qū)及原巖應力區(qū)。應力升高區(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，進入煤體內部的液體壓力升高，煤體內部閉合的縫隙在液體壓力與地應力的共同作用下沿縫隙弱面重新張開，形成導通網絡，煤層滲透性增大。

聯(lián)合增透技術原理

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通弱面效應，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[J].煤炭科學技術,2020,48(07):311-317.

來源：煤礦瓦斯災害防治