[00122418]一种煤层高压水力割缝压裂的钻孔布置结构及增透方法

①成果项目作为公司2017年度研发计划立项并拨付专项经费,全面详细地调查分析国内外现有研究成果,在了解国内外该技术领域最先进的技术成果和研究动态基础上,分析存在的问题,为项目总体方案的制定提供基础。根据项目研究内容、目标和技术经济指标,制定总体研究方案,包括采用的研究方法、实施方案、合作与技术交流计划、实验室与井下实验计划与规模、数值模拟方法与方案、进度安排等,目前选定在山西屯兰煤矿做为项目产品试验场所。我国煤矿多为高瓦斯低透气性矿井,国有重点煤矿70%以上是高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井,且大部分为低透气性煤层。瓦斯事故占矿井各类重、特大事故的比重最大,对矿井造成的损失最严重。随着煤层开采深度增加,煤层瓦斯压力增加,瓦斯含量增大,煤层渗透率降低,突出煤层的数量也呈增加趋势,煤与瓦斯突出矿井也随之增多。因此,有必要对高瓦斯煤矿综采前的瓦斯抽采工艺进行进一步研究。对于无保护层开采条件的突出煤层,利用底（顶）板岩巷进行高压水割缝（扩孔）,然后选择合适钻孔进行定向控制压裂,来增加煤层透气性是提高低透气性煤层瓦斯抽采量的有效技术路径。 ②高压水力割缝压裂增透煤层技术是根据《防治煤与瓦斯突出规定》设计施工穿煤层钻孔（包括割缝钻孔和压裂钻孔）,对部分割缝钻孔的煤层段进行高压水力割缝,然后再选择单孔水力压裂影响半径来确定选择部分钻孔,对其封孔后进行水力压裂,使压裂钻孔与周围邻近钻孔之间煤体被压开形成贯穿裂隙通道,并通过高压水携带出煤屑,达到增加煤层透气性、提高瓦斯抽采效果和抽采效率的目的。采取割缝压裂综合增透的钻孔,其瓦斯抽采的平均浓度是常规钻孔的2.61倍,其钻孔瓦斯抽采纯流量是未压裂前的2.56倍,煤层瓦斯含量下降了3.61m3/t。 ③通过切割破碎并排出大量钻孔内煤屑,扩大其直径,使煤体层内卸压并形成大量裂隙,改变煤岩体的结构,弱化煤体的物理力学性质。 ④钻孔完工后,退钻杆,装上割缝用的高压水射流喷头和喷嘴、钻杆,换上专用的割高压旋转水接头;高压旋转水接头进水端用高压胶管与高压水泵连接,然后用钻机将连接好的钻杆、高压水射流喷头和喷嘴送入到割缝目标孔段,由里向外用高压水射流对煤体进行割缝。由于割缝时破坏煤体、减小钻孔周围煤体的围岩应力,会促进瓦斯从吸附态向游离态转移,释放出大量瓦斯,必须要注意瓦斯超限,做好钻孔排放瓦斯安全措施。割缝结束待钻孔内水全部流出后要立即封孔（用封孔剂“两堵一注”封8m）,然后连接至抽放管路。此技术成果可以提高煤层瓦斯抽采纯量,缩短抽采达标所用的时间,增透的效果显著,有效的保障煤矿安全生产。通过高效安全的抽采瓦斯,提高了瓦斯利用率,减少的瓦斯突出隐患,保护了环境。 ⑤山西西山煤电屯兰煤矿2#煤层属于突出煤层,瓦斯压力大,在开采过程伴随着大量的瓦斯涌出,必须采取消突措施。预抽煤层瓦斯是防治煤与瓦斯突出的主要区域性措施,低渗透率煤层的瓦斯抽采效果差。此技术成果经实际应用,达到预掘煤巷残余瓦斯含量降到8m3/t以下,有效的提高了瓦斯抽采半径,减少达到抽采达标所需的时间和钻孔工程量。提高了低透煤层的透气性系数和煤巷条带瓦斯抽采率,取得了显著的效果。 ⑥无获奖