深部高瓦斯低透煤层水压致裂强化增透技术与应用

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本文针对李嘴孜煤矿水力压裂卸压增透技术的研究,采用理论分析、数值模拟和现场试验相结合的方法,以A1煤层32321底板巷区域进行现场试验研究了水力压裂卸压增透效果。结果表明通过水力压裂措施能提高A1煤层的透气性系数、加强内部瓦斯气体的流动、湿润煤体降尘作用、提高抽采率降低煤层突出危险性的目的。对水力压裂的力学特性进行了分析,采用大直径的钻孔进行水力压裂时可增加钻孔四周的卸压区域,加大钻孔四周的煤体的暴露表面积,加强内部瓦斯气体的流动,起到增加煤层透气性的效果。分析了钻孔的起裂位置和起裂所需压力,得出:起裂压力的临界值在数值模拟实验中,模拟了不同埋深的起裂压力,得出煤岩体的起裂时的注水压力随着煤层埋深而增加,压裂钻孔起裂压力数据进行回归分析得到煤层埋深与起裂压力的关系式:y=10.351e0.0014x,R2=0.9837,计算得A1煤层处的起裂压力24.92Mpa。600m处的压裂半径在12.665-14.965m;500m处的13.683-16.876m;400m处压裂半径在16.011-18.846m;卸压区域的煤层渗透系数提高了2.5倍左右。现场试验中,通过对A1煤层的压裂试验,对压裂工艺流程和压裂前后的安全措施进行了详细设计,分走向和倾向方向上设计了考察方案。倾向上最大影响半径50m、走向上最大影响半径70m,水力压裂后对瓦斯抽采浓度和抽采量的提高十分明显,抽采浓度在36%~56%之间,平均抽采混合流量浓度0.3lm3/min,平均抽采纯流量则基本稳定在0.16m3/min,单孔纯流量约为0.013m3/min,压裂后干管抽采平均浓度为压裂前的1.7倍;压裂后单孔平均抽采纯量为压裂前的3.5倍,压裂影响区域煤层透气性系数达0.372m2/(MPa2·d)较原始0.062m2/(MPa2·d)提高了6倍。对李嘴孜煤矿A1煤层层内卸压增透技术的研究,结合现场实测,验证了力学分析结果和数值模拟计算结果的准确性。
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