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瓦斯作为一种清洁能源,若有效开采利用,不仅能缓解我国能源紧张局面,同时对瓦斯灾害防治及环境保护具有重大意义,是未来高瓦斯煤矿重点发展方向,符合国家能源发展“十三五”规划中有关建设节约、安全、高效、绿色的现代煤炭工业体系要求。我国煤层普遍具有渗透率低、瓦斯含量高、压力大的特点,导致煤层瓦斯抽采效率低,严重制约煤矿安全生产。目前高瓦斯煤矿一般采用常规密集布孔方式抽采瓦斯,此方式不仅在一定程度上消耗大量人力物力,同时还制约了煤矿产能。本文针对中兴矿高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采难题,对低渗透煤层水力压裂增透强化抽采瓦斯技术进行了研究。采用理论分析、数值模拟和现场试验相结合的方法,研究了低渗透煤层水力压裂增透机理,模拟分析了地应力差和孔间距对水力压裂裂缝扩展过程及增透效果影响,并对中兴矿现场水力压裂工艺进行了效果考察,为中兴矿高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采提供了技术支撑和理论依据。主要研究成果如下:(1)分析了瓦斯吸附、渗透影响因素和水力压裂后钻孔围岩破坏变形及应力分布,并研究了水力压裂裂缝扩展过程和影响因素。研究表明:煤层瓦斯吸附量和渗透性受煤层瓦斯压力和温度影响,压力越大,吸附量越大,渗透性越低;温度越高,吸附量越小。通过分析水力压裂后钻孔周围应力分布及压裂裂隙扩展规律,揭示了煤体破裂后钻孔周围形成破碎区、塑性区和弹性区分布;压裂裂缝扩展程度依次逐渐减小,水力压裂裂缝扩展主要受地应力大小和煤体抗压强度影响。(2)利用RFPA2D-Flow数值模拟分析了地应力差对水力压裂裂缝扩展过程及增透效果影响。模拟结果表明地应力差每增加2MPa,起裂压力至少降低1MPa。表明相同应力水平下,地应力差越大,煤体破坏越明显,起裂压力越小,垂直最小主应力方向裂隙发育越明显,渗透性越好;垂直地应力越接近水平地应力时,裂隙隙网复杂程度越高,发育越均衡。(3)利用RFPA2D-Flow数值模拟分析了孔间距对水力压裂裂缝扩展过程及增透效果影响。模拟结果表明压裂孔孔间距越大,两孔之间煤体应力叠加效应越弱,压裂裂缝贯通性越低。模拟孔间距为5m、6m、7m、8m、9m下煤层压裂渗透效果,得出双孔压裂煤层最大有效压裂影响半径为8m。钻孔间距为8m时,煤层达到最大压裂影响范围016m,x向最大渗流流量为340m3/(d·m),y向最大渗流流量为671m3/(d·m)。(4)对中兴矿进行了现场水力压裂工艺效果考察。现场试验表明,水力压裂卸压增透后,煤层透气性明显增大。得出抽采瓦斯浓度和抽采瓦斯流量分别提高3.6倍、2.7倍;水力压裂钻孔段内上覆北翼瓦斯治理巷掘进瓦斯涌出量降低26.98%;瓦斯含量经压裂抽采后降低显著,同比常规钻孔瓦斯含量降低18.5%;煤层瓦斯有效抽采半径为3m,水力压裂钻孔抽采时间缩短17天。水力压裂增透技术应用提高了煤矿瓦斯抽采效率,对煤矿安全生产具有指导意义。