[01459999]单一低渗软煤层井下水力强化增透技术研究及应用

我国华北、华南主要含煤盆地一般都经历了复杂的热演化史和构造变形史,构造型式复杂多样,构造煤分布广泛,尽管煤层含气量高,但由于孔渗性差,透气性低,造成瓦斯抽采困难,采—掘—钻—抽失衡,难以满足煤矿安全生产需求。基于此,在吸收、融合地面煤层气开发工艺基础上,结合煤矿井下瓦斯抽采特点,构建了单一低渗软煤层井下水力强化增透理论与技术体系,保障了单一低渗软煤层的安全高效生产。 主要内容： （1）初步建立了煤矿井下水力强化增透理论体系。在研究分析已有水力化增透措施的基础上,提出了常规水力压裂、吞吐水力压裂、水力喷射压裂和水力压冲四种强化类型;从裂隙增容、出煤卸压、壁面支撑、应力均一等方面揭示了水力强化增透机理;结合煤体结构及煤层赋存特征,提出了强化类型各自的适用条件,阐明了不同结构煤体在不同水力强化工艺条件下的瓦斯运移产出规律。 （2）提出了单一低渗软煤围岩抽采层水力强化增透技术。通过进行不同煤体结构煤样和不同岩性岩样的加载应力—渗透率室内实验,研究了水力强化过程中煤岩渗透率的变化规律,论证了单一低渗软煤层围岩抽采瓦斯的可行性;从煤岩增透、应力分布、瓦斯运移等方面探讨了围岩抽采层增透抽采瓦斯的基本原理;以常规水力压裂、吞吐水力压裂、水力喷射压裂和水力压冲工艺类型为基础,提出了围岩抽采层水力强化的基本类型;实现了煤岩立体裂隙网络抽采煤层瓦斯的目的。 （3）研发了煤矿井下水力强化专用装备和材料。研制了水力强化专用压裂泵组、扩张式封隔器、水力喷射器、高强度封孔材料等,满足了煤矿井下水力强化需要。 （4）构建了单一低渗软煤层井下水力强化抽采瓦斯技术体系。以煤层瓦斯赋存、地应力演化特征为基础,结合矿井的采掘工程部署,进行了水力强化布孔、钻孔、封孔、实施、联管抽采、效果评价等方法与工艺研究;形成了整套的水力强化技术、设备、组织、管理体系及相应的技术规范。 （5）建立了单一低渗软煤层井下水力强化增透技术示范工程。通过在中马村矿27采区对不同类型钻孔进行不同工艺的水力强化增透,瓦斯抽采量增加3～5倍,最大单孔抽采纯量达到997.9m3/d,抽采半径提高1倍以上,煤层透气性系数增加9～18.6倍,衰减性系数降低3.1倍以上,提升了抽采效率,保障了采区工作面的安全回采。 授权专利情况： 获国家发明专利7项,实新专利3项。 技术经济指标： 钻孔抽采半径增加1倍以上;平均日抽采纯量增加3～5倍;透气性系数增加9～18.6倍;钻孔流量衰减系数降低3倍以上;解放煤炭近200万吨;节省钻孔数目1200个;新增利润2亿余元; 应用推广及效益：在中马村矿和鹤壁中泰矿业有限公司得到推广应用,实现利税2亿余元,阳泉煤业集团、重庆能投集团积极试验。