豫西构造软煤穿层钻孔水力压裂增透技术研究

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豫西煤田是高瓦斯矿区,主采煤层二1煤煤质松软,透气性系数小,瓦斯抽采率低,煤与瓦斯突出等瓦斯灾害成为制约矿井安全高效生产的瓶颈问题,迫切需要一定的技术能较好的改善煤层的透气性。水力压裂作为近年来广泛使用的增透技术,具有较好的应用效果。但不同矿井由于地质、构造等条件的差异,所需的压裂工艺参数也不尽相同。论文对研究区的瓦斯地质条件特别是影响水力压裂裂缝展布形态、瓦斯抽采率等的煤层煤质特征、地应力(大小、方向)、瓦斯含量进行了分析,在此基础上,依据水力压裂基本原理,以弹性力学理论为基础,对水力压裂所需泵压(破裂压力、摩擦阻力)进行了分析计算;运用基于滤失效应的水力压裂形态预测模型对水力压裂后裂缝的几何尺寸进行了分析计算;运用数理统计的方法对压裂前后煤层的透气性、瓦斯抽采浓度、抽采流量、影响半径、衰减周期等进行了对比分析,取得了如下成果:研究区(埋深500m)煤体破裂压力在13MPa~15MPa之间,所需最大泵压在20MPa~25MPa之间;清水压裂液在研究区具有一定的压裂效果;压裂后产生的裂缝为垂直缝,缝长在50m~60m,缝宽在0.0015m~0.002m,缝高为10m;本次压裂的影响半径约为60m,压裂后,瓦斯抽采浓度提高50%~200%,抽采流量提高60%~300%;基于AHP的数学方法得出水力压裂的综合防突效果好于水力冲孔。因此,水力压裂在大平矿具有良好的卸压增透效果,在豫西矿区具有良好的推广应用价值,在类似瓦斯地质条件的矿井中可以推广应用。
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