水力射流割缝技术

一、煤层瓦斯高效抽采技术瓦斯治理技术从抽放（排入大气）向抽采利用发展。背景及意义瓦斯高效抽采符合国家（在安全、能源、环境领域的）重大需求！李克强等领导明确指示:开发和利用煤矿瓦斯既可治理灾害，又可利用资源，一举两得，应该重点支持。我国70%煤层采用井下采前预抽技术，由于原始煤层无卸压条件，抽采效果差。本煤层采前预抽穿层采前预抽K1煤层K2煤层抽采钻孔底板岩石巷背景及意义世界性难题和研究的重点！煤层瓦斯赋存特殊—有瓦斯、抽不出煤的孔隙（1200倍）美国瓦斯抽采面临的挑战钻孔瓦斯抽采流量小、浓度低（10%）、衰减快、工程量大、难以满足安全生产、资源开发和环境保护的需要！平八矿钻孔布置图透气性低密集钻孔微孔隙（10nm，占60-70%），高吸附（占90%）低渗透（k0.01m/d，占70%，比美国低3个数量级）世界性难题BECDA低透气性高地应力高瓦斯煤层较为松软不具备保护层开采条件瓦斯抽采面临的挑战岩层FLAC3D3.00ItascaConsultingGroup,Inc.Minneapolis,MNUSAStep2000ModelPerspective09:30:12WedOct102012Center:X:1.300e+001Y:2.000e+001Z:1.298e+001Rotation:X:0.000Y:0.000Z:0.000Dist:3.398e+002Mag.:1Ang.:22.500PlaneOrigin:X:0.000e+000Y:1.000e+001Z:0.000e+000PlaneNormal:X:0.000e+000Y:1.000e+000Z:0.000e+000ContourofSMinPlane:onMagfac=1.000e+000GradientCalculation-4.2164e+007to-4.2000e+007-4.0000e+007to-3.9000e+007-3.7000e+007to-3.6000e+007-3.4000e+007to-3.3000e+007-3.1000e+007to-3.0000e+007-2.8000e+007to-2.7000e+007-2.5000e+007to-2.4000e+007-2.2000e+007to-2.1000e+007-1.9000e+007to-1.8000e+007-1.6000e+007to-1.5000e+007-1.3000e+007to-1.2000e+007-1.0000e+007to-9.0000e+006巷道原始煤体透气性差瓦斯难抽采封孔段易漏气煤层煤层下行钻孔巷道松动圈裂隙发育本煤层钻孔煤层井下采前预抽存在的主要难题是：钻进难封孔难卸压难上行钻孔瓦斯抽采面临的挑战阻力大，效率低，排钻粉难，易顶钻、夹钻；层间的区域卸压增透技术—通过保护层开采的推广应用，基本趋于成熟；在层内卸压增透所采取的各种措施在局部或多或少都起到了一定的效果，尚没有从根本上解决区域性整体卸压增透的问题，实现大面积整体提高煤层瓦斯抽采率的目的。如何解决?——只能从技术和装备方面着手进行解决方法8煤岩致裂技术现状123单一机械钻孔致裂法高压液体扰动致裂法高能气体扰动致裂法煤矿井下煤岩致裂方法4物理（电爆震、超声波……）5化学方法（酸液侵蚀……）煤层透气性(gaspermeabilityofcoalseam)：在一定条件下，瓦斯在煤层中流动的难易程度。它是煤层瓦斯流动规律考察、瓦斯抽放可行性分析、煤与瓦斯突出预测和防治研究的基础参数。定义：煤层的透气性常用煤层透气性系数或渗透率的大小来定量表达。煤层透气性系数大，表明煤层透气性好，瓦斯流动容易。度量：煤层透气性系数物理意义是在1m3煤体的两侧，压力平方差为1MPa2时，通过1m长度的煤体，在1m2煤面积上每天流过的瓦斯量。1m1MPaP21m1mm3/m2.dλ单位：m2/(MPa2·d)1m2/(MPa2·d)=0.025mD抽采瓦斯难易程度评价指标•煤层透气性系数是用来衡量开采层瓦斯抽采难易程度的重要参数，根据煤层透气性系数将未卸压原始煤层的抽采难易程度划分为三类，即容易抽采、可以抽采和较难抽采。类别煤层透气性系数m2/(MPa2·d)容易抽采＞10可以抽采10~0.1较难抽采＜0.1采前抽采预抽采中抽采卸压抽采采后抽采采空区抽采瓦斯抽采方法分类1、高压射流割缝卸压增透技术技术原理：采用高压射流钻割一体化技术，破解钻孔周围煤体应力场的瓶颈效应，扩大钻孔卸压有效影响范围，形成立体卸压区，实现局部措施的区域性卸压增透。区域性整体卸压增透破解瓶颈效应通过数值实验研究，发现了割缝卸压增透的显著特征X(m)SXX(MPa),SYY(MPa),SZZ(MPa)-10-9-8-7-6-5-4-3-2-1012345678910-21-18-15-12-9-6-3SZZSXXSYYDistanceFromYAxis(m)SXX(MPa),SYY(MPa),SZZ(MPa)-10-8-6-4-20246810-18-15-12-9-6-30SYYOriginalStressSZZSXXSXXSXXReleasedRangeDistanceFromYAxis(m)Stress-reliefFactor-10-8-6-4-20246810-0.4-0.200.20.40.60.8DistanceFromYAxis(m)Stress-reliefFactor-10-8-6-4-20246810-0.200.20.40.60.81三向应力分布对比垂直应力卸压系数分布割缝与钻孔对比卸压半径扩大10倍破解瓶颈效应钻孔间网络化整体卸压增透割缝钻孔瓦斯抽采管射流割缝技术破解瓶颈效应扩大钻孔卸压范围实现网络化卸压增透促进瓦斯解吸流动技术原理高压泵水压自动控制系统钻机本安型高压射流钻割一体化装备，实现了钻进与高压射流旋转割缝一体化作业，减化工序。高压泵参数自动控制系统钻机井下割缝作业