水力化增透技術(shù)在區(qū)域瓦斯抽采中應(yīng)用2014(王耀鋒)

1、2014年全國(guó)煤礦安全學(xué)術(shù)年會(huì) 王耀鋒 研究員煤科集團(tuán)沈陽研究院有限公司二一四年十一月2014年全國(guó)煤礦安全學(xué)術(shù)年會(huì) 匯報(bào)提綱 1 1 國(guó)內(nèi)煤礦瓦斯抽采現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)煤礦瓦斯抽采現(xiàn)狀 2 2 水力化煤層增透技術(shù)的進(jìn)展水力化煤層增透技術(shù)的進(jìn)展 3 3 在區(qū)域瓦斯抽采中的應(yīng)用在區(qū)域瓦斯抽采中的應(yīng)用 4 4 前景展望前景展望 2014年全國(guó)煤礦安全學(xué)術(shù)年會(huì) 1 國(guó)內(nèi)煤礦瓦斯抽采現(xiàn)狀 20042013年年，我國(guó)煤炭生產(chǎn)量呈持續(xù)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，原煤生產(chǎn)量占能源生產(chǎn)總量，我國(guó)煤炭生產(chǎn)量呈持續(xù)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，原煤生產(chǎn)量占能源生產(chǎn)總量的的75.677.8%。至。至2013年，全國(guó)煤炭產(chǎn)量已達(dá)年，全國(guó)煤炭產(chǎn)量已達(dá)36.8億億t。

2、據(jù)預(yù)測(cè)，。據(jù)預(yù)測(cè)，2030年我國(guó)的煤炭年我國(guó)的煤炭需求量將高達(dá)需求量將高達(dá)38億億t。因此，在未來較長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，煤炭仍將是中國(guó)的主要能源。因此，在未來較長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，煤炭仍將是中國(guó)的主要能源 。圖1-1 近10年我國(guó)一次能源生產(chǎn)量及構(gòu)成 圖1-2 近10年我國(guó)煤炭生產(chǎn)量 2014年全國(guó)煤礦安全學(xué)術(shù)年會(huì) 1 國(guó)內(nèi)煤礦瓦斯抽采現(xiàn)狀 我國(guó)的煤礦約我國(guó)的煤礦約91%為井工礦，開采條件十分復(fù)雜。據(jù)統(tǒng)計(jì)，為井工礦，開采條件十分復(fù)雜。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年全年全國(guó)共有國(guó)共有煤與瓦斯突出礦井煤與瓦斯突出礦井1191處，高瓦斯礦井處，高瓦斯礦井2093處處，高、突礦井約占全，高、突礦井約占全國(guó)礦井總數(shù)的國(guó)礦井總數(shù)的2

3、6.7%。 礦井瓦斯是煤礦的主要致災(zāi)因素之一。礦井瓦斯事故具有礦井瓦斯是煤礦的主要致災(zāi)因素之一。礦井瓦斯事故具有破壞強(qiáng)度大破壞強(qiáng)度大、影響范圍廣、影響范圍廣等特點(diǎn)。等特點(diǎn)。2013年，全國(guó)煤礦數(shù)量約年，全國(guó)煤礦數(shù)量約1.2萬處，共發(fā)生各類事故萬處，共發(fā)生各類事故604起、死亡起、死亡1067人，其中人，其中礦井瓦斯事故礦井瓦斯事故59起、死亡起、死亡348人人。 另一方面，作為一種高效、優(yōu)質(zhì)的能源，開發(fā)利用瓦斯資源具有另一方面，作為一種高效、優(yōu)質(zhì)的能源，開發(fā)利用瓦斯資源具有保證保證煤礦安全生產(chǎn)、改善能源結(jié)構(gòu)和保護(hù)環(huán)境等煤礦安全生產(chǎn)、改善能源結(jié)構(gòu)和保護(hù)環(huán)境等多重作用。根據(jù)多重作用。根據(jù)2005年

4、的評(píng)價(jià)年的評(píng)價(jià)成果，全國(guó)煤層埋深成果，全國(guó)煤層埋深2000 m以淺的瓦斯總資源量為以淺的瓦斯總資源量為36.8l萬億萬億m3，其中可采，其中可采資源量資源量10.87萬億萬億m3。2014年全國(guó)煤礦安全學(xué)術(shù)年會(huì) 1 國(guó)內(nèi)煤礦瓦斯抽采現(xiàn)狀 有效的瓦斯抽采是煤礦瓦斯治理的治本措施。根據(jù)有效的瓦斯抽采是煤礦瓦斯治理的治本措施。根據(jù)煤層氣（煤礦瓦煤層氣（煤礦瓦斯）開發(fā)利用斯）開發(fā)利用“十二五十二五”規(guī)劃規(guī)劃，2015年煤層氣（煤礦瓦斯）產(chǎn)量將達(dá)到年煤層氣（煤礦瓦斯）產(chǎn)量將達(dá)到300億億m3，其中，其中地面開發(fā)地面開發(fā)160億億m3，井下抽采，井下抽采140億億m3。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年全國(guó)抽采

5、量年全國(guó)抽采量156億億m3。其中，。其中，井下瓦斯抽采量井下瓦斯抽采量126億億m3，地面煤層氣產(chǎn)量，地面煤層氣產(chǎn)量30億億m3。截止到今年。截止到今年6月，全國(guó)開展瓦斯抽采的礦井月，全國(guó)開展瓦斯抽采的礦井1810處，瓦斯抽采量處，瓦斯抽采量?jī)H為僅為58.5億億m3。顯然，按照目前的抽采狀況。顯然，按照目前的抽采狀況難以實(shí)現(xiàn)難以實(shí)現(xiàn)“十二五十二五” 目標(biāo)目標(biāo)。 目前的抽采狀況是由多方面原因造成的，其中目前的抽采狀況是由多方面原因造成的，其中煤層的滲透性煤層的滲透性是影響瓦是影響瓦斯開發(fā)量的最主要的自然因素。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)煤儲(chǔ)層滲透率斯開發(fā)量的最主要的自然因素。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)煤儲(chǔ)層滲透率小于小于1

6、.0mD的的層次占層次占72%。采取增加透氣性措施。采取增加透氣性措施，是解決我國(guó)低滲透性煤層瓦斯抽采難，是解決我國(guó)低滲透性煤層瓦斯抽采難題的關(guān)鍵。題的關(guān)鍵。2014年全國(guó)煤礦安全學(xué)術(shù)年會(huì) 匯報(bào)提綱 1 1 國(guó)內(nèi)煤礦瓦斯抽采現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)煤礦瓦斯抽采現(xiàn)狀 2 2 水力化煤層增透技術(shù)的進(jìn)展水力化煤層增透技術(shù)的進(jìn)展 3 3 在區(qū)域瓦斯抽采中的應(yīng)用在區(qū)域瓦斯抽采中的應(yīng)用 4 4 前景展望前景展望 2014年全國(guó)煤礦安全學(xué)術(shù)年會(huì) 2 水力化煤層增透技術(shù)的進(jìn)展 為提高低透氣性煤層的瓦斯抽采率和防治煤與瓦斯突出，在學(xué)習(xí)和借為提高低透氣性煤層的瓦斯抽采率和防治煤與瓦斯突出，在學(xué)習(xí)和借鑒鑒石油行業(yè)和國(guó)外石油行業(yè)和國(guó)

7、外先進(jìn)技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，試驗(yàn)應(yīng)用了多種煤層增透技先進(jìn)技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，試驗(yàn)應(yīng)用了多種煤層增透技術(shù)，多數(shù)從術(shù)，多數(shù)從降低煤層外在應(yīng)力和改變煤體的物理力學(xué)性質(zhì)降低煤層外在應(yīng)力和改變煤體的物理力學(xué)性質(zhì)入手，主要有：入手，主要有：開采保護(hù)層、卸壓帶抽采、深孔松動(dòng)爆破、交叉鉆孔、大直徑鉆孔和水力開采保護(hù)層、卸壓帶抽采、深孔松動(dòng)爆破、交叉鉆孔、大直徑鉆孔和水力化增透措施等?；鐾复胧┑?。 國(guó)內(nèi)煤礦應(yīng)用水力化煤層增透技術(shù)國(guó)內(nèi)煤礦應(yīng)用水力化煤層增透技術(shù)開始于開始于20世紀(jì)世紀(jì)50年代末年代末，至今大致，至今大致經(jīng)歷了經(jīng)歷了初期試驗(yàn)研究、嘗試應(yīng)用和高速發(fā)展這初期試驗(yàn)研究、嘗試應(yīng)用和高速發(fā)展這3個(gè)階段個(gè)階段，

8、正逐漸發(fā)展成為，正逐漸發(fā)展成為一種適用性強(qiáng)、效果顯著的煤層增透和防突技術(shù)。一種適用性強(qiáng)、效果顯著的煤層增透和防突技術(shù)。2014年全國(guó)煤礦安全學(xué)術(shù)年會(huì) 2 水力化煤層增透技術(shù)的進(jìn)展初期試驗(yàn)研究階段20世紀(jì)50年代末80年代末嘗試應(yīng)用階段20世紀(jì)90年代初21世紀(jì)初高速發(fā)展階段21世紀(jì)初至今2014年全國(guó)煤礦安全學(xué)術(shù)年會(huì) 2 水力化煤層增透技術(shù)的進(jìn)展 上世紀(jì)上世紀(jì)50年代末至年代末至80年代末年代末，主要是作為，主要是作為局部防突措施局部防突措施應(yīng)用于應(yīng)用于煤巷掘煤巷掘進(jìn)、石門揭煤等進(jìn)、石門揭煤等地點(diǎn)。地點(diǎn)。p1958年年，設(shè)計(jì)出了簡(jiǎn)易的，設(shè)計(jì)出了簡(jiǎn)易的“輕變型輕變型”水力鉆。水力鉆。p1965年

9、年，用水射流預(yù)先沖刷煤體，安全揭開了具有突出危險(xiǎn)的石門。，用水射流預(yù)先沖刷煤體，安全揭開了具有突出危險(xiǎn)的石門。p撫順煤炭研究所于撫順煤炭研究所于1969年年在鶴壁六礦進(jìn)行了水射流割縫試驗(yàn)；在鶴壁六礦進(jìn)行了水射流割縫試驗(yàn)；1977年年，在紅衛(wèi)煤礦進(jìn)行了水射流割縫防止煤與瓦斯突出試驗(yàn)；在在紅衛(wèi)煤礦進(jìn)行了水射流割縫防止煤與瓦斯突出試驗(yàn)；在19781981年年期期間，先后在鶴壁四礦、二礦及紅衛(wèi)煤礦進(jìn)行了水射流割縫試驗(yàn)；間，先后在鶴壁四礦、二礦及紅衛(wèi)煤礦進(jìn)行了水射流割縫試驗(yàn)；1981年年研研制了液控水射流鉆割機(jī)；制了液控水射流鉆割機(jī)；p19701985年年，在白沙里王廟礦、陽泉一礦、撫順北龍鳳礦和焦作中

10、馬，在白沙里王廟礦、陽泉一礦、撫順北龍鳳礦和焦作中馬村礦進(jìn)行了水力壓裂開采煤層氣試驗(yàn)。村礦進(jìn)行了水力壓裂開采煤層氣試驗(yàn)。2014年全國(guó)煤礦安全學(xué)術(shù)年會(huì) 2 水力化煤層增透技術(shù)的進(jìn)展 20世紀(jì)世紀(jì)90年代初至年代初至21世紀(jì)初世紀(jì)初，雖然前期取得了一定效果，但由于諸多，雖然前期取得了一定效果，但由于諸多原因，該技術(shù)只在撫順、晉城等礦區(qū)的少數(shù)煤與瓦斯突出礦井和瓦斯治理原因，該技術(shù)只在撫順、晉城等礦區(qū)的少數(shù)煤與瓦斯突出礦井和瓦斯治理困難的高瓦斯礦井進(jìn)行了小范圍嘗試應(yīng)用，未能大范圍推廣與應(yīng)用，困難的高瓦斯礦井進(jìn)行了小范圍嘗試應(yīng)用，未能大范圍推廣與應(yīng)用，主要主要原因：原因：p 當(dāng)時(shí)煤炭行業(yè)發(fā)展正處于低谷

11、，現(xiàn)場(chǎng)需求相對(duì)較少；當(dāng)時(shí)煤炭行業(yè)發(fā)展正處于低谷，現(xiàn)場(chǎng)需求相對(duì)較少；p 未能深入研究煤層卸壓增透機(jī)理，缺乏必要的理論支撐；未能深入研究煤層卸壓增透機(jī)理，缺乏必要的理論支撐；p 當(dāng)時(shí)能在煤礦井下應(yīng)用的高壓水泵流量小、壓力低，設(shè)備能力不能滿足當(dāng)時(shí)能在煤礦井下應(yīng)用的高壓水泵流量小、壓力低，設(shè)備能力不能滿足需要；需要；p 包括安全防護(hù)在內(nèi)的配套設(shè)施不夠完善。包括安全防護(hù)在內(nèi)的配套設(shè)施不夠完善。2014年全國(guó)煤礦安全學(xué)術(shù)年會(huì) 2 水力化煤層增透技術(shù)的進(jìn)展 2003年以后，適應(yīng)市場(chǎng)和國(guó)家政策的要求，在石油等行業(yè)取得多項(xiàng)年以后，適應(yīng)市場(chǎng)和國(guó)家政策的要求，在石油等行業(yè)取得多項(xiàng)新突破的激勵(lì)下，水力化煤層增透技術(shù)進(jìn)

12、入了高速發(fā)展階段。單項(xiàng)水力化新突破的激勵(lì)下，水力化煤層增透技術(shù)進(jìn)入了高速發(fā)展階段。單項(xiàng)水力化增透技術(shù)不斷完善，總體向著增透技術(shù)不斷完善，總體向著集成化、多元化和智能化集成化、多元化和智能化的方向發(fā)展。的方向發(fā)展。 以中國(guó)礦業(yè)大學(xué)、沈陽研究院等為代表的十余家科研機(jī)構(gòu)在水力化增以中國(guó)礦業(yè)大學(xué)、沈陽研究院等為代表的十余家科研機(jī)構(gòu)在水力化增透方面進(jìn)行了廣泛深入研究，形成了水射流和水力壓裂透方面進(jìn)行了廣泛深入研究，形成了水射流和水力壓裂兩大類共十余種兩大類共十余種技技術(shù)，包括：水力沖孔、水力掏槽、水射流割縫、水射流擴(kuò)孔、水力擠出、術(shù)，包括：水力沖孔、水力掏槽、水射流割縫、水射流擴(kuò)孔、水力擠出、水力疏松、

13、水力壓裂等，在水力疏松、水力壓裂等，在全國(guó)三十余個(gè)礦區(qū)全國(guó)三十余個(gè)礦區(qū)進(jìn)行了試驗(yàn)及應(yīng)用，作業(yè)區(qū)進(jìn)行了試驗(yàn)及應(yīng)用，作業(yè)區(qū)域也由煤巷掘進(jìn)、石門揭煤等局部地點(diǎn)發(fā)展到域也由煤巷掘進(jìn)、石門揭煤等局部地點(diǎn)發(fā)展到地面鉆孔抽采、煤層區(qū)域預(yù)地面鉆孔抽采、煤層區(qū)域預(yù)抽、突出煤層消突抽、突出煤層消突等。等。2014年全國(guó)煤礦安全學(xué)術(shù)年會(huì) 2 水力化煤層增透技術(shù)的進(jìn)展 各種單項(xiàng)增透技術(shù)既有其各種單項(xiàng)增透技術(shù)既有其優(yōu)勢(shì)優(yōu)勢(shì)，又難免存在，又難免存在自身的局限性自身的局限性。例如：對(duì)。例如：對(duì)于水射流割縫（或擴(kuò)孔）來說，在其控制范圍內(nèi)煤體卸壓充分、增透效果于水射流割縫（或擴(kuò)孔）來說，在其控制范圍內(nèi)煤體卸壓充分、增透效果明顯

14、，但是它的影響半徑小，僅有幾米。水力壓裂的控制范圍大，影響半明顯，但是它的影響半徑小，僅有幾米。水力壓裂的控制范圍大，影響半徑能夠達(dá)到幾十米，但是以現(xiàn)有的技術(shù)水平，很難保證在它的控制范圍內(nèi)徑能夠達(dá)到幾十米，但是以現(xiàn)有的技術(shù)水平，很難保證在它的控制范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)煤體均勻卸壓、增透而不留空白帶。實(shí)現(xiàn)煤體均勻卸壓、增透而不留空白帶。采用綜合增透技術(shù)，能使不同的采用綜合增透技術(shù)，能使不同的增透手段取長(zhǎng)補(bǔ)短、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)增透手段取長(zhǎng)補(bǔ)短、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，但是怎樣合理配置各種工藝參數(shù)才能真正，但是怎樣合理配置各種工藝參數(shù)才能真正達(dá)到這一目的，仍需深入探索。達(dá)到這一目的，仍需深入探索。2014年全國(guó)煤礦安全學(xué)術(shù)年會(huì) 2

15、水力化煤層增透技術(shù)的進(jìn)展p 水射流與水力壓裂綜合增透技術(shù)水射流與水力壓裂綜合增透技術(shù)。黃炳香提出在鉆孔軸向或徑向預(yù)割出。黃炳香提出在鉆孔軸向或徑向預(yù)割出給定方向的裂縫，然后再進(jìn)行給定方向的裂縫，然后再進(jìn)行定向壓裂定向壓裂的技術(shù)。王耀鋒等提出了的技術(shù)。王耀鋒等提出了預(yù)置導(dǎo)向預(yù)置導(dǎo)向槽定向水力壓穿槽定向水力壓穿技術(shù)，即利用技術(shù)，即利用導(dǎo)向槽和控制鉆孔的共同定向作用導(dǎo)向槽和控制鉆孔的共同定向作用將煤體壓將煤體壓穿，并通過高壓水?dāng)y帶出大量煤屑，來實(shí)現(xiàn)煤層卸壓和增透。劉勇等提出穿，并通過高壓水?dāng)y帶出大量煤屑，來實(shí)現(xiàn)煤層卸壓和增透。劉勇等提出采用水射流在煤孔采用水射流在煤孔中定向射孔來降低起裂壓力中定向射

16、孔來降低起裂壓力。p 綜合壓裂技術(shù)綜合壓裂技術(shù)。葉建平等開展了。葉建平等開展了氮?dú)馀菽瓑毫训獨(dú)馀菽瓑毫鸭夹g(shù)的工業(yè)試驗(yàn)。許耀波技術(shù)的工業(yè)試驗(yàn)。許耀波等提出了等提出了液氮伴注輔助水力壓裂液氮伴注輔助水力壓裂復(fù)合增產(chǎn)技術(shù)。劉曉在中馬村煤礦試驗(yàn)了復(fù)合增產(chǎn)技術(shù)。劉曉在中馬村煤礦試驗(yàn)了重復(fù)水力壓裂重復(fù)水力壓裂技術(shù)。王保玉等提出了技術(shù)。王保玉等提出了地面壓裂井下水平鉆孔抽放地面壓裂井下水平鉆孔抽放煤層氣方煤層氣方法。林柏泉等提出了區(qū)域瓦斯治理法。林柏泉等提出了區(qū)域瓦斯治理鉆爆壓抽一體化防突鉆爆壓抽一體化防突方法，實(shí)現(xiàn)了松動(dòng)方法，實(shí)現(xiàn)了松動(dòng)爆破和定向壓裂綜合增透爆破和定向壓裂綜合增透 。2014年全國(guó)煤礦安全

17、學(xué)術(shù)年會(huì) 匯報(bào)提綱 1 1 國(guó)內(nèi)煤礦瓦斯抽采現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)煤礦瓦斯抽采現(xiàn)狀 2 2 水力化煤層增透技術(shù)的進(jìn)展水力化煤層增透技術(shù)的進(jìn)展 3 3 在區(qū)域瓦斯抽采中的應(yīng)用在區(qū)域瓦斯抽采中的應(yīng)用 4 4 前景展望前景展望 2014年全國(guó)煤礦安全學(xué)術(shù)年會(huì) 3 水力化技術(shù)在區(qū)域瓦斯抽采中的應(yīng)用 沈陽研究院沈陽研究院完成了完成了“十一五十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃子課題國(guó)家科技支撐計(jì)劃子課題“低透氣性煤低透氣性煤層瓦斯增透及強(qiáng)化抽采技術(shù)與裝備研究層瓦斯增透及強(qiáng)化抽采技術(shù)與裝備研究”。承擔(dān)了大型油氣田及煤層氣開。承擔(dān)了大型油氣田及煤層氣開發(fā)科技重大專項(xiàng)課題發(fā)科技重大專項(xiàng)課題“低透氣性煤層煤層氣增產(chǎn)技術(shù)與裝備低透氣性煤層

18、煤層氣增產(chǎn)技術(shù)與裝備”和和“十二五十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃子課題國(guó)家科技支撐計(jì)劃子課題“導(dǎo)向槽定向水力壓穿防突技術(shù)和裝備導(dǎo)向槽定向水力壓穿防突技術(shù)和裝備”。 采用前期的研究成果，在采用前期的研究成果，在焦作演馬莊礦和淮南丁集礦焦作演馬莊礦和淮南丁集礦進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，取得了較好的效果。，取得了較好的效果。 2014年全國(guó)煤礦安全學(xué)術(shù)年會(huì) 圖3-2 葉輪和噴嘴的物理模型圖3-1 高壓旋轉(zhuǎn)水射流噴頭、噴嘴及葉輪圖3-4 高壓旋轉(zhuǎn)接頭圖3-3 高壓水射流專用鉆桿3.1 高壓旋轉(zhuǎn)水射流擴(kuò)孔及割縫裝備2014年全國(guó)煤礦安全學(xué)術(shù)年會(huì) 圖3-5 礦用移動(dòng)式高壓水力泵站圖 3-6 水射流系統(tǒng)試驗(yàn)3

19、.1 高壓旋轉(zhuǎn)水射流擴(kuò)孔及割縫裝備2014年全國(guó)煤礦安全學(xué)術(shù)年會(huì) 該技術(shù)是在控制鉆孔的導(dǎo)控作用下，對(duì)中心鉆孔實(shí)施水力壓裂，該技術(shù)是在控制鉆孔的導(dǎo)控作用下，對(duì)中心鉆孔實(shí)施水力壓裂，將中心鉆孔與控制鉆孔之間的煤體壓裂，形成貫穿裂隙，并通過高壓將中心鉆孔與控制鉆孔之間的煤體壓裂，形成貫穿裂隙，并通過高壓水?dāng)y帶出大量煤屑，使煤體大范圍卸壓、增透。水?dāng)y帶出大量煤屑，使煤體大范圍卸壓、增透。圖3-7 控制孔導(dǎo)控定向水力壓裂模型圖3-8 控制孔導(dǎo)控定向水力壓裂模擬結(jié)果2014年全國(guó)煤礦安全學(xué)術(shù)年會(huì) 3.2.1 試驗(yàn)區(qū)概況試驗(yàn)區(qū)概況 該礦主采二該礦主采二1煤層。煤層的直接頂板由砂質(zhì)泥巖和泥巖構(gòu)成，厚度煤層。煤

20、層的直接頂板由砂質(zhì)泥巖和泥巖構(gòu)成，厚度大約大約3m。煤層的直接底板是由泥巖、砂質(zhì)泥巖和粉砂巖構(gòu)成的。煤層的直接底板是由泥巖、砂質(zhì)泥巖和粉砂巖構(gòu)成的。2011年礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為年礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為48.22m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量，相對(duì)瓦斯涌出量24.5m3/t，屬，屬于煤與瓦斯突出礦井。于煤與瓦斯突出礦井。 試驗(yàn)區(qū)域選在試驗(yàn)區(qū)域選在27151運(yùn)輸巷頂板瓦斯抽采巷。運(yùn)輸巷頂板瓦斯抽采巷。27151工作面平均煤工作面平均煤厚厚3.7m、煤層傾角、煤層傾角713，實(shí)測(cè)工作面煤層，實(shí)測(cè)工作面煤層原始瓦斯含量為原始瓦斯含量為18.59m3/t，瓦斯壓力，瓦斯壓力0.85MPa，煤的堅(jiān)固性系數(shù)，

21、煤的堅(jiān)固性系數(shù)0.52，具有煤與瓦斯，具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性。突出危險(xiǎn)性。煤層透氣性系數(shù)為煤層透氣性系數(shù)為0.30.457m2MPa-2d-1。2014年全國(guó)煤礦安全學(xué)術(shù)年會(huì) 3.2.2 鉆孔布置與施工鉆孔布置與施工 在在27151運(yùn)輸巷頂板瓦斯抽采巷里段運(yùn)輸巷頂板瓦斯抽采巷里段310m350m處，施工處，施工22個(gè)下個(gè)下向鉆孔作為試驗(yàn)孔向鉆孔作為試驗(yàn)孔 。試1試2試3試4試5試6試10試11試12試13試14試15試7試8試9試16試17試18試19試20補(bǔ)試6補(bǔ)試12補(bǔ)試1927151運(yùn)輸巷頂板瓦斯抽采巷終孔點(diǎn)巖孔開孔點(diǎn)煤孔壓裂鉆孔圖3-9 試驗(yàn)鉆孔實(shí)際施工平面圖27151運(yùn)輸巷頂板瓦斯抽

22、采巷30m12.5m27151運(yùn)輸巷-200-210-220-230-240-250-200-210-220-230-240-250圖3-10 試驗(yàn)鉆孔剖面圖2014年全國(guó)煤礦安全學(xué)術(shù)年會(huì) 3.2.3 瓦斯抽采效果對(duì)比瓦斯抽采效果對(duì)比 自今年自今年5.38.17， 22個(gè)試驗(yàn)鉆孔累計(jì)抽采瓦斯個(gè)試驗(yàn)鉆孔累計(jì)抽采瓦斯50574.92m3。壓裂。壓裂完成完成106天后，仍有天后，仍有45%（10個(gè)）的鉆孔瓦斯?jié)舛瘸^個(gè)）的鉆孔瓦斯?jié)舛瘸^80%，82%（18個(gè)）的鉆孔瓦斯?jié)舛瘸^個(gè)）的鉆孔瓦斯?jié)舛瘸^50%，而，而8個(gè)對(duì)比鉆孔抽采濃度均降到了個(gè)對(duì)比鉆孔抽采濃度均降到了50%以下，其中以下，其中2個(gè)鉆

23、孔在抽采個(gè)鉆孔在抽采67天后因瓦斯?jié)舛冗^低而控制抽采試驗(yàn)鉆孔天后因瓦斯?jié)舛冗^低而控制抽采試驗(yàn)鉆孔的的平均瓦斯抽采濃度為平均瓦斯抽采濃度為64.47%，而對(duì)比鉆孔的僅為，而對(duì)比鉆孔的僅為28.32%。22個(gè)試驗(yàn)個(gè)試驗(yàn)鉆孔的百米鉆孔平均流量為鉆孔的百米鉆孔平均流量為0.592m3/min0.176m3/min，平均，平均0.290 m3/min；單位面積內(nèi)試驗(yàn)鉆孔的密度僅為對(duì)比孔的；單位面積內(nèi)試驗(yàn)鉆孔的密度僅為對(duì)比孔的三分之一三分之一，試驗(yàn)鉆，試驗(yàn)鉆孔百米鉆孔瓦斯流量為對(duì)比孔的孔百米鉆孔瓦斯流量為對(duì)比孔的2.05.4倍，平均為倍，平均為3.67倍倍。2014年全國(guó)煤礦安全學(xué)術(shù)年會(huì) 3.2.3 瓦斯

24、抽采效果對(duì)比瓦斯抽采效果對(duì)比 圖3-11 試驗(yàn)鉆孔與常規(guī)鉆孔百米鉆孔平均瓦斯流量對(duì)比2014年全國(guó)煤礦安全學(xué)術(shù)年會(huì) 3.2.3 瓦斯抽采效果對(duì)比瓦斯抽采效果對(duì)比 圖3-12 試驗(yàn)鉆孔與常規(guī)鉆孔單孔平均百米瓦斯流量對(duì)比2014年全國(guó)煤礦安全學(xué)術(shù)年會(huì) 該技術(shù)是先用水射流對(duì)中心鉆孔擴(kuò)孔，然后在控制鉆孔的導(dǎo)控作該技術(shù)是先用水射流對(duì)中心鉆孔擴(kuò)孔，然后在控制鉆孔的導(dǎo)控作用下，對(duì)中心鉆孔實(shí)施水力壓裂，將中心鉆孔與控制鉆孔之間的煤體用下，對(duì)中心鉆孔實(shí)施水力壓裂，將中心鉆孔與控制鉆孔之間的煤體壓穿，形成貫穿裂隙，并通過高壓水?dāng)y帶出大量煤屑，使煤體大范圍壓穿，形成貫穿裂隙，并通過高壓水?dāng)y帶出大量煤屑，使煤體大范圍

25、卸壓、增透。卸壓、增透。圖3-13 水射流擴(kuò)孔與水力壓裂聯(lián)作模型圖3-14 水射流與水力壓裂聯(lián)作模擬結(jié)果2014年全國(guó)煤礦安全學(xué)術(shù)年會(huì) 3.3.1 試驗(yàn)區(qū)概況試驗(yàn)區(qū)概況 試驗(yàn)地點(diǎn)選在丁集煤礦西試驗(yàn)地點(diǎn)選在丁集煤礦西11-2運(yùn)輸大巷。運(yùn)輸大巷。11-2煤層為突出煤層煤層為突出煤層 ，平均煤，平均煤厚厚2.49m，煤層瓦斯含量在，煤層瓦斯含量在5.56.5m3/t之間，瓦斯壓力為之間，瓦斯壓力為1.36MPa，煤層透，煤層透氣性系數(shù)為氣性系數(shù)為0.00730.0075 m2/(MPa2d)之間，鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)之間，鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)為為0.4601d-1，屬于較難抽放煤層，屬于較難抽放煤層

26、。 共試驗(yàn)共試驗(yàn)20組（組（102個(gè)鉆孔）。個(gè)鉆孔）。在各組內(nèi)控制鉆孔與壓裂鉆孔見煤點(diǎn)的距在各組內(nèi)控制鉆孔與壓裂鉆孔見煤點(diǎn)的距離不同，其中離不同，其中S1S5組為組為47m，S6S17組為組為713m，S18S20組為組為813m。鉆孔按照不同的傾角施工，直至鉆孔按照不同的傾角施工，直至11-2煤頂板上方煤頂板上方0.5m處。處。 擴(kuò)孔擴(kuò)孔壓力為壓力為1228MPa，出煤量，出煤量0.333.11t，均孔出煤，均孔出煤0.90t，擴(kuò)孔后鉆孔，擴(kuò)孔后鉆孔直徑由直徑由113mm平均增加到平均增加到587mm；平均開裂壓力為；平均開裂壓力為18.53MPa，壓裂半徑在，壓裂半徑在713m之間，之間，

27、平均壓裂半徑為平均壓裂半徑為9.16m。 2014年全國(guó)煤礦安全學(xué)術(shù)年會(huì) 3.3.2 試驗(yàn)鉆孔布置試驗(yàn)鉆孔布置 +S6K23S20K24K25K26K80K81K82K79AA西 一 11-2運(yùn) 輸 大 巷西 一 11-2輔 助 運(yùn) 輸 大 巷+S1S5K1K2K3K4K5K6西 一 11-2回 風(fēng) 大 巷圖3-15 試驗(yàn)鉆孔布置平面圖2014年全國(guó)煤礦安全學(xué)術(shù)年會(huì) 3.3.2 試驗(yàn)鉆孔布置試驗(yàn)鉆孔布置 11-2煤K23西一11-2回風(fēng)大巷西一11-2運(yùn)輸大巷K1 K2西一11-2輔助運(yùn)輸大巷K25圖3-16 試驗(yàn)鉆孔剖面圖2014年全國(guó)煤礦安全學(xué)術(shù)年會(huì) 3.3.3 瓦斯抽采效果考察瓦斯抽采效

28、果考察 實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)組數(shù)組數(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)鉆孔鉆孔考察期考察期/d效果最好鉆孔效果最好鉆孔其它孔其它孔鉆孔編號(hào)鉆孔編號(hào)瓦斯?jié)舛韧咚節(jié)舛?%抽采量抽采量/m3平均抽平均抽采純量采純量/m3增長(zhǎng)增長(zhǎng)比例比例S7K27K3041K2891.3451535712.64S8K31K3430K3292.4242523710.25S10K39K4228K4132.57243362.16S14K55K5844S1460.511487631.51S15K59K6241K5936.811749021.30S16K63K6638K6524.312796322.03S17K67K7038K6752.522066213.55S18K71K7433K726831827224.41S19K75K7833S1956.3281912982.17平均平均19766524.452014年全國(guó)煤礦安全學(xué)術(shù)年會(huì) 3.3.3 瓦斯抽采效果考察瓦斯抽采效果考察 對(duì)完整進(jìn)行增透試驗(yàn)和效果考察的各組鉆孔統(tǒng)計(jì)分析可得，