【摘 要】
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为解决煤层渗透率低、抽采量小、抽采率低这一高瓦斯低透气性煤层的瓦斯抽采难题,本文以龙凤煤矿9#煤层为研究对象,应用理论分析、数值模拟、井下现场试验相结合的方式,对定向长钻孔水力压裂增透技术进行了研究,并在理论指导下完成了现场试验及应用。研究主要技术思路为:分析水力压裂增透机理,构建煤体瓦斯多尺度流动数学模型,对水力压裂增透影响范围进行数值模拟,对定向长距离下行孔钻进工艺研究并施工后,完成定向长钻孔
【基金项目】
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贵州省能源局2020年一事一议项目（高瓦斯低透气性煤层区域精准高效消突关键技术研究与应用）； 黔科合支撑[2019]2887； 黔科合支撑[2018]2789；
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为解决煤层渗透率低、抽采量小、抽采率低这一高瓦斯低透气性煤层的瓦斯抽采难题,本文以龙凤煤矿9#煤层为研究对象,应用理论分析、数值模拟、井下现场试验相结合的方式,对定向长钻孔水力压裂增透技术进行了研究,并在理论指导下完成了现场试验及应用。研究主要技术思路为:分析水力压裂增透机理,构建煤体瓦斯多尺度流动数学模型,对水力压裂增透影响范围进行数值模拟,对定向长距离下行孔钻进工艺研究并施工后,完成定向长钻孔水力压裂增透工程实践,最终利用压裂前后钻孔瓦斯参数变化和电法检测技术,并结合光力科技的抽采评价单元考察水力压裂增透效果。本文主要研究成果如下:（1）分析了水力压裂增透的裂缝扩展过程和影响因素,通过煤体瓦斯多尺度流动数学模型进行水力压裂增透影响范围数值模拟,结果表明:裂隙瓦斯压力随着与钻孔距离的减小,瓦斯压力呈衰减的趋势;随着瓦斯抽采的进行,渗透率及其影响范围逐渐增大,增涨幅度缓慢降低并趋于定值,但最大渗透率始终位于钻孔的周围;抽采40d时,影响半径达到了3m以上。（2）结合龙凤煤矿5922风巷底抽巷及实际地质情况,设计三条孔深分别达300m的定向长距离下行孔及相关施工工艺,并在解决施工工艺中存在的问题后,完成三条定向长距离下行孔钻进工艺的施工,钻孔实际轨迹与设计轨迹基本吻合,钻孔成型较好,达到预期要求,为进行定向长钻孔水力压裂提供基础。（3）用不同的压裂方法,完成三条钻孔的水力压裂。一个月后三个钻孔的瓦斯抽采浓度均在90%以上,9-6号钻孔瓦斯抽采浓度相比压裂前提高了60%,与压裂结束时相比,提高了90%。当负压为20 k Pa时,抽采流量较15 k Pa时提高了20倍左右。纯流量呈缓慢上升趋势,其中9-5号钻孔在纯流量最大时提高了约100 m3,达到了压裂前的4倍左右,有效提高了瓦斯抽采效率。（4）根据微震监测系统分析,压裂主要集中在9-4号孔的两边,影响范围可达30m,阻值增加幅度为100～400Ω·m之间。根据光力科技的抽采评价系统,每日抽采纯流量提高了5倍,达到了0.35m3/min左右,每日抽采纯流量达到了500 m3,预计抽采达标时间为2021年底。
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