穿层钻孔煤层掏穴扩孔强化增透技术研究
掏穴钻孔增透抽采最大化技术
摘要:潘三矿13-1煤层为主采煤层，透气性系数普遍在0.0011～0.0012m2/(MPa2·d)，属较难抽放煤层，为提高对原始煤体的抽采效果，在潘三矿17101(3)运顺及切眼掩护巷试用钻孔掏穴增透技术，采用“两堵一注”封孔工艺，围绕“钻到位、管到底、孔封严、水放通”积极开展抽采四化品牌创建工作，实现了95%以上钻孔单孔高负压(13～30KPa)抽采下高浓度(20%～90%)长时间(90天～410天)连续抽采达标。
关键词:透气性系数抽采效果掏穴两堵一注喷浆1概况潘三矿17101(3)工作面位于东四采区，工作面标高-610～-680m，工作面走向长1302m，煤层原始瓦斯压力3.1Mpa，瓦斯含量9.57m3/t，煤层倾角平均8°，煤层平均厚度4.4m。
该面东段450m及切眼段属于13-1煤突出危险区，采用底板巷穿层钻孔条带预抽区域瓦斯治理措施掩护运输顺槽及切眼煤巷掘进。
2掏穴钻孔增透抽采最大化技术关键2.1顶底板巷道喷浆鉴于钻孔施工巷道围岩裂隙不漏气是孔封严的必要条件，为增强巷道围岩密实性，在钻孔施工前，对17101(3)运顺底板巷全巷道所有围岩裸露段重新进行了喷浆处理，保证了钻孔封严后不产生围岩裂隙漏气。
2.2钻孔掏穴增透掏穴钻孔设计：穿层钻孔按照不大于10*5m布置，共布置54组，共设计633个钻孔，其中542个钻孔采用掏穴钻孔施工，控制到巷道两侧轮廓线外15m范围内的煤体。
掏穴钻孔孔径为￠110mm变￠260mm。
钻孔倾角10°到60°。
孔深为32m到104m。
采用ZDY－3200S型钻机、∮63.5/73mm*1000mm小螺旋肋骨钻杆、∮110mm单翼掏穴钻头扩孔(展开后∮260mm)施工。
掏穴钻孔施工难点在于重新送钻时间较长，钻孔必须成型好，而且保直，钻头侧翼打开前必须确保在煤段。
关键施工工艺：①先使用∮113mm孔径钻头钻进，岩段使用湿式钻进，预计见煤前5m开始采用压风排渣直到过煤结束。
瓦斯抽采穿层钻孔钻扩造穴卸压增透机理研究
㊀第４９卷第５期煤炭科学技术Ｖｏｌ ４９㊀Ｎｏ ５㊀㊀２０２１年５月ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ㊀Ｍａｙ２０２１㊀移动扫码阅读王㊀亮，廖晓雪，褚㊀鹏，等．瓦斯抽采穿层钻孔钻扩造穴卸压增透机理研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０２１，４９（５）：７５－８２．ｄｏｉ：１０ １３１９９／ｊ ｃｎｋｉ ｃｓｔ ２０２１ ０５ ０１０ＷＡＮＧＬｉａｎｇ，ＬＩＡＯＸｉａｏｘｕｅ，ＣＨＵＰｅｎｇ，ｅｔａｌ．Ｓｔｕｄｙｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｆｏｒｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｂｙｃｒｏｓｓ－ｓｅａｍｃａｖｉｔａｔｉｏｎｂｏｒｅｈｏｌｅ［Ｊ］ ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２１，４９（５）：７５－８２．ｄｏｉ：１０ １３１９９／ｊ ｃｎｋｉ ｃｓｔ ２０２１ ０５ ０１０瓦斯抽采穿层钻孔钻扩造穴卸压增透机理研究王㊀亮１，廖晓雪１，褚㊀鹏１，张晓磊２，刘清泉１（１．中国矿业大学安全工程学院，江苏徐州㊀２２１００８；２．常州大学环境与安全工程学院，江苏常州㊀２１３１００）摘㊀要：随着我国煤矿开采逐渐向深部开拓，煤层瓦斯压力增大㊁含量增加，煤层渗透率普遍较低，增加了瓦斯抽采的难度㊂钻孔钻扩造穴卸压增透技术能提高煤层渗透率，是增加瓦斯抽采效率的有效手段㊂为解决寺家庄煤矿１５号煤层渗透率低，瓦斯难抽采的问题，以寺家庄煤矿北翼辅助运输巷１５号煤层抽采钻孔造穴为工程背景，以弹性力学应变软化模型和扩散－渗流煤层瓦斯流动理论模型为基础，建立了穿层钻孔钻扩造穴后煤层渗透率演化方程和穿层钻孔造穴煤层瓦斯流动方程㊂通过ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ多物理场数值模拟软件对方程进行解算，分析了钻孔造穴的增透机理和渗透率分布规律，得到了瓦斯抽采量㊁瓦斯压力分布以及渗透率等关键参数；结合模拟结论与现场条件，确定了钻孔钻扩造穴的最优造穴半径为０．６ｍ，最佳布孔间距为６．０ ７．０ｍ，为现场施工造穴半径和钻孔间距的确定提供了指导㊂最后，在寺家庄煤矿１５号煤层实施普钻钻孔与造穴钻孔，进行了瓦斯抽采效果对比㊂试验结果表明：实施水力钻扩造穴技术后，瓦斯抽采率㊁抽采浓度和抽采纯量相对普钻钻孔分别提高了约２．７㊁２．０㊁５．７倍；瓦斯抽采周期㊁钻孔施工工程量降低了约２倍，提高了瓦斯抽采技术经济效益，应用结果验证模拟结果可靠，抽采设计可行，可以指导现场施工㊂关键词：穿层钻孔；钻扩造穴增透；流固耦合；瓦斯抽采中图分类号：ＴＤ７１２㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：０２５３－２３３６（２０２１）０５－００７５－０８Ｓｔｕｄｙｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｆｏｒｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｂｙｃｒｏｓｓ－ｓｅａｍｃａｖｉｔａｔｉｏｎｂｏｒｅｈｏｌｅＷＡＮＧＬｉａｎｇ１，ＬＩＡＯＸｉａｏｘｕｅ１，ＣＨＵＰｅｎｇ１，ＺＨＡＮＧＸｉａｏｌｅｉ２，ＬＩＵＱｉｎｇｑｕａｎ１（１．ＦａｃｕｌｔｙｏｆＳａｆｅｔｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｕｚｈｏｕ㊀２２１１１６，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌａｎｄＳａｆｅｔｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈａｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ㊀２１３１００，Ｃｈｉｎａ）收稿日期：２０２１－０２－２８；责任编辑：曾康生基金项目：国家自然科学基金面上资助项目（５１９７４３００）；中央高校基本科研业务资助项目（２０２０ＺＤＰＹ０２２４）；江苏省自然科学基金青年基金资助项目（ＢＫ２０１９０９３１）；中国博士后科学基金批面上资助项目（２０１９Ｍ６５２０２３）作者简介：王㊀亮（１９８２ ），男，江苏东海人，教授，博士生导师，博士㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉａｎｇｗ１９８２＠１２６．ｃｏｍ通讯作者：张晓磊（１９８４ ），男，安徽淮北人，讲师，博士㊂Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｉｎｏｚｘｌ＠１６３．ｃｏｍＡｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｇｒａｄｕａｌｌｙｅｘｔｅｎｄｓｔｏｔｈｅｄｅｅｐｌｅｖｅｌ，ｔｈｅｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｃｏｎｔｅｎｔｏｆｃｏａｌｓｅａｍｇａｓｉｎｃｒｅａｓｅ，ａｎｄｔｈｅｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｃｏａｌｓｅａｍｉｓｇｅｎｅｒａｌｌｙｌｏｗ，ｗｈｉｃｈｉｎｃｒｅａｓｅｓｔｈｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙｏｆｇａｓｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ．Ｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｐｒｅｓｓｕｒｅｒｅｌｉｅｆｂｙｃａｖｉｔｙｄｒｉｌｌｉｎｇｉｓａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｃｏａｌｓｅａｍａｎｄｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｇａｓｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ．ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｏｆＮｏ．１５ｃｏａｌｓｅａｍｃａｖｉｔｙｄｒｉｌｌｉｎｇｉｎｔｈｅａｕｘｉｌｉａｒｙｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｒｏａｄｗａｙｏｆｎｏｒｔｈ－ｗｉｎｇｏｆＳｉｊｉａｚｈｕａｎｇＣｏａｌＭｉｎｅ，ａｎｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｅｌａｓｔｉｃｍｅｃｈａｎｉｃｓｓｏｆｔｅｎｉｎｇｍｏｄｅｌａｎｄｄｉｆｆｕｓｉｏｎ－ｓｅｅｐａｇｅｃｏａｌｓｅａｍｇａｓｆｌｏｗｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｍｏｄｅｌ，ｔｈｅａｕｔｈｏｒｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｈｅｅｖｏｌｕｔｉｏｎｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｃｏａｌｓｅａｍｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙａｎｄｔｈｅｇａｓｆｌｏｗｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｃｒｏｓｓ－ｓｅａｍｃａｖｉｔａｔｉｏｎｂｏｒｅｈｏｌｅ．ＵｓｉｎｇＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅｍｏｄｅｌｓｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔ⁃ｅｄ，ａｎｄｔｈｅｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｌａｗａｆｔｅｒｃｒｏｓｓ－ｓｅａｍｃａｖｉｔａｔｉｏｎｂｏｒｅｈｏｌｅｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｇａｓｅｘｔｒａｃｔｉｏｎａｍｏｕｎｔ，ｇａｓｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｗｉｔｈｆｉｅｌｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｃａｖｉｔｙｒａｄｉｕｓｗａｓ０．６ｍ，ａｎｄｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｈｏｌｅｓｐａｃｉｎｇｗａｓ６．０ ７．０ｍ．Ｉｔｐｒｏｖｉｄｅｄａｇｕｉｄａｎｃｅｆｏｒｔｈｅｂｏｒｅｈｏｌｅｒａｄｉｉａｎｄｓｐａｃｉｎｇｉｎｆｉｅｌｄｃｏｎｓｔｒｕｃ⁃ｔｉｏｎ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｄｒｉｌｌｉｎｇａｎｄｃａｖｉｔｙｄｒｉｌｌｉｎｇｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｉｎＮｏ．１５ｃｏａｌｓｅａｍｏｆＳｉｊｉａｚｈｕａｎｇＣｏａｌＭｉｎｅ，ａｎｄｔｈｅｇａｓｅｘｔｒａｃ⁃５７２０２１年第５期煤炭科学技术第４９卷ｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｗａｓｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｒａｔｅ，ｇａｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｎｄｐｕｒｉｔｙｗｅｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙ２．７，２．０ａｎｄ５．７ｔｉｍｅｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｄｒｉｌｌｉｎｇａｆｔｅｒｔｈｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｃａｖｉｔｙｄｒｉｌｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅｐｅｒｉｏｄｏｆｇａｓｄｒａｉｎａｇｅａｎｄｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｄｒｉｌｌｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｗｅｒｅｒｅｄｕｃｅｄａｂｏｕｔ２ｔｉｍｅｓ，ｗｈｉｃｈｉｍｐｒｏｖｅｄｔｈｅｅｃｏｎｏｍｉｃｂｅｎｅｆｉｔｓｏｆｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｕｓ，ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｒｅｌｉａｂｌｅａｎｄｔｈｅｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｄｅｓｉｇｎｉｓｆｅａｓｉｂｌｅ，ｗｈｉｃｈｃａｎｇｕｉｄｅｔｈｅｆｉｅｌｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｒｏｓｓ－ｓｅａｍｄｒｉｌｌｉｎｇ；ｃａｖｉｔｙｄｒｉｌｌｉｎｇ；ｆｌｕｉｄ－ｓｏｌｉｄｃｏｕｐｌｉｎｇ；ｇａｓｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ０㊀引㊀㊀言煤炭是我国的主导能源，２０１９年在我国能源的消费比例约占５７．７％㊂煤层瓦斯作为煤的伴生产物，是储量丰富的优质清洁能源，同时也是威胁煤矿安全生产的主要灾害之一㊂煤与瓦斯突出和瓦斯爆炸事故常造成重大的人员伤亡和经济损失，而瓦斯抽采是消除瓦斯事故㊁保障安全开采的主要方法，同时能够使瓦斯得到充分利用［１］㊂煤层渗透率是决定瓦斯抽采质量和产量的关键因素［２］，然而，由于我国煤层地质条件复杂，煤体渗透率普遍偏低，通常在１ˑ１０－６μｍ２以下，导致瓦斯抽采难度大，抽采效率低［３－４］㊂为提高煤层渗透率，促进瓦斯高效抽采，有学者提出水力压裂㊁水力割缝等技术措施，通过水的高压作用在周围煤体产生人工裂隙，促使煤体内部瓦斯渗流，达到增透的目的［５－７］㊂然而，水力割缝对软煤的持久性差，在地应力大的情况下裂缝容易闭合；水力压裂易导致煤体局部应力集中，影响增透效果，两者对松软构造煤的瓦斯抽采效果较差㊂钻孔钻扩造穴扩大钻孔是近年来广泛应用的增透技术，钻扩造穴是在钻刀切割煤体的过程中，同时打开高压水泵，利用高压水射流动力软化㊁破碎钻孔周围的煤体，再将破碎的煤体冲出钻孔，构建大尺寸孔洞，使周围煤体卸压㊂造穴过程中，钻孔周围煤体应力重新分布，当煤体强度不足以承受重新分布的应力时，煤体就会发生破坏［８－９］㊂研究表明，煤体破坏后，渗透率能增加几十至几千倍［１０－１１］㊂钻孔钻扩造穴技术集钻孔－冲孔为一体，克服了水力压裂㊁水力割缝和传统水力冲孔方法的不足，出煤量大，增透有效［１２］㊂根据瓦斯抽采钻孔形式，钻孔造穴有穿层钻孔和顺层钻孔２种形式，穿层钻孔是从岩石巷道向煤层打钻孔穿透煤层㊂因穿层钻孔在岩石中比顺层钻孔更加稳固，抽采服务时间更久㊂近年来，水力钻扩造穴技术，特别是实施穿层钻孔抽采瓦斯时的钻扩造穴，在国内煤矿得到了广泛应用㊂孙四清等［１３］对松软突出煤层进行穿层钻孔造穴瓦斯抽采后，瓦斯抽采量增加了６．６倍㊂杜昌华等［１４］对大倾角松软厚煤层实施穿层水力扩孔技术后，造穴钻孔瓦斯抽采量和单孔瓦斯体积分数分别增加了２．８和１．４倍，并且扩孔半径越大，煤中残余瓦斯含量越低㊂牟全斌等［１５］对芦岭煤矿Ⅲ１０１３工作面实施了机械造穴穿层钻孔后，单孔瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采纯量相应提高了２．７３ ３．３９倍㊁２．６３ ５．１１倍㊂以上研究表明，实施穿层钻孔造穴卸压增透后，煤层瓦斯抽采效率显著提高㊂为了获得最有效的增透效果，降低施工成本，郝丛猛等［１６］根据不同煤层的特点，采用数值模拟软件对造穴半径㊁布孔间距等参数进行了合理设计，为现场工程提供了指导㊂于宝种［１８］建立了冲孔造穴过程中煤体的渗透率演化模型，模拟了不同造穴半径对煤层渗透率的影响，并在新景煤矿进行了工程验证，试验结果表明冲孔造穴能够减少钻孔工作量，提高瓦斯抽采效率㊂根据现场突出危险性鉴定，寺家庄煤矿１５号煤层为突出煤层㊂受强构造应力影响，该煤层渗透率低，煤质极松软㊂为了防止北翼辅助运输大巷掘进过程发生煤与瓦斯突出，必须预先抽采瓦斯，再掘进施工㊂由于普通钻孔瓦斯抽采应力扰动范围小，抽采效率低，抽采时间长，因此采用水力钻扩造穴技术提高煤层的瓦斯抽采效率㊂作者以弹性力学软化理论和双孔介质瓦斯流动理论为基础建立了造穴钻孔周围煤体渗透率演化模型和瓦斯运移模型，并利用ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ多物理场数值模拟软件对建立的模型进行解算，分析了造穴钻孔周围煤体的渗透率和应力分布规律，对比了不同钻孔半径和钻孔间距下的煤层瓦斯压力㊁瓦斯抽采量，并在寺家庄煤矿１５号煤层对模拟结果进行了现场验证㊂１㊀钻扩造穴卸压增透机理及瓦斯流动模型１．１㊀钻扩造穴卸压增透机理１．１．１㊀钻孔周围煤体应力分布煤体是一种弹塑性材料，当所受应力超过峰值应力后会表现出应变软化特性，采取水力造穴措施可使钻孔周围煤体应力重新分布㊂根据煤岩体力学特性应变软化模型，煤体受力破坏的应力变化过程可分为３个阶段（图１）：弹性阶段㊁软化阶段和残余阶段㊂钻扩造穴施工后，在钻孔周围的煤体相应形成弹性区㊁塑性区和破碎区［１９］㊂６７王㊀亮等：瓦斯抽采穿层钻孔钻扩造穴卸压增透机理研究２０２１年第５期图１㊀煤岩体应变软化模型及钻孔周围煤体应力分布特征Ｆｉｇ．１㊀Ｃｏａｌａｎｄｒｏｃｋｍｅｃｈａｎｉｃｓｍｏｄｅｌａｎｄｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｒｏｕｎｄｂｏｒｅｈｏｌｅ等效塑性剪切应变可以作为描述应变软化过程的软化参数［２０－２１］为γｐ＝２／［３（ε２１，ｐ＋ε２２，ｐ＋ε２３，ｐ）］（１）式中：γｐ为等效塑性剪切应变；ε１，ｐ㊁ε２，ｐ㊁ε３，ｐ为沿３个主应变方向的塑性主应变㊂应变软化过程是在内摩擦角不变的情况下失去黏聚力的过程，黏聚力随着等效塑性剪切应变的增加而呈线性减小，在塑性条件下，全应力应变曲线上的黏聚力可以表示的等效塑性剪切应变分段线性函数［２２］为ｃ＝ｃ０－（ｃ０－ｃｒ）γｐγ∗ｐ㊀（γｐ＜γ∗ｐ）ｃｒ㊀㊀㊀（γｐȡγ∗ｐ）ìîíïïïï（２）式中：ｃ为黏聚力；ｃ０为初始黏聚力；ｃｒ为残余黏聚力；γ∗ｐ为临界塑性剪切应变㊂数值模拟中，通常使用Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ（Ｍ－Ｃ）准则的六边形与Ｄｒｕｃｋｅｒ－Ｐｒａｇｅｒ（Ｄ－Ｐ）失稳准则外接圆进行匹配作为岩石的破坏准则［２３］㊂Ｄ－Ｐ准则考虑了静水压对岩石破坏的影响，认为材料的破坏由偏应力第一不变量和第二不变量共同决定，其表达式为Ｉ２＋αＩ１＝κα＝ｔａｎφ９＋１２ｔａｎ２φκ＝３ｃ９＋１２ｔａｎ２φìîíïïïïïïï（３）式中：Ｉ１㊁Ｉ２为偏应力第一不变量㊁第二不变量，ＭＰａ；α和κ为材料常数；φ为煤的内摩擦角，（ʎ）㊂１ １ ２㊀渗透率模型煤层渗透率是控制煤层瓦斯流动的关键参数，主要受地应力改变引起的煤体裂隙变化影响㊂水力冲孔使煤层应力重新分布，煤体发生变形和破坏，裂隙宽度增大，数量增多，进而煤层渗透率增加㊂煤体所处的应力状态不同，发生的变形不同，因此渗透率随地应力状态的变化遵循不同的函数关系㊂根据前人研究，在弹性阶段（γｐ＝０）㊁塑性软化阶段（０＜γｐ＜γ∗ｐ）㊁残余阶段（γｐȡγ∗ｐ），水力冲孔钻孔周围煤体渗透率与体积应力变化量的关系满足下式［２４－２６］，即ｋ＝ｋ０ｅ－ｃｆ（ΔσＶ）㊀㊀㊀㊀（γｐ＝０）ｋ０（１＋γｐγ∗ｐξ）ｅ－ｃｆ（ΔσＶ）㊀（０＜γｐ＜γ∗ｐ）ｋ０（１＋ξ）ｅ－ｃｆ（ΔσＶ）㊀（γｐȡγ∗ｐ）ìîíïïïïïï（４）式中：ｋ为渗透率，ｍ２；ｋ０为初始渗透率，ｍ２；ｃｆ为裂隙压缩因子，ＭＰａ－１；σＶ为体积应力，ＭＰａ；ξ为渗透率跃变系数㊂１．２㊀瓦斯流动模型１．２．１㊀基质瓦斯扩散煤基质的瓦斯流动遵循质量守恒方程为∂ｍｍ∂ｔ＝－ＱＳ（５）ｍｍ＝ＶＬｐｍｐｍ＋ｐＬＭｇＶＭρＣ＋φｍＭｇｐｍＲＴＱＳ＝ＭｇτＲＴ（ｐｍ－ｐｆ）ìîíïïïïï（６）式中：ｍｍ为单位体积煤基质中的瓦斯质量，ｋｇ／ｍ３；ＱＳ为单位体积煤基质同裂隙系统的质量交换率，ｋｇ／（ｍ３㊃ｓ）；ＶＬ为朗格缪尔体积，ｍ３／ｋｇ；ｐｍ为孔隙瓦斯压力，ＭＰａ；ｐＬ为朗格缪尔压力，ＭＰａ；Ｍｇ为甲烷的摩尔质量，ｋｇ／ｍｏｌ；ρＣ为煤体视密度，ｋｇ／ｍ３；ＶＭ为气体摩尔体积，０．０２２４ｍ３／ｍｏｌ；φｍ为煤基质孔隙率，％；Ｒ为理想气体常数，Ｊ／（ｍｏｌ㊃Ｋ）；Ｔ为煤层温度，Ｋ；τ为吸附时间，等于煤体中６３．２％的瓦斯解吸出来的时间，ｄ；ｐｆ为裂隙瓦斯压力，ＭＰａ㊂将式（６）代入质量守恒式（５），得基质瓦斯流动方程，即∂ｐｍ∂ｔ＝－ＶＭ（ｐｍ－ｐｆ）（ｐＬ＋ｐｍ）２τＲＴＶＬｐＬρＣ＋τφｍＶＭ（ｐＬ＋ｐｍ）２（７）１ ２ ２㊀裂隙瓦斯渗流裂隙中瓦斯流动满足质量守恒方程为∂ｍｆ∂ｔ＝－Ñρｆ㊃ｖｆ()＋ＱＳ（８）ｍｆ＝φｆＭｇｐｆＲＴｖｆ＝－ｋμÑｐｆìîíïïïï（９）７７２０２１年第５期煤炭科学技术第４９卷式中：ｍｆ为单位体积煤体裂隙瓦斯质量，ｋｇ；φｆ为煤体裂隙率，％；ρｆ为裂隙瓦斯密度，ｋｇ／ｍ３；ｖｆ为煤体裂隙瓦斯流动速度，ｍ／ｓ；ｋ为渗透率，ｍ２；μ为甲烷动力黏度，Ｐａ㊃ｓ㊂将方程（９）代入质量守恒式（８），得裂隙瓦斯流动的方程为φｆ∂ｐｆ∂ｔ＝Ñ（ｋμｐｆÑｐｆ）＋１τ（ｐｍ－ｐｆ）（１０）２㊀模拟与结果以上建立了可用于数值模拟的钻扩造穴后煤层渗透率演化和瓦斯流动方程㊂笔者采用ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ数值模拟软件对以上方程进行了计算求解，数值模拟中选用了ＣＯＭＳＯＬ软件中的３个模块：钻孔开挖选择固体力学模块，基质瓦斯扩散选择ＰＤＥ模块，裂隙瓦斯渗流选择达西定律模块㊂２．１㊀模型描述和输入参数根据山西阳煤寺家庄煤矿北翼辅助运输大巷底板预抽巷道现场穿层水力冲孔情况，本次模拟的几何模型及边界条件如图２所示㊂为消除边界的影响，建立了４０ｍˑ４０ｍ的矩形区域，远大于钻孔的增透区㊂二维模型是真实三维煤层的简化，２Ｄ模型不会影响计算的精度，并且利于显示应力和瓦斯压力分布［２７－２８］㊂对于固体变形模型，模型的左边和上边为恒定应力条件，代表煤层的水平地应力，右边和下边为滚轴边界㊂对于瓦斯抽采模型，钻孔内为恒定压力边界，四周为无流动边界条件㊂图２㊀几何模型和边界条件Ｆｉｇ．２㊀Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅｌａｎｄｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ㊀㊀所有参数均通过实验室试验获得或现场测量得到㊂模拟中所用参数如下：煤层泊松比ｖｃ０．３煤层弹性模量Ｅ／ＭＰａ１０００初始水平应力σｈ／ＭＰａ１０原始瓦斯压力ｐ０／ＭＰａ２．０煤层初始黏聚力ｃ０／ＭＰａ０．６煤层残余黏聚力ｃｒ／ＭＰａ０．５煤体视密度ρｃ／（ｇ㊃ｃｍ－３）１．３煤层内摩擦角φ／（ʎ）３０煤层软化参数的临界值γ∗ｐ／１０－２０．０１原始渗透率ｋ０／ｍ２５ˑ１０－１８渗透率突变系数ξ２５裂隙压缩因子ｃｆ／ＭＰａ０．１０煤体裂隙率φｆ０．０１２基质孔隙率φｍ０．０６５ＣＨ４朗格缪尔体积ＶＬ／（ｍ３㊃ｔ－１）４８．１６ＣＨ４朗格缪尔压力ｐＬ／ＭＰａ１．３５ＣＨ４摩尔质量Ｍｇ／（ｇ㊃ｍｏｌ－１）１６气体摩尔体积ＶＭ／（Ｌ㊃ｍｏｌ－１）２２．４ＣＨ４动力黏度μ／（Ｐａ㊃ｓ）１．０８ˑ１０－５气体常数Ｒ／（Ｊ㊃ｍｏｌ－１㊃Ｋ－１）８．３１４吸附时间τ／ｄ０．５２煤层温度Ｔ／Ｋ２９３２．２㊀造穴半径对增透效果的影响以造穴半径０．６ｍ为例，分析钻孔周围煤体的应力㊁等效塑性应变分布㊂钻孔施工后，钻孔周围煤的径向应力㊁切向应力㊁体积应力和等效塑性剪切应变γｐ如图３所示㊂根据平面应变假设，σ２为常数，体积应力为σ１和σ３之和㊂由图３可知，钻孔周围的γｐ≫０，体积应力很小㊂随着距钻孔的距离增加，等效塑性应变急剧下降，体积应力增加㊂γｐ＞０时，煤体处于应变软化阶段；γｐ＝０．０１％时，煤体处于残余阶段，发生塑性破坏㊂因此，钻孔周围塑性破坏区为０．９６ｍ，软化区的范围为０．２９ｍ，增透区的厚度为１．２５ｍ，即等效增透半径为１．８５ｍ㊂当距钻孔中心图３㊀造穴钻孔周围应力和等效塑性应变分布Ｆｉｇ．３㊀Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｓｔｒｅｓｓａｎｄｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｐｌａｓｔｉｃｓｔｒａｉｎａｒｏｕｎｄａｂｏｒｅｈｏｌｅ８７王㊀亮等：瓦斯抽采穿层钻孔钻扩造穴卸压增透机理研究２０２１年第５期距离超过１．８５ｍ时，γｐ＝０，体积应力为原始值，煤体处于弹性阶段㊂为研究造穴半径对煤体渗透率分布的影响，确定合理的造穴半径，分别对造穴半径为０．４㊁０．５㊁０．６㊁０．７和０．８ｍ情况下钻孔周围煤体的渗透率演化特征和瓦斯压力进行了对比分析㊂如图４ａ所示，实施水力造穴后，钻孔周围煤体渗透率得到提高，且距钻孔越近，煤层渗透率越大，不同造穴半径下煤层渗透率的最大值均为原始渗透率的１２５０倍㊂随着距离远离钻孔，煤体渗透率与原始煤层渗透率比（ｋ／ｋ０）逐渐减小，最终趋近于１，即煤体渗透率等于原始煤层渗透率㊂随着造穴半径的增大，煤层增透范围增大，表明造穴半径越大，钻孔增透半径越大㊂如图４ｂ所示，钻孔增透半径随造穴孔半径呈线性增加，增透半径约为造穴半径的３．０９倍，说明瓦斯抽采影响半径随着造穴半径的增加而增大㊂同时，图４ｃ显示了不同造穴半径抽采１０ｄ后的煤层瓦斯压力，随着造穴半径增加，煤体瓦斯压力减小，且随着距离钻孔中心距离的增加瓦斯压力逐渐增大，最终趋近于恒定值（煤层原始瓦斯压力２ＭＰａ），表明通过水力钻扩造穴技术增加钻孔的半径可以对钻孔周围较大范围内的煤体进行卸压增透㊂图４㊀不同造穴半径钻孔周围渗透率㊁增透半径及瓦斯压力分布Ｆｉｇ．４㊀Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ，ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｉｎｃｒｅａｓｅｍｅｎｔｚｏｎｅａｎｄｇａｓｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｒｏｕｎｄｂｏｒｅｈｏｌｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃａｖｉｔａｔｉｏｎｒａｄｉｉ㊀㊀由图４可知，造穴半径越大，增透范围越大，越利于瓦斯抽采，但这并不表明现场工程实施时造穴半径越大越好，一方面造穴半径过大会造成单个钻孔的成本增加，另一方面造穴半径受技术和钻机的条件限制㊂由于现场施工过程中，机械钻杆刀臂的最大半径为０．６ｍ，因此，结合现场条件，施工造穴半径采用０．６ｍ㊂２．３㊀钻孔间距对瓦斯抽采的影响井下煤层瓦斯抽采极其复杂，１个区域内有大量的抽采钻孔，因此钻孔间距是影响瓦斯抽采的１个重要因素㊂对于同１个抽采区域，钻孔间距越小，钻孔数量越多，同时抽采效率越高㊂但是钻孔数量的增加意味着成本的增加，因此，确定合理的钻孔间距是非常重要的㊂当钻孔半径为０．６０ｍ时，单个钻孔的增透半径为１．８５ｍ㊂为了使煤层的增透效果最优化，钻孔间距应为３．７０ｍ㊂然而，由于多孔抽采孔间互扰的影响，钻孔间距过小会降低每个钻孔的抽采效率㊂因此，为确定合理的钻孔间距，模拟了钻孔间距为３ １０ｍ共８种工况下的瓦斯抽采情况㊂不同钻孔间距下抽采１０ｄ后煤层瓦斯压力云图如图５ａ所示，煤层中间监测线瓦斯压力分布如图５ｂ所示㊂根据图５可以看出，钻孔间距为３ｍ时，４个钻孔间煤层瓦斯压力最低，随着钻孔间距的增大，瓦斯图５㊀不同钻孔间距的煤层瓦斯压力分布Ｆｉｇ．５㊀Ｃｏａｌｓｅａｍｇａｓｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｏｒｅｈｏｌｅｓｐａｃｉｎｇ压力逐渐增加㊂以消除煤层突出危险性的瓦斯压力界限０．７４ＭＰａ为界，钻孔间距小于７ｍ均符合要求㊂不同钻孔间距下１０ｄ内的抽采瓦斯累积量（图６）㊂相同时间内，瓦斯抽采总量随着钻孔间距的增９７２０２１年第５期煤炭科学技术第４９卷加而增加，但增加量逐渐减小㊂钻孔间距为３㊁４㊁５和６ｍ时，１０ｄ内瓦斯抽采总量分别为２８９５．２８㊁３５３４．４７㊁４０９１．７５和４５０３．４４ｍ３，相比于前一种工况分别增加２２．０７％㊁１５．７７％和１０．０６％㊂钻孔间距为７㊁８㊁９和１０ｍ时，１０ｄ内瓦斯抽采总量分别为４７８２．１３㊁４９４８．１５㊁５０３９．９８和５０７９．９８ｍ３，相比于前一种工况分别增加６．１９％㊁３．４７％㊁１．８６％和０．７９％㊂因此，为减少钻孔之间互相干扰的影响，若以增长率１０％为标准，合理的钻孔间距为６ｍ；若以增长率５％为标准，合理的钻孔间距为７ｍ㊂图６㊀不同钻孔间距的瓦斯抽采量Ｆｉｇ．６㊀Ｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｖｏｌｕｍｅｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｂｏｒｅｈｏｌｅｓｐａｃｉｎｇ３ 现场应用试验考察地点位于阳泉矿区寺家庄煤矿１５号煤层北翼辅助运输大巷㊂在巷道的掘进过程中，由于煤层的起伏，需要进行石门揭煤㊂揭煤区域全长２２０ｍ，平均煤厚５．４７ｍ，煤层原始瓦斯含量为８．２１ １０．３８ｍ３／ｔ，煤层具有突出危险性㊂在大巷掘进前，沿着巷道方向分别布置普钻区和造穴区，以穿层钻孔的方式进行瓦斯抽采㊂普通钻孔区域长度为６５ｍ，钻孔间排距为５ｍ，布置１ １４共１４排瓦斯抽采钻孔，每排含９个瓦斯抽采钻孔，巷道两侧钻孔布置范围分别为２０和１５ｍ㊂在普钻区之后，布置造穴钻孔区，钻孔区域长度为５０ｍ，巷道两侧钻孔布置范围不变㊂造穴区布置１５ ２５共１１排钻孔，钻孔排间距为５ｍ㊂在奇数排（１５㊁１７㊁１９㊁２１㊁２３㊁２５排）施工１㊁３㊁５㊁７㊁９号钻孔并进行水力钻扩造穴，在偶数排（１６㊁１８㊁２０㊁２２㊁２４排）施工２㊁４㊁６㊁８号钻孔并进行水力钻扩造穴㊂图７为普钻钻孔与造穴钻孔布置平面图和剖面图㊂造穴钻孔施工过程中，钻杆通过穿层钻孔的方式深入到巷道周围煤体内，同时打开高压水射流泵，高压水射流从钻冲两用钻头上的造穴喷嘴喷出，形成造穴孔洞，并在钻穴孔段中往复钻进－回退钻杆，通过水流的作用将破碎煤冲出孔洞㊂当孔洞出煤停止，冲出的水流变清时，停止造穴，从而实现煤体的高效卸压增透㊂巷道造穴区施工过程中造穴水压为１６ ２０ＭＰａ，平均水压约１８ＭＰａ；单穴造穴时间和出煤量分别为７０ ２９０ｍｉｎ㊁５ １９ｔ；根据出煤量㊁煤层厚度和煤的密度计算出实际单穴造穴半径平均值为０．６５ｍ㊂然而，第２．２节确定的最优单穴造穴半径为０．６０ｍ，这是由于现场施工过程中采用机械和水力联合造穴，机械钻杆刀臂的最大半径为０．６０ｍ，而高压水射流增大了造穴半径，因此实际造穴半径均大于设计的０．６０ｍ㊂图７㊀普钻钻孔与造穴钻孔布置平剖面示意Ｆｉｇ．７㊀Ｌａｙｏｕｔｏｆｇｅｎｅｒａｌｂｏｒｅｈｏｌｅｓａｎｄｃａｖｉｔａｔｉｏｎｂｏｒｅｈｏｌｅｓ０８王㊀亮等：瓦斯抽采穿层钻孔钻扩造穴卸压增透机理研究２０２１年第５期在寺家庄矿１５号煤层不同区域的瓦斯抽采过程中，对普钻区和造穴区的瓦斯抽采数据进行了计量，普钻区瓦斯抽采时间约６个月，造穴区瓦斯抽采时间约２个月㊂图８记录了瓦斯抽采措施实施６０ｄ以来，普钻区和造穴区的瓦斯抽采纯量和抽采浓度的情况㊂图８ａ表明，抽采过程中，普钻区瓦斯抽采纯量为０．１０ ０．２５ｍ３／ｍｉｎ，而造穴区瓦斯抽采纯量为０．７５ １．２６ｍ３／ｍｉｎ，明显高于普钻区，且修正后造穴区的平均瓦斯抽采纯量约为普钻区的５．７倍㊂图８ｂ表明，普钻区瓦斯抽采体积分数为１１％ ３８％，平均瓦斯抽采体积分数约２５％；而造穴区瓦斯抽采体积分数为２６％ ５８％，平均瓦斯抽采体积分数可达５０％，相对普钻区提高了２倍左右㊂图８㊀普钻区和造穴区瓦斯抽采纯量和瓦斯抽采浓度对比Ｆｉｇ．８㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｐｕｒｉｔｙａｎｄｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｇａｓｄｒａｉｎｇａｇｅｉｎｇｅｎｅｒａｌｂｏｒｅｈｏｌｅｓａｎｄｃａｖｉｔａｔｉｏｎｈｏｌｅｓ北翼辅运底抽巷普通穿层钻孔和水力钻扩造穴钻孔瓦斯抽采技术的经济效益情况如图９所示㊂对普钻区进行６个月的瓦斯抽采后，共抽采瓦斯４４８００ｍ３；而对造穴区进行２个月的瓦斯抽采后，共抽采瓦斯８３６００ｍ３，瓦斯抽采总量约提高了２．２倍；瓦斯抽采率由原来的２０．９％提高到目前的５６．４％，提高了约２．７倍；瓦斯抽采纯量由原来的０．１５ｍ３／ｍｉｎ提高到目前的０．８５ｍ３／ｍｉｎ，提高了约５．７倍㊂采用新技术之后，瓦斯抽采周期由原来的１８０ｄ降低为目前的６０ｄ（含钻孔施工过程中的瓦斯抽采）；钻孔施工工程量由原来的３．１ｋｍ（煤中进尺１５３９ｍ）降低为目前的约１．０６ｋｍ（煤层中进尺４７７ｍ）；５０ｍ长度区域的钻孔数量由原来的９９个减少为目前的５０个㊂以上结果均表明，实施水力钻扩造穴技术后，瓦斯抽采经济效益显著提高㊂图９㊀瓦斯抽采技术经济效益对比分析Ｆｉｇ．９㊀Ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｅｃｏｎｏｍｉｃｂｅｎｅｆｉｔｓｏｆｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ４㊀结㊀㊀论１）以弹性力学应变软化模型为基础建立了钻孔钻扩造穴后煤层的渗透率演化方程，分析了钻孔造穴的增透机理，并以扩散－渗流煤层瓦斯流动理论模型为基础建立了穿层钻孔造穴煤层瓦斯流动方程㊂２）利用ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ多物理场数值模拟软件求解了寺家庄煤矿北翼辅助运输大巷底板预抽巷道对１５号煤层进行钻扩造穴情况，分析了造穴钻孔周围煤层渗透率分布和瓦斯抽采情况，并得出了合理的造穴半径０．６ｍ，钻孔间距６．０ ７．０ｍ㊂３）经现场工程试验１５号煤层的瓦斯抽采过程，实施水力钻扩造穴技术后，瓦斯抽采率㊁抽采浓度和抽采纯量分别提高了约２．７㊁２．０㊁５．７倍；普钻区经６个月的瓦斯抽采后，共抽采瓦斯４４８００ｍ３；造穴区经２个月的瓦斯抽采后，共抽采瓦斯８３６００ｍ３，瓦斯抽采总量约提高了２．２倍，施工工程量和瓦斯抽采周期降低了约２倍㊂参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］㊀ＡＧＵＡＤＯＭＢＤ，ＮＩＣＩＥＺＡＣＧ．Ｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｏｆｇａｓｏｕｔｂｕｒｓｔｓｉｎｃｏａｌｍｉｎｅｓ，Ｒｉｏｓａ－ＯｌｌｏｎｉｅｇｏＣｏａｌｆｉｅｌｄ，Ｓｐａｉｎ［Ｊ］．Ｉｎ⁃ｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏａｌＧｅｏｌｏｇｙ，２００７，６９（４）：２５３－２６６．［２］㊀ＰＡＮＺＪ，ＣＯＮＮＥＬＬＬＤ．Ｍｏｄｅｌｌｉｎｇｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｆｏｒｃｏａｌｒｅｓｅｒ⁃ｖｏｉｒｓ：ａｒｅｖｉｅｗｏｆａｎａｌｙｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｓａｎｄｔｅｓｔｉｎｇｄａｔａ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａ⁃ｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏａｌＧｅｏｌｏｇｙ，２０１２，９２：１－４４．［３］㊀ＮＩＧｕａｎｈｕａ，ＤＯＮＧＫａｉ，ＬＩＳｈａｎｇ，ｅｔａｌ．Ｇａｓｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒ⁃ｉｓｔｉｃｓｅｆｆｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅｐｕｌｓａｔｉｎｇｈｙｄｒａｕｌｉｃｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｉｎｃｏａｌ［Ｊ］．Ｆｕ⁃ｅｌ，２０１９，２３６（３）：１９０－２００．［４］㊀ＬＵＹｉｙｕ，ＬＩＵＹｏｎｇ，ＬＩＸｉａｏｈｏｎｇ，ｅｔａｌ．Ａｎｅｗｍｅｔｈｏｄｏｆｄｒｉｌｌｉｎｇｌｏｎｇ１８２０２１年第５期煤炭科学技术第４９卷ｂｏｒｅｈｏｌｅｓｉｎｌｏｗｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｃｏａｌｂｙｉｍｐｒｏｖｉｎｇｉｔｓｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏａｌＧｅｏｌｏｇｙ，２０１０，８４（２）：９４－１０２．［５］㊀王永革，令狐建设．地面井水力压裂增透技术在立井快速揭煤中的应用［Ｊ］．矿业安全与环保，２０２０，４７（５）：７７－８０．ＷＡＮＧＹｏｎｇｇｅ，ＬＩＮＧＨＵＪｉａｎｓｈｅ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｅｎｈａｎｃｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｏｆｇｒｏｕｎｄｗｅｌｌｉｎｑｕｉｃｋｃｏａｌ［Ｊ］．ＭｉｎｉｎｇＳａｆｅｔｙ＆ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，２０２０，４７（５）：７７－８０．［６］㊀曹建军．超高压水力割缝卸压抽采区域防突技术应用研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０２０，４８（６）：８８－９４．ＣＡＯＪｉａｎｊｕｎ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｒｅｇｉｏｎａｌｏｕｔｂｕｒｓｔｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｕｌｔｒａ－ｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｌｏｔｐｒｅｓｓｕｒｅｉｎｒｅｌｉｅｆｄｒａｉｎａｇｅａｒｅａ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２０，４８（６）：８８－９４．［７］㊀邓㊀强．水力压裂消突技术在低透气性煤层瓦斯治理的应用［Ｊ］．煤矿安全，２０２１，５２（１）：９８－１０２．ＤＥＮＧＱｉａｎｇ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆａｎｔｉ－ｏｕｔｂｕｒｓｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｆｒａｃｔｕｒｉｎｇｉｎｇａｓｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｌｏｗｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｃｏａｌｓｅａｍ［Ｊ］．ＳａｆｅｔｙｉｎＣｏａｌＭｉｎｅｓ，２０２１，５２（１）：９８－１０２．［８］㊀刘明举，崔㊀凯，刘彦伟，等．深部低透气性煤层水力冲孔措施防突机理分析［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１２，４０（２）：４５－４８．ＬＩＵＭｉｎｇｊｕ，ＣＵＩＫａｉ，ＬＩＵＹａｎｗｅｉ，ｅｔａｌ．Ａｎａｌｙｓｉｓｏｎｏｕｔｂｕｒｓｔｐｒｅ⁃ｖｅｎｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｂｏｒｅｈｏｌｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｆｌｕｓｈｉｎｇｍｅａｓｕｒｅｓｆｏｒｄｅｅｐａｎｄｌｏｗｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｓｅａｍ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１２，４０（２）：４５－４８．［９］㊀王㊀峰，陶云奇，刘㊀东．水力冲孔卸压范围及瓦斯抽采规律研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１７，４５（１０）：９６－１００．ＷＡＮＧＦｅｎｇ，ＴＡＯＹｕｎｑｉ，ＬＩＵＤｏｎｇ．Ｓｔｕｄｙｏｎｐｒｅｓｓｕｒｅｒｅｌｅａｓｅｄｓｃｏｐｅｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｆｌｕｓｈｉｎｇａｎｄｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｌａｗ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１７，４５（１０）：９６－１００．［１０］㊀ＹＩＮＧｕａｎｇｚｈｉ，ＪＩＡＮＧＣｈａｎｇｂａｏ，ＷＡＮＧＪｉａｎｇｕｏ，ｅｔａｌ．ＣｏｍｂｉｎｅｄＥｆｆｅｃｔｏｆＳｔｒｅｓｓ，Ｐｏｒｅｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｏｎｍｅｔｈａｎｅｐｅｒｍｅ⁃ａｂｉｌｉｔｙｉｎａｎｔｈｒａｃｉｔｅｃｏａｌ：ａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙ［Ｊ］．ＴｒａｎｓｐｏｒｔｉｎＰｏｒｏｕｓＭｅｄｉａ，２０１３，１００（１）：１－１６．［１１］㊀ＷＡＮＧＳｈｕｇａｎｇ，ＥＬＳＷＯＲＴＨＤ，ＬＩＵＪｉｓｈａｎ．Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｅｖｏｌｕｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｉｎｔａｃｔｃｏａｌａｎｄｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｆｏｒｉｎ⁃ｓｔａｂｉｌｉｔｙｉｎｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｃｏａｌｓｅａｍｓ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＭｉｎｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅｓ，２０１３，５８：３４－４５．［１２］㊀刘㊀东，刘㊀文．水力冲孔压裂卸压增透抽采瓦斯技术研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１９，４７（３）：１３６－１４１．ＬＩＵＤｏｎｇ，ＬＩＵＷｅｎ．Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｇａｓｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ：ｈｙ⁃ｄｒａｕｌｉｃｓｔａｍｐｉｎｇａｎｄｈｙｄｒｏｆｒａｃｔｕｒｅｔｏｐｒｅｓｓｕｒｅｒｅｌｉｅｆａｎｄｐｅｒｍｅａ⁃ｂｉｌｉｔｙｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１９，４７（３）：１３６－１４１．［１３］㊀孙四清，张㊀俭，安鸿涛．松软突出煤层穿层洞穴完井钻孔瓦斯抽采实践［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１２，４０（２）：４９－５１，５５．ＳＵＮＳｉｑｉｎｇ，ＺＨＡＮＧＪｉａｎ，ＡＮＨｏｎｇｔａｏ．Ｐｒａｃｔｉｃｅｓｏｎｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｗｉｔｈｃａｖｉｔｙｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎｂｏｒｅｈｏｌｅｐａｓｓｉｎｇｔｈｒｏｕｇｈｓｏｆｔａｎｄｏｕｔｂｕｒｓｔｓｅａｍ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１２，４０（２）：４９－５１，５５．［１４］㊀杜昌华，冯仁俊．低透松软破碎厚煤层水力扩孔增透技术研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１９，４７（４）：１５２－１５６．ＤＵＣｈａｎｇｈｕａ，ＦＥＮＧＲｅｎｊｕｎ．Ｓｔｕｄｙｏｎｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｒｅａｍｉｎｇｔｅｃｈ⁃ｎｏｌｏｇｙｉｎｌｏｗｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙａｎｄｓｏｆｔｆｒｉａｂｌｅｔｈｉｃｋｃｏａｌｓｅａｍ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１９，４７（４）：１５２－１５６．［１５］㊀牟全斌，赵继展．基于机械造穴的钻孔瓦斯强化抽采技术研究［Ｊ］．煤炭科学技术，２０１５，４３（５）：５８－６１，８６．ＭＯＵＱｕａｎｂｉｎ，ＺＨＡＯＪｉｚｈａｎ．Ｓｔｕｄｙｏｎｅｎｈａｎｃｅｄｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｂｏｒｅｈｏｌｅｇａｓｂａｓｅｄｏｎｍｅｃｈａｎｉｃａｌｂｏｒｅｈｏｌｅｒｅａｍｉｎｇ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１５，４３（５）：５８－６１，８６．［１６］㊀郝从猛，刘洪永，程远平．穿层水力造穴钻孔瓦斯抽采效果数值模拟研究［Ｊ］．煤矿安全，２０１７，４８（５）：１－４．ＨＡＯＣｏｎｇｍｅｎｇ，ＬＩＵＨｏｎｇｙｏｎｇ，ＣＨＥＮＧＹｕａｎｐｉｎｇ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｔｕｄｙｏｎｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｅｆｆｅｃｔｂｙｔｈｒｏｕｇｈ－ｂｅｄｓｈｙｄｒａｕｌｉｃｆｌｕｓｈｉｎｇｈｏｌｅ［Ｊ］．ＳａｆｅｔｙｉｎＣｏａｌＭｉｎｅｓ，２０１７，４８（５）：１－４．［１７］㊀赵继展．井下瓦斯抽采钻孔机械造穴技术研究［Ｊ］．矿业安全与环保，２０１５，４２（６）：６６－６８，７２．ＺＨＡＯＪｉｚｈａｎ．Ｓｔｕｄｙｏｆｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃａｖｉｔｙ－ｆｏｒｍｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｇａｓｄｒａｉｎａｇｅｈｏｌｅｄｒｉｌｌｉｎｇ［Ｊ］．ＭｉｎｉｎｇＳａｆｅｔｙ＆Ｅｎ⁃ｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，２０１５，４２（６）：６６－６８，７２．［１８］㊀于宝种．松软低透煤层高压射流造穴强化抽采技术研究［Ｊ］．矿业安全与环保，２０１９，４６（６）：４２－４６，５２．ＹＵＢａｏｚｈｏｎｇ．Ｅｎｈａｎｃｅｄｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｈｉｇｈｐｒｅｓｓｕｒｅｊｅｔｉｎｓｏｆｔａｎｄｌｏｗｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｃｏａｌｓｅａｍ［Ｊ］．ＭｉｎｉｎｇＳａｆｅｔｙ＆Ｅｎｖｉ⁃ｒｏｎｍｅｎｔａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，２０１９，４６（６）：４２－４６，５２．［１９］㊀张㊀浩．构造煤层掘进工作面区域性顺层水力造穴强化瓦斯抽采机理与工程应用［Ｄ］．徐州：中国矿业大学，２０２０．［２０］㊀ＡＬＯＮＳＯＥ，ＡＬＥＪＡＮＯＬＲ，ＶＡＲＡＳＦ，ｅｔａｌ．Ｇｒｏｕｎｄｒｅｓｐｏｎｓｅｃｕｒｖｅｓｆｏｒｒｏｃｋｍａｓｓｅｓｅｘｈｉｂｉｔｉｎｇｓｔｒａｉｎ－ｓｏｆｔｅｎｉｎｇｂｅｈａｖｉｏｕｒ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｆｏｒＮｕｍｅｒｉｃａｌａｎｄＡｎａｌｙｔｉｃａｌＭｅｔｈｏｄｓｉｎＧｅ⁃ｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ，２００３，２７（１３）：１１５３－１１８５．［２１］㊀ＨＡＪＩＡＢＤＯＬＭＡＪＩＤＶ，ＫＡＩＳＥＲＰ．Ｂｒｉｔｔｌｅｎｅｓｓｏｆｒｏｃｋａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙａｓｓｅｓｓｍｅｎｔｉｎｈａｒｄｒｏｃｋｔｕｎｎｅｌｉｎｇ［Ｊ］．Ｔｕｎｎｅｌｌｉｎｇ＆ＵｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄＳｐａｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｎｇＴｒｅｎｃｈｌｅｓｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈ，２００３，１８（１）：３５－４８．［２２］㊀ＬＥＥＹＫ，ＰＩＥＴＲＵＳＺＣＺＡＫＳ．Ａｎｅｗｎｕｍｅｒｉｃａｌｐｒｏｃｅｄｕｒｅｆｏｒｅｌａｓｔｏ－ｐｌａｓｔｉｃａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｃｉｒｃｕｌａｒｏｐｅｎｉｎｇｅｘｃａｖａｔｅｄｉｎａｓｔｒａｉｎ－ｓｏｆｔｅｎｉｎｇｒｏｃｋｍａｓｓ［Ｊ］．Ｔｕｎｎｅｌｌｉｎｇ＆ＵｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄＳｐａｃｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００８，２３（５）：５８８－５９９．［２３］㊀ＬＡＢＵＺＪＦ，ＺＡＮＧＡ．Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂｆａｉｌｕｒｅｃｒｉｔｅｒｉｏｎ［Ｊ］．ＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓ＆ＲｏｃｋＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１２，４５（６）：９７５－９７９．［２４］㊀ＳＯＭＥＲＴＯＮＷＨ，ＳＯＹＬＥＭＥＺＯＧＬＵＩＭ，ＤＵＤＬＥＹＲＣ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｓｔｒｅｓｓｏｎｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｃｏａｌ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＲｏｃｋＭｅｃｈａｎｉｃｓ＆ＭｉｎｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅｓ＆ＧｅｏｍｅｃｈａｎｉｃｓＡｂｓｔｒａｃｔｓ，１９７５，１２：１２９－１４５．［２５］㊀ＷＡＮＧＪＡ，ＰＡＲＫＨＤ．Ｆｌｕｉｄｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙｒｏｃｋｓｉｎａｃｏｍｐｌｅｔｅｓｔｒｅｓｓ－ｓｔｒａｉｎｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｅｏｌｏｇｙ，２００２，６３（３／４）：２９１－３００．［２６］㊀ＡＮＦｅｎｇｈｕａ，ＣＨＥＮＧＹｕａｎｐｉｎｇ，ＷＡＮＧＬｉａｎｇ，ｅｔａｌ．Ａｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｆｏｒｏｕｔｂｕｒｓｔｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆａｄｓｏｒｂｅｄｇａｓｏｎｃｏａｌｄｅ⁃ｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ＆Ｇｅｏｔｅｃｈ⁃ｎｉｃｓ，２０１３，５４（１０）：２２２－２３１．［２７］㊀ＰＥＲＥＲＡＭＳＡ，ＲＡＮＪＩＴＨＰＧ，ＣＨＯＩＳＫ，ｅｔａｌ．Ａｐａｒａｍｅｔｒｉｃｓｔｕｄｙｏｆｃｏａｌｍａｓｓａｎｄｃａｐｒｏｃｋｂｅｈａｖｉｏｕｒａｎｄｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅｆｌｏｗｄｕｒｉｎｇａｎｄａｆｔｅｒｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅｉｎｊｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｆｕｅｌ，２０１３，１０６（２）：１２９－１３８．［２８］㊀ＹＥＺｈｉｈｕｉ，ＣＨＥＮＤｏｎｇ，ＷＡＮＧＪＧ．Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｎｏｎ－Ｄａｒｃｙｅｆｆｅｃｔｉｎｃｏａｌｂｅｄｍｅｔｈａｎｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｆｕｅｌ，２０１４，１２１（２）：１－１０．２８。
底抽巷穿层钻孔施工新技术研究及应用
底抽巷穿层钻孔施工新技术研究及应用摘要：抽采钻孔是治理瓦斯的关键因素之一，如何确保施工质量一直是困扰着煤矿技术人员的问题。
文章结合现场实际，提出了一整套穿层钻孔施工新技术。
关键词：钻孔施工；技术；理念；系统；应用近年来随着煤矿从业人员逐年递减，瓦斯治理的任务和工作量在不断增加，为从根本上解决安全、生产之间的矛盾，落实煤业公司提出加大创新力度、提高生产效率的目标。
某矿在1124（3）底抽巷穿层钻孔施工过程中采取了理念创新、管理创新、方法创新和技术创新等综合手段，制定了4部履带钻机集中施工、中远程距离注浆等施工工艺，实现了钻孔施工统筹协调、集中高效，圆满完成了1124（3）运顺突出危险区的掩护工作。
1 集中作业、高效施工保障体系1.1 树立“钻孔质量零容忍”理念以钻孔质量为瓦斯治理根基，以保障钻孔质量为导向，按照煤业公司提出的“钻孔质量零容忍”理念，严格落实“钻到位、管到底、水放净、严封孔、高负压、严管理”的打钻抽采“十八字”工作要求。
在矿年度“一通三防”技术管理规定中，建立钻孔质量探查制度，每周由通风防突科组织抽采队、勘探处现场透孔，出现抽查结果和实际施工严重不符的（透孔深度不足钻孔深度的80%），每次扣除500m钻孔验收量，并对钻孔施工负责人严肃问责。
同时对质量监管流程形成管控模式，穿层钻孔正规合茬后，抽采队负责2天内对钻孔浓度进行考察，对浓度达不到要求的以业务联系书的形式对标下发责任机长，拒不处理的严肃问责，处理仍不合格的，钻孔报废。
1.2 提高服务意识，系统超前建立建立并完善计划管理，“一通三防”工作执行日分析周计划、月计划和年度计划的管理模式，每周口内各单位排定下周计划和本周计划工作落实情况，通过周、月两个计划超前通风和抽采系统建立，基层现场跟踪计划落实情况，及时发现并提出过程中存在的矛盾问题，科室联动并跟踪落实。
为多部钻机集中施工提质增效做好后勤保障。
1124（3）运顺底抽巷4部履带钻机同时施工，需要大量的封孔、油脂、钻杆等后配套工作。
潘三矿强突煤层群立井水力扩孔综合增透技术
潘三矿强突煤层群立井水力扩孔综合增透技术摘要：强突低透气性煤层群揭煤，区域消突钻孔穿多层煤施工，施工难度大，煤层增透措施难以达到预期效果，抽采效果差，造成严重安全生产隐患。
为提高煤层透气性，提高抽采效果，结合水力压冲和钻孔掏穴增透原理，潘三矿提出了立井水力扩孔综合增透技术，采用20MPa水压进行水力扩孔，共冲出煤量46吨，压裂有效影响区域单孔抽采纯量增加314.9%。
关键词：强突煤层群立井水力扩孔增透抽采效果1.工作面概况-730～-960m联络斜巷（下段）自-817m水平22°下山施工至4煤底板，巷道依次揭露为8、7-2、7-1、6-2、6-1、5-2、4-2、4-1共8层煤，巷道全长489m，截止2015年5月底，巷道已施工至距5-2煤法距7m处停头，目前正在对5-2、4-2煤采取消突措施。
5-2煤厚4.3m，与4-2煤层间距约7.4m。
5-2煤顶板为细砂岩，厚18.0m。
底板为砂质泥岩，厚3.55m。
-730～-960m联络斜巷（下段）揭5-2煤处预计煤层底板标高-895.4m，该处实测瓦斯压力1.8Mpa，瓦斯含量6.8m3/t。
水力压冲专用巷道在-817m水平车场南大巷JS3点向北37.089m以21°方位角施工，巷道长度26.9m。
巷道施工至正对-730～-960m联络斜巷（下段）揭5-2煤上方，巷道顶板标高-814m，与5-2煤垂距74m。
在水力压冲专用巷道迎头钻场内施工￠246mm垂直钻孔，采用￠177.8mm石油套管固管工艺，利用钻孔对5-2煤进行水力压冲扩孔。
2.水力扩孔增透技术工艺设计综合水力压冲增透技术和钻孔掏穴增透技术技术优点，根据-730~-960联络斜巷揭5-2煤煤层赋存以及瓦斯情况，采用水力扩孔增透技术。
利用距5-2煤层顶板74m的水力压冲专用巷道施工大直径立孔穿过5-2煤进行水力压冲，达到水力化压冲目的。
利用在揭煤巷道迎头施工3个平孔，与立孔在5-2煤层中贯通作为水力压冲后出水、煤钻孔，大量煤体被冲出达到扩孔目的。
《复合射孔煤层增透技术研究》范文
《复合射孔煤层增透技术研究》篇一一、引言随着煤炭开采技术的不断发展，煤层气开采逐渐成为了一种重要的能源开采方式。
然而，煤层气开采过程中，煤层渗透率的提高是关键因素之一。
因此，针对煤层增透技术的研究具有重要的意义。
本文将介绍复合射孔煤层增透技术的研究，分析其原理、应用及未来发展趋势。
二、复合射孔煤层增透技术原理复合射孔煤层增透技术是一种通过射孔和物理、化学等方法相结合，提高煤层渗透率的开采技术。
其基本原理是通过射孔技术对煤层进行钻孔，然后利用物理或化学方法对钻孔进行扩孔和增透处理，从而提高煤层的渗透率。
具体而言，复合射孔煤层增透技术主要包括以下步骤：首先，通过射孔器对煤层进行精准的钻孔，使煤层出现一系列的小孔；其次，利用物理或化学方法对钻孔进行扩孔和增透处理，如利用高压气体或化学药剂等对钻孔进行冲刷和清洁；最后，通过一系列的物理或化学作用，使煤层内部的结构发生改变，从而提高煤层的渗透率。
三、复合射孔煤层增透技术的应用复合射孔煤层增透技术在煤炭开采中具有广泛的应用前景。
其主要应用于以下几个方面：1. 煤层气开采：复合射孔煤层增透技术可以有效地提高煤层的渗透率，从而提高煤层气的采收率。
2. 瓦斯治理：在煤矿瓦斯治理中，可以通过该技术来改变煤层内部的物理结构，从而降低瓦斯压力和减少瓦斯泄漏的风险。
3. 煤矿水力压裂：在煤矿水力压裂中，可以利用该技术来改善煤层的可压裂性，从而提高压裂效果和采收率。
四、复合射孔煤层增透技术的优势与挑战复合射孔煤层增透技术的优势在于其能够有效地提高煤层的渗透率，从而提高煤炭开采的效率和采收率。
同时，该技术还可以降低煤矿瓦斯泄漏的风险，提高煤矿的安全性。
然而，该技术也面临着一些挑战，如钻孔精度的控制、处理剂的研发以及环保等方面的挑战。
因此，需要在研究和应用过程中不断地优化和改进。
五、未来发展趋势未来，复合射孔煤层增透技术将朝着更加高效、环保和智能化的方向发展。
一方面，需要进一步提高射孔技术的精度和效率，优化扩孔和增透处理的技术和工艺；另一方面，需要加强环保方面的研究和应用，降低对环境的影响。
掏穴钻孔增透抽采最大化技术
测压孔 １ ＃ － ５ ３ ４ ． ９ １ 测压孔 ２ ＃ — ５ ３ ４ ． ６ ７
测压孔 ３ ＃ －５ ３ ４． ４ ６
１ ． ４ ８ ７ １ ． ７ ３ ４
１ ． ９ ８ ２
１ ． ５ ２ ７ ３ １ ． ６ ３ ４ ８
１ ． ８５ ２１
（ 测压 孔施 工只 准采 用压 风施 工 ， 严 禁 带水施 工。
２ 掏穴钻 孔 增透抽 采 最大化 技 术关键 钻进 ， 彻底 排 尽孔 内煤 岩 粉后 撤 回钻杆 。 起钻 过程 严 禁采 ２ ． １ 顶底 板巷 道 喷浆 用水排渣 ， 用 水排 渣 易造 成 孔 内煤 岩粉 堵 塞 ， 诱 发 喷孔 事 鉴 于钻 孔施 工 巷道 围岩 裂 隙 不 漏气 是 孔 封 严 的 必 要 故 。
关键词 ： 透 气 性 系数
抽采效果
掏穴
两堵 一注
喷浆
机、 ｆ ６ ３ ． ５ 厂 ７ ３ ｍｍ １ ０ Ｏ ０ ｍｍ 小螺旋肋 骨钻杆 、 ｆ １ １ ０ ｍｍ 单
翼掏 穴钻 头扩 孔（ 展 开后 ｆ ２ ６ ０ ｍｍ） 施工 。
１概 况
掏穴钻 孔 施 工难 点在 于 重新 送钻 时 间较 长 ， 钻 孔 必须 潘三矿 １ ７ １ ０ １ （ ３ ） 工作 面 位 于 东 四采 区 ， 工 作 面 标 高 ６ １ ０—一 ６ ８ ０ ｍ， 工作 面 走 向长 １ ３ ０ ２ ｍ， 煤 层 原 始 瓦 斯 压 成型 好 ， 而 且保 直 ， 钻 头 侧翼打 开 前 必须 确 保在煤 段。关键 力３ ． １ Ｍｐ ａ ， 瓦斯 含 量 ９ ． ５ ７ ｍ３ ／ ｔ ， 煤 层倾 角平 均 ８ 。 ， 煤 层 平 施 工 工 艺 ： 均厚 度 ４ ． ４ ｍ。 该面 东段 ４ ５ ０ ｍ 及切 眼段 属于 １ ３ 一 煤突 出 ① 先使 用 ｆ １ １ ３ ｍｍ 孔径 钻 头钻 进 ，岩段 使用 湿 式钻
冲孔造穴钻孔半径对煤层增透效果研究
2021年第46卷第3期Vol.46No.3源技术与管理Energy Technology and Management45-oi:10.3969/j.issn.1672-9943.2021.03.016冲孔造穴钻孔半径对煤层增透效果研究郭伟强(山西西山晋兴能源有限责任公司，山西吕梁033602)［摘要］以屯兰矿2号煤层为地质背景，分析了冲孔造穴瓦斯运移规律，采用COMSOL软件建立了冲孔造穴后的煤体瓦斯抽采模型，分析不同造穴钻孔半径围岩应力应变、塑性应变和渗透率变化特征。
研究结果表明，随着造穴钻孔半径的增加，煤塑性区、渗透率增高区半径逐渐增加,靠近钻孔内侧煤体最大塑性应变为0.46，最小体积应力为20.1MPa,煤层最大渗透率大于原始煤层渗透率380倍，钻孔增透区范围与钻孔半径呈线性关，随着钻孔半径增加，塑性区半径逐渐增大，煤层增透果明。
［关键词］冲孔造穴;渗透特性瓦斯［中图分类号］TD712［文献标识码］B［文章编号］$672-9943(202$)03"0045#020引言顺层钻孔和穿层钻孔预抽是我国煤矿主要采用的瓦斯治理技术,部分学者基于高压射流造穴强化抽采技术⑴,通过渗透演化试验,分析煤层瓦斯运移规律，优化钻孔施工措施,达到强化瓦斯抽采效果。
以高瓦斯煤层为地质背景2，通过施工水利造穴钻孔，分析j室周围煤体塑性区、应力应变以及煤层增透效果，模拟分析煤层在水压作用下破坏特，煤层瓦斯治理理基于煤层瓦斯渗透特性⑶，通过的钻水力冲孔钻具，实现一趟钻便可时钻和孔作，高了瓦斯治理力。
到顺层钻孔的施工和高瓦斯抽采效果，以及水力孔造穴瓦斯抽采效果，在孔造穴的基，一工作顺层钻孔钻一体化水力孔造穴瓦斯抽采技术⑷。
1矿井基本概况煤矿12507工作2、3采，煤层 4.5m， 6.5。
煤瓦斯在9.01〜11.8m3/t,钻孔瓦斯流量在0.4〜0.712m3/(min・hm)，瓦斯流为0.0031d71。
2冲孔造穴瓦斯运移规律分析2.1冲孔造穴瓦斯渗透机理煤层渗透是造穴的主要，造穴周围煤体到强的应力作用，渗透高。
软煤层孔隙结构与强化增透技术研究现状
软煤层孔隙结构与强化增透技术研究现状发布时间：2022-11-28T03:27:35.622Z 来源：《城镇建设》2022年第14期第7月作者：侯斌[导读] 松软煤层因其透气性差、强度低侯斌大唐集团鄂尔多斯市国源矿业有限公司内蒙古鄂尔多斯 010300摘要：松软煤层因其透气性差、强度低、瓦斯放散能力强等特点极易诱发瓦斯事故灾害，为此，科研工作者做了大量的研究工作。
本文采用文献综述的方法对软煤孔裂隙结构特征、瓦斯吸附解吸规律研究现状进行了阐述，指出了不足之处。
同时，从软煤增透技术原理角度出发，总结了现有软煤增透促抽技术，并分析了其局限性和使用条件。
关键词：软煤，孔裂隙，吸附解吸，增透促抽1.引言随着我国煤矿开采深度的不断增加，深部煤层复杂的地质构造、高地应力、高瓦斯压力和含量、低渗透率、低强度等特点进一步加深。
软煤是在一期或多期构造应力作用下煤体原生结构、构造发生不同程度的脆裂、破碎或韧性变形或叠加破坏甚至达到内部化学成分和结构变化的构造煤。
研究软煤层孔隙结构特征及其中瓦斯运移规律是掌握软煤层瓦斯涌出规律的前提，采用合适的软煤增透措施是提高瓦斯抽采率，也是实现煤与瓦斯安全共采的基础，因此对低渗软煤的研究现状进行总结与分析，对软煤研究方向与发展有着重要的现实意义。
2．软煤孔裂隙特征研究现状软煤是一种孔-裂隙双重介质，其孔隙特征决定着软煤的吸附、扩散和渗流特性。
前人对软煤孔裂隙结构特征做了大量研究，许满贵等基于分形几何理论，采用低温氮吸附试验方法，对软硬煤体孔隙结构特征研究后得出软煤孔隙数量比硬煤较多，孔隙内表面更大，对瓦斯的吸附势能大。
顾熠凡等基于压汞法分析对比了软、硬无烟煤孔隙结构特征得出软煤微孔孔体积较为发育，总孔面积略高于硬煤。
孟然等通过压汞实验、低温氮吸附实验、扫描电镜实验、X 射线衍射实验，得出软煤内孔隙主要以小孔、微孔为主,并分析了软煤孔隙结构分形特征规律。
田敬等通过压汞法分析了软硬煤孔隙结构，得出了软煤的孔容及表面积大于硬煤，对煤层气的吸附能力更佳的结果。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
倍， 抽 采 浓度 提 高 １ ． ９倍 ， 抽 采 纯 量提 高 了 ２ ． ３倍 ， 因此 ， 掏 穴扩 孔钻 孔具 有提 高钻孔 瓦斯 抽 采
效果 ， 达 到快 速 消 突的 目的 。 关键词 ： 掏穴增透； 预抽瓦斯 ； 数值模拟
中图 分类 号 ： Ｔ Ｄ ７ １ ２ ． ６ ２
ｖ ｏ ｌ ｕ ｍｅ ｏ ｆ ｇ ａ ｓ ｄ ｒ ａ ｉ ｎ ｅ ｄ ｂ ｅ ｆ ｏ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ａ ｆ ｔ ｅ ｒ ｂｏ ｒ ｅ ｈｏ ｌ ｅ ｓ ｂ ｅ ｉ ｎ ｇ ｅ ｎ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｄ ｗｅ ｒ ｅ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｅ ｄ ． Ｂｙ ｕｓ ｉ ｎ ｇ ｎ ｕ ｍｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
ＮＩ Ｌｉ ａ ｎ—ｑ ｉ ｎ．Ｗ ＡＮＧ Ｂａ ｉ— ｓ ｈ ｕ ｎ
（ Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｙ ， Ａ ｎ ｈ ｕ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｙ， ｇ Ｈ ｕ ａ ｉ ｎ ａ ｎ Ａ ｎ ｈ ｕ ｉ ２ ３ ２ ０ ０ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
第３ ５卷 第 ３期 ２ ０ １ ５年科学 版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｎａ ｒ ｌ ｏ ｆ Ａ ｎ ｈ ｕ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ （ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ｌ ａ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ）
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｉ ｍｐｒ ｏ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｇ ａ ｓ ｄ ｒ ａ ｉ ｎ ａ ｇ ｅ ｉ ｎ ｃ ｏ ａ ｌ ｓ ｅ ａ ｍ ｏ ｆ ｌ ｏ ｗ ｐｅ ｒ ｍｅ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ，ａ ｐ ｅ ｒ ｍｅ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ — ｍｅ ｎ ｔ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｂ ｙ ｅ ｎ ｌ ａ ｒ ｇ ｉ ｎ ｇ ｄ ｉ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｏ ｆ ｂ ｏ ｒ ｅ ｈ ｏ ｌ ｅ ｓ ｗａ ｓ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ．Ｔａ ｋｉ ｎｇ Ａ１ ｃ ｏ ａ ｌ ｓ ｅ ａ ｍ ｏ ｆ Ｌｉ ｙ ｉ Ｃｏ ａ ｌ Ｍｉ ｎ ｅ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ
ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ＲＦＰ Ａ 一 Ｆｌ ｏ ｗ ，ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｃ ｒ ａ ｃ ｋ ｓ ｔ ａ ｒ ｔ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｅ ｘ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｃ ｏ ａ ｌ ｓ ｅ ａ ｍ ｂ ｅ ｆ ｏ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ａ ｆ ｔ ｅ ｒ ｂ ｏ ｒ ｅ ｈ ｏ ｌ ｅ ｓ ｂ ｅ ｉ ｎ ｇ
Ｖ０ １ ． ３ ５ Ｎｏ． ３
Ｓ ｅ ｐ． ２ ０１ ５
穿 层 钻 孔 煤 层 掏 穴 扩 孔 强 化 增 透 技 术 研 究
倪廉钦 ， 王佰 顺
（ 安 徽理工大学能源与安全学 院 ， 安徽 淮南 ２ ３ ２ ０ ０ １ ）
摘
要： 为提 高低 透煤 层 瓦斯抽 采 效果 ， 提 出 了一 种掏 穴扩孔 增 透技 术。 以 李嘴 孜矿 Ａ 煤 为
ｅ ｎ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｄ ｗ ａ ｓ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｌ ｆ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｂ ｏ ｒ ｅ ｈ ｏ ｌ ｅ ｅ ｎ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｎ ｐ ｅ ｒ ｍｅ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ａ ｌ ｓ ｅ ａ ｍ ｗａ ｓ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ．
ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｂ ｊ ｅ ｃ ｔ ， ｂ ｙ ｉ ｆ ｅ ｌ ｄ ｔ ｅ ｓ ｔ ａ ｎ ｄ ａ ｎ ｌｙ ａ ｓ ｉ ｓ ， ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｚ ｅ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｄ ｉ ｕ ｓ ｏ ｆ ｉ ｎ ｌ ｆ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｆ ｏ ｒ ｇ ａ ｓ ｄ ｒ ａ ｉ ｎ ａ ｇ ｅ ， ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ
文献 标 志码 ： Ａ
文章编 号 ： １ ６ ７ ２ — １ ０ ９ ８ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ３— ０ ０ ７ ７ — ０ ６
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ Ｅｎ ｈ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ Ｐ ｅ ｒ ｍｅ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｂ ｙ Ｅｎ ｌ ａ ｒ ｇ ｉ ｎ ｇ Ｄｉ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｏ ｆ Ｃｒ ｏ ｓ ｓ— ｓ ｅ ａ ｍ Ｂｏ ｒ ｅ ｈ ｏ ｌ ｅ ｓ ｉ ｎ Ｃ ｏ ａ ｌ Ｓ ｅ ａ ｍ Ｓ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ
研 究对 象 ， 通 过现 场测 试 与分析 ， 考察 了 Ａ 煤掏 穴扩 孔前 后 瓦斯抽 采影 响半 径 ， 抽 采 浓度 和抽 采纯 量 ； 同时采 用 Ｒ Ｆ Ｐ Ａ 一Ｆ ｌ ｏ ｗ模 拟 软件 模拟 了扩 孔 前后 煤层 裂 隙的起 裂 及 扩展 过 程 ， 分析 了掏 穴扩 孔钻 孔 对煤层 透 气性 的 影响 。结 果表 明 ： 掏 穴扩 孔钻 孔增加 了钻孔 内壁表 面积 ， 增 大 周 围煤体 裂 隙 ， 使得 周 围煤 体 中的 应 力得 到 释放 。掏 穴扩 孔后 ， 瓦斯 抽 采影 响半 径 提 高 了 １ ． ３