低渗煤层液态CO₂相变定向射孔致裂增透技术及应用

张东明^1,2，白鑫^1,2，尹光志^1,2，饶孜³，何庆兵⁴

1. 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室2. 重庆大学资源及环境科学学院3. 四川芙蓉集团实业有限公司杉木树煤矿4. 四川省安全生产监督管理局(四川煤矿安全监察局)安全技术中心

摘 要：如何实现深部煤层瓦斯的高效抽采是保障我国煤炭企业安全生产的重要问题,而低透气性煤层瓦斯储层增产改造则是其中的核心技术和热点问题。为解决低透气性煤层瓦斯高效抽采技术难题,研究提出了地应力条件下优势射孔致裂方向的确定方法及低渗煤层液态CO₂相变定向射孔致裂增透技术,现场试验及应用研究形成了液态CO₂相变定向射孔致裂增透网格式瓦斯抽采方法。研究表明:孔壁破裂压力受钻孔方位角、倾角影响具有明显的方向性,并确定了试验区液态CO₂相变定向射孔优势致裂方向;该技术可有效增加煤样孔隙度、孔径、比表面积、可见孔比例等,改善煤岩体内孔隙结构及渗流能力,提高瓦斯抽采纯流量9¹2倍,降低煤层瓦斯抽采流量衰减系数92%;现场试验及PFC2D数值模拟研究确定了该技术的影响半径为9¹3 m;应用表明液态CO₂相变定向射孔致裂增透网格式瓦斯抽采方法,可有效预防低透气高突煤层巷道掘进期间的瓦斯超限问题,提高巷道掘进速度4⁵倍。

关键词：低渗煤层;液态CO2;致裂增透;瓦斯抽采;