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康红普团队总结煤矿井下水力压裂技术及在围岩控制中的应用

2017-06-14

  水力压裂作为常规低渗油气增透技术,自1950年开发以来,逐步在非常规油气开采、页岩油气开发、煤层气开发、地应力测量、地热资源开发、核废料处理、CO2封存及煤矿井下岩层控制等领域推广应用,显示出广泛的工业应用价值。


  水力压裂技术在煤矿井下的应用主要在围岩控制和低渗透煤层的增透2个领域。在围岩控制方面,主要应用于回采工作面坚硬难垮顶板控制、高应力巷道围岩卸压及冲击地压防治。我国煤矿水力压裂控制坚硬顶板的技术最早从波兰引进,在大同矿区进行了井下试验。这种技术的实质是在钻孔中注高压水,在坚硬顶板中形成裂缝而弱化顶板,使其能及时垮落。


  水力裂缝扩展形态非常复杂且受多种因素影响。在水力压裂机理方面,油气行业做了大量研究工作。煤矿水力压裂研究主要借鉴了油气储层压裂的相关理论、方法及成果。但是,煤岩体有其独特的赋存特征、物理力学性质与结构,而且实施水力压裂的地方大多受采动影响。


  康红普团队总结了近年来我国在煤矿水力压裂围岩控制方面取得的研究成果,并介绍了该技术在神东祁连塔煤矿工作面、晋城王台铺煤矿工作面神东布尔台煤矿回风巷、潞安余吾煤业留巷的实际使用情况。


  研究团队同时也指出了需要进一步深入开展的研究与技术开发,主要表现在以下方面:


  1)煤岩体在原岩应力、采动应力及瓦斯压力等多种应力作用下,水力裂缝起裂、扩展规律,建立煤岩体裂缝扩展准则。


  2)研制更大尺寸煤岩试样的真三轴压裂模拟试验系统,使试样更接近井下实际情况,更能反映井下裂缝扩展形态。


  3)煤矿井下水力压裂方案与参数设计主要依靠经验。应在深入研究水力压裂机理的基础上,进一步提高压裂设计的科学性、合理性,逐步实现定量化设计。


  4)开发煤矿井下机械化、自动化程度高的水力压裂机具与设备,提高水力压裂施工效率与效果。

  5)开发适用于煤矿井下的水力裂缝扩展方向、路径、开度等裂缝参数的监测仪器与技术,用于准确评价压裂效果。


  这项研究得到了国家自然科学基金的资金支持。


  文章来源:康红普,冯彦军.煤矿井下水力压裂技术及在围岩控制中的应用[J].煤炭科学技术,2017,45(1):1-9.


  作者简介:康红普(1965—),男,山西五台人,中国工程院院士,研究员,博士生导师。E-mail:kanghp@163.com


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  责任编辑:宫在芹
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