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内容简介

　　《水力化煤层增透理论及技术》系统地论述了水力化煤层增透理论、技术及系统装备，内容包括高压水射流冲击动力学特性，破岩增透理论，煤层水力压裂起裂机理、裂缝扩展规律，射流割缝复合水力压裂裂缝起裂及扩展理论、技术装备和工程应用。《水力化煤层增透理论及技术》共分7章，分别为绪论、高压水射流造缝增透理论、成套装备、增透技术、煤矿井下水力压裂增透技术、射流割缝复合水力压裂增透技术和煤矿井下射流割缝复合水力压裂现场应用。《水力化煤层增透理论及技术》囊括了著者所在的国家创新研究群体和教育部创新研究团队近10年的研究成果。
　　《水力化煤层增透理论及技术》适合从事煤层气抽采、煤矿瓦斯灾害治理的科研人员、工程技术人员、高等院校教师、研究生和本科高年级学生参考和阅读。

内页插图

目录

前言

第1章 绪论
1．1 概述
1．2 煤层气资源概况及开发现状
1．2．1 国外煤层气的资源分布和开发现状
1．2．2 我国煤层气资源情况及储层特点
1．3 国内外煤层增透理论与技术研究现状
1．3．1 钻孔卸压增透法
1．3．2 高能液体扰动卸压增透法
1．3．3 爆生气体扰动卸压增透技术
1．4 水力化增透理论与技术
1．4．1 水射流增透技术
1．4．2 水力压裂技术
1．5 煤矿井下水力化增透技术展望
1．5．1 水力化增透理论
1．5．2 水力化增透技术多元化发展
1．5．3 水力化增透装备智能化发展
1．6 参考文献

第2章 高压水射流造缝增透理论
2．1 水射流冲击动力学理论
2．1．1 水射流基本理论
2．1．2 水射流结构特征
2．1．3 水射流冲击特征
2．2 高压水射流瞬态动力学特性
2．2．1 水射流冲击靶板的实验方案设计
2．2．2 水射流冲击靶板的数值模拟研究
2．2．3 水射流冲击靶板的过程分析
2．2．4 水射流冲击靶板后的流体运动状态分析
2．2．5 射流速度对冲击特性的影响分析
2．2．6 水射流形状对冲击特性的影响分析
2．2．7 靶板角度对冲击特性的影响分析
2．3 高压水射流冲击破碎岩石机理研究
2．3．1 水射流冲击破岩机理分析
2．3．2 水射流破岩实验研究
2．4 高压水射流导引钻头破硬岩机理研究
2．4．1 高压水射流导引钻头破硬岩方法
2．4．2 高压水射流导引钻头破硬岩机理
2．4．3 高压水射流导引钻头破硬岩实验
2．5 高压水射流增透抽采理论
2．5．1 高压水射流冲击煤体动态损伤特征
2．5．2 高压水射流造缝卸压效应
2．5．3 空化声震效应强化瓦斯解吸渗流机理
2．5．4 高压水射流造缝对煤层渗透率的影响
2．6 参考文献

第3章 高压水射流造缝增透成套装备
3．1 高压水射流造缝增透成套装备组成
3．2 磨料射流辅助破硬岩钻头
3．2．1 磨料射流导引钻头研制
3．2．2 磨料射流导引钻头穿硬岩层钻进工艺
3．3 自动切换式切缝器
3．3．1 煤层割缝器喷嘴结构设计
3．3．2 割缝器喷嘴布置方式优化设计
3．4 高压密封输水器
3．5 高压密封钻杆
3．5．1 高压水密封钻杆
3．5．2 高压密封双动力螺旋排渣钻杆
3．6 气渣分离装置
3．7 参考文献

第4章 高压水射流网格化造缝增透技术
4．1 高压水射流造缝增透关键参数
4．1．1 破煤岩压力
4．1．2 破煤岩流量
4．1．3 喷嘴直径
4．1．4 喷嘴转速和切割时间
……
第5章 煤矿井下水力压裂增透技术
第6章 煤矿井下射流割缝复合水力压裂增透技术
第7章 煤矿井下射流割缝复合水力压裂现场应用
彩图

前言/序言

　　煤层气，也称煤层瓦斯，是以甲烷为主要成分的混合气体，是公认的高效、优质清洁能源。我国煤层瓦斯资源极其丰富，储藏总量约为36.8万亿m3，居世界第三位。高效开发煤层气既可大量减少甲烷排放，又可改善能源结构，保障清洁能源安全供给。同时，高效开发煤层气实现采气采煤一体化，可以杜绝煤矿瓦斯事故，大幅度改善煤矿安全生产。
　　我国煤层气赋存条件复杂，70%的煤矿可采煤层均是具有煤与瓦斯突出危险的复杂煤层，煤层渗透率低于000lmD，煤层瓦斯主要以吸附态赋存煤体中，通常吸附瓦斯量占80%～90%，游离瓦斯量占10%-20%;瓦斯压力高达5.6～13.9MPa，瓦斯含量一般在15～25m3/t。随着开采深度的增加，瓦斯灾害日益严重。复杂煤层瓦斯抽采已成为矿业工程中的世界级技术难题。
　　解决瓦斯灾害最根本的措施为预抽瓦斯，目前预抽煤层瓦斯有两种方式：地面抽采和井下抽采，因地面抽采成本高，对于复杂煤层难度也较大。在我国大部分煤矿瓦斯治理还是采用井下瓦斯抽采。由于复杂煤层透气性低，井下抽采主要存在钻孔有效影响范围小、钻孔工程量大、抽采达标时间长等问题，这就必须采取增透方法，增加煤层透气性，以提高抽采效果。复杂煤层的增透方法可分为两大类，一类是煤层层内卸压增透方法，另一类是煤层层外卸压增透方法。层外卸压增透方法如开采保护层技术已经应用得相当成熟，并取得良好的效果。对于不具备保护层开采条件的复杂煤层，必须采用层内增透方法，其主要目的是增加煤层透气性。
　　治理煤矿瓦斯灾害主要思想是，增加煤体裂隙率，提高煤层透气性，降低煤体瓦斯压力和瓦斯含量，提高煤体瓦斯抽采率。
　　著者及其研究团队针对我国复杂煤层瓦斯灾害严重这一重大安全问题，提出了水力化煤层增透的学术思想，主要开展了高压水射流破岩机理、造缝增透理论、射流割缝复合水力压裂增透理论、抽采技术及装备等方面的研究，取得主要研究成果如下：①揭示了高压水射流动态冲击特性及破岩机理。研究高压水射流瞬态冲击动力产生的机理，分析高压水射流冲击动力特性与煤岩相互作用关系。②揭示不同类型的煤体起裂机理。根据煤体宏观和微观结构分类特征，采用弹性力学、断裂力学、土力学等理论分别建立不同结构煤体的水力压裂起裂模型及起裂准则，并分析天然裂缝、煤岩交界面和断层对水压裂缝扩展的影响。③揭示煤矿井下射流割缝复合水力压裂增透机理。根据射流割缝形成缝隙后煤体力学特性的变化规律，建立射流割缝后煤体受力分析几何模型；揭示射流割缝辅助水力压裂裂缝起裂及扩展机理，建立裂缝尖端起裂临界，积分模型；分析射流割缝辅助水力压裂裂缝延缓闭合影响因素，推导出射流割缝辅助水力压裂作用下煤层裂隙内瓦斯渗流方程。④开发出水力化煤层增透成套技术及装备。研发出适用于不同煤层地质条件的水力化瓦斯抽采技术及系统装备，包括自动式割缝器、高压旋转输水器、高压密封钻杆、专用压裂管、专用封孔装置、气渣分离器等关键设备。
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