煤礦井下大直徑定向鉆進技術在水力壓裂中的應用

劉徐三

(中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西 西安 710077)

瓦斯抽采是我國區域性瓦斯治理和實現煤與瓦斯共采的關鍵技術，由于我國煤層透氣性普遍較低(透氣性系數0.004 ～0.04m2/MPa2·d)[1，2]，抽采鉆孔影響范圍有限，卸壓程度不高，瓦斯抽采效果不夠理想，消突周期長，嚴重制約著礦井的采掘接替。

煤礦井下鉆孔水力壓裂增透技術[3]是以煤層鉆孔為通道，利用專用壓裂設備壓裂鉆孔，施加高壓注水，高壓水流到達煤體內部后由于通道減少而阻力增加，注入煤層的水壓逐漸升高，當孔內壓力達到煤層破裂所需的壓力時，煤層就會形成不等規則的裂縫[4]，可有效提高其透氣性。水力射流沖孔造穴技術[5-10]利用高壓水鉆頭切割和高壓水力射流沖刷煤體，形成較大空間的洞室，可有效防止塌孔造成的瓦斯通道堵塞，提高瓦斯抽采效果，廣泛應用于松軟煤層瓦斯治理。目前，國內外多采用非定向順層鉆孔或非定向穿層鉆孔進行水力射流沖孔和水力壓裂，鉆孔軌跡難以精確控制，存在盲區，且非定向順層鉆孔成孔率低；非定向穿層鉆孔在煤層段有效孔段短(煤層段鉆孔長度一般不超過10m)。

近年來，煤礦井下定向鉆進技術[11，12]廣泛應用于全國煤礦井下瓦斯治理、探放水、地質異常體探測等領域，隨著技術的不斷發展，逐漸形成了頂板高位定向鉆孔、頂板梳狀定向鉆孔、本煤層順層定向鉆孔、底板梳狀定向鉆孔、底板定向鉆孔等多種瓦斯抽采鉆進技術及工藝方法，該技術具有鉆孔軌跡精準可控、成孔率高、有效距離長等優點。……