为研究煤层水力压裂过程中其单位注液量的变化特征,采用工程试验的方法,以四川省宜宾市筠连县金钟煤矿1703采煤工作面为试验地点,通过对煤层钻孔水力压裂过程中各管路单位液体流量的监测和分析,发现在正常水力压裂过程中,进液管及回液管的单位液体流量拟合曲线均呈“抛物线”状,而单位注液量则可以划分为下降阶段和波动阶段;结合水力压裂过程中其注液压力的变化情况,发现注液压力在煤体出现开裂及裂缝扩展时会出现明显的“卸压-恢复”现象,而单位注液量则相应的出现“升高-恢复”的现象,并且两者具有同步性;此外,根据水力压裂过程中其单位注液量的变化特征将整个水力压裂过程划分为3个阶段:充液阶段、蓄能与煤体开裂循环阶段及停止开裂阶段。

为了解决坚硬顶板难垮问题,利用Comsol数值模拟软件对定向水力压裂不同参数对压裂效果的影响进行了分析研究。研究发现定向钻孔压裂裂缝扩展大致呈现S型对称的趋势,最大应力峰值为11.5 MPa。同时随着压裂液黏度的不断增加,裂缝的张开度及裂缝内部流速呈现逐步增大的趋势,但增大的趋势逐步减弱,研究可为后续水力压裂施工参数的设定提供一定的参考。

为了解决我国低渗透煤层瓦斯抽排难的问题,本文以镇城底矿22213工作面为研究背景,利用数值模拟与现场实践相结合的方法对低渗透煤层水力压裂增透技术进行研究,发现随着水力压裂注液压力的增加,岩石裂缝扩展速度越快且扩展的长度越长,随着岩石弹性模量的增加,在注液压力一定时,岩石压裂裂缝的扩展长度越短。同时通过现场实践验证发现,经过水力压裂后低渗透煤层的瓦斯抽排效果明显较佳,验证了水力压裂对低渗透煤层增透技术的可行性,为矿井低渗透煤层瓦斯抽采提供一定的参考。