超高压水力割缝和CO2相变致裂联合增透技术研究与应用

秦江涛，陈 婧，谢文波，张从国

(1.重庆工程职业技术学院，重庆 402260；2.四川省川南煤业有限责任公司，四川 筠连 615251)

目前，我国煤矿瓦斯灾害治理的最有效手段之一就是采用施工钻孔预抽煤层瓦斯[1-3]。随着可开采煤炭资源逐步向深部转移，煤层瓦斯的抽采难度随之增大。众所周知，煤层的透气性是影响其瓦斯抽采效率及效果的主要因素，因此，如何提高煤层的透气性，解决低透气性煤层的瓦斯抽采难的问题已成为制约煤矿安全生产、提高煤矿安全高效的关键因素[4，5]。近年来，随着煤矿瓦斯治理技术的不断发展，各种瓦斯增透措施被广泛地应用于瓦斯灾害的治理[6]，主要包括水力冲孔、CO2相变致裂以及水力割缝等。其中，水力冲孔主要是利用高压水射流冲刷钻孔内壁，增加抽采钻孔的半径、增加原始煤体的暴露空间面积[7，8]；CO2相变致裂增透技术是利用CO2相变瞬间产生的高压气体来增强煤体的孔隙和裂隙发育[9]；水力割缝技术则是利用高压射流水作为介质对钻孔内的煤体进行切割，从而在钻孔内形成新的缝槽，实现增加煤层透气性、降低原岩煤层应力的目的[10，11]。以上三种煤层增透措施均有各自的优势，但也存在一定的不足。其中，水力冲孔压力较小，通常在5～20MPa之间，容易造成垮孔、堵孔现象，且形成的孔洞具有不可控性，易形成瓦斯积聚，同时对巷道的顶底板易造成破坏，导致掘进过程支护困难，此外，对坚固系数比较大的煤层增透效果不理想；相比之下，水力割缝的压力较大，可达到30～60MPa，但割缝的深度一般不超过1m，在中硬煤层中割缝深度更小，因而对煤层的增透效果较差[12-14]；……