【摘 要】
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在我国井工煤矿中,95%以上高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井的煤层属于低透气性煤层,而且煤质松软,煤层瓦斯压力大,煤层瓦斯含量高。煤层增透是提高松软、低渗煤层瓦斯抽采效果的主要措施之一。然而,传统本煤层钻孔增透方法如水力压裂、水力割缝（冲孔）、松动爆破、高能冲击波增透在硬煤中取到了显著的瓦斯治理效果,但是在松软低渗煤层存在易塌孔的问题。同时,在井下受限空间高压水力和高能电场环境操作不便,单孔增透用时长,成
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在我国井工煤矿中,95%以上高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井的煤层属于低透气性煤层,而且煤质松软,煤层瓦斯压力大,煤层瓦斯含量高。煤层增透是提高松软、低渗煤层瓦斯抽采效果的主要措施之一。然而,传统本煤层钻孔增透方法如水力压裂、水力割缝（冲孔）、松动爆破、高能冲击波增透在硬煤中取到了显著的瓦斯治理效果,但是在松软低渗煤层存在易塌孔的问题。同时,在井下受限空间高压水力和高能电场环境操作不便,单孔增透用时长,成本高。本文针对上述瓦斯抽采方法普遍存在的问题,提出了以钻孔施工为基本手段,结合煤层气开发中常用的洞穴完井工艺,对高瓦斯煤层实施机械造穴煤层卸压增透模式,进而达到提高煤层瓦斯抽采率的目的。主要在从下4方面进行了研究工作:（1）采用PFC2D6.00软件进行模拟机械造穴钻孔的应力分布与裂隙场演化规律,揭示了不同直径扩孔造穴条件下孔周围应力及裂隙发育规律;（2）通过建立流-固耦合作用下煤层机械造穴增透三维损伤模型,运用多场流固耦合Comsol软件解算,对比造穴前后钻孔瓦斯压力变化以及渗透率影响范围,分析了不同参数（造穴体积、造穴间距、单位造穴数量等）对瓦斯抽采流量的影响以及煤层本身性质对造穴钻孔瓦斯抽采效果影响;（3）对气-液驱动机械造穴煤层增透技术进行设备选型,根据模拟参数,对造穴钻具进行结构设计,制定操作规程和应急处置措施;（4）通过现场试验和现场应用,对“气液驱动机械造穴煤层增透技术”进行效果考察。经过现场试验,机械造穴钻孔相比于普通钻孔平均瓦斯抽采纯量提高147%,其抽采效果和水力造穴钻孔平均抽采纯量相当,但施工用时少11.5小时,机械造穴施工用时相比于水力造穴减少了43.07%,且水力造穴钻孔配套设施较为昂贵,单个机械造穴技术施工成本仅为水力造穴技术的41.05%。现场应用中,普通穿层钻孔平均单组抽采纯量为0.02m~3/min,万米抽采量为9.47m~3/min·万m。使钻孔单孔浓度由平均36.8%提升为平均68.2%,单组抽采纯量提升至0.05m~3/min,万米抽采量提升至18.42m~3/min·万m,瓦斯抽采达标时间较原来缩短56.99%。最终得出气-液驱动机械造穴煤层增透技术在李村煤矿研究成果,为该技术在李村煤矿的应用提供重要参数支持。
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