馮仁俊

(1.中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶 400037；2.國家煤礦安全技術(shù)工程研究中心，重慶 400037)

瓦斯災(zāi)害是制約我國煤礦安全生產(chǎn)的“第一殺手”，煤與瓦斯突出極易造成人員群死群傷和機械設(shè)備損害。據(jù)統(tǒng)計，2016—2020年全國煤礦重大事故中瓦斯事故起數(shù)和死亡人數(shù)分別占總數(shù)的50%和48.1%。因此，在回顧“十三五”期間取得的成就時，中央領(lǐng)導(dǎo)人在《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和二○三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議》中指出：要推進(jìn)能源革命，有效遏制礦山等重特大安全事故[1]。因此，高效抽采煤層瓦斯既能消除煤炭開采中的瓦斯災(zāi)害又能充分利用煤層氣資源，對實現(xiàn)煤炭安全生產(chǎn)、保障國家能源發(fā)展戰(zhàn)略具有重要意義。然而，我國煤層賦存條件極為復(fù)雜，煤層瓦斯(煤層氣)含量高、透氣性低、煤質(zhì)松軟、構(gòu)造復(fù)雜，尤其隨著煤礦開采向深部轉(zhuǎn)移，高地應(yīng)力、高瓦斯、低滲透等惡劣環(huán)境下煤層瓦斯抽采更加困難[2]。要實現(xiàn)煤層瓦斯的高效抽采，必須大范圍有效增加煤層透氣性。

水力割縫和水力壓裂是兩種常見的煤層水力化增透措施[3，4]，在一定程度上能提高煤層透氣性，但仍存在一些局限性。如水力割縫所形成的縫槽空間尺寸較小，煤體產(chǎn)生卸壓變形的范圍有限，導(dǎo)致單個割縫鉆孔的增透范圍較??；水力壓裂中裂紋擴展受地應(yīng)力的控制，在煤層中擴展形態(tài)單一，裂縫兩側(cè)易遺留增透盲區(qū)，為后續(xù)煤炭開采帶來安全隱患。為進(jìn)一步控制水壓裂縫擴展，近年來學(xué)者們開展了諸多有益探索，如水力割縫與水力壓裂聯(lián)合增透技術(shù)[5-7]、基于孔隙壓力梯度場的多孔聯(lián)合壓裂增透技術(shù)[8，9]等。這些增透措施通過造縫改變鉆孔周圍煤體應(yīng)力分布或通過對壓裂鉆孔附近的導(dǎo)向孔進(jìn)行注水使周圍煤體產(chǎn)生孔隙壓力場，從而誘導(dǎo)裂紋的起裂擴展，提高煤層增透效果。宋晨鵬等[9]采用RFPA數(shù)值軟件分析了煤體孔隙壓力場對水壓裂縫擴展的影響，探討了孔隙壓力對水壓裂縫擴展的誘導(dǎo)機制，結(jié)果表明孔隙水壓能減小煤體中的有效應(yīng)力，從而降低裂縫擴展壓力；在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出煤礦井下多孔聯(lián)合壓裂技術(shù)，并進(jìn)行了現(xiàn)場試驗，考察了該技術(shù)的增透效果。王剛等[10]開展了水力割縫輔助定向壓裂煤體的割縫間距研究，通過引入分形維數(shù)和彈塑性力學(xué)等相關(guān)理論，建立了煤層注水滲流范圍模型，分析了縫槽塑性區(qū)寬度與煤層注水滲透范圍，推導(dǎo)出割縫定向壓裂的割縫間距模型。為進(jìn)一步控制水壓裂縫定向擴展和提高煤層增透效果，本文在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，結(jié)合脈沖射流高效破巖特點和割縫縫槽-孔隙水壓誘導(dǎo)裂縫定向擴展作用，提出脈沖射流割縫控制壓裂增透方法，即利用高壓脈沖射流的強沖擊動力特性高效破碎切割煤體形成深長卸壓縫槽，進(jìn)一步對割縫鉆孔注水保壓在煤層中產(chǎn)生孔隙壓力場，隨后對割縫鉆孔實施水力壓裂控制裂縫沿割縫方向擴展。筆者首先闡述了脈沖射流割縫控制壓裂方法的增透原理，然后分析了該技術(shù)方法中割縫、封孔及壓裂的關(guān)鍵工藝參數(shù)，隨后開展脈沖射流割縫控制壓裂、常規(guī)水力壓裂和傳統(tǒng)鉆孔抽采三種技術(shù)的現(xiàn)場對比試驗，考察了上述方法的煤層增透效果。

1 脈沖射流割縫控制壓裂煤層增透技術(shù)原理

1.1 高壓脈沖射流割縫機理

水射流沖擊靶體的過程可分為水錘壓力階段和滯止壓力階段[11，12]。當(dāng)水射流前端圓弧狀液體撞擊煤體時，射流和煤體均會受到壓縮，從而在射流和煤體中產(chǎn)生沖擊應(yīng)力波。隨著射流前端弧形邊界逐漸接觸煤體表面時，會不斷產(chǎn)生新的應(yīng)力波并在煤體內(nèi)部傳播，整個過程會持續(xù)到射流前端完全與煤體接觸為止。在這個過程中，射流對煤體的沖擊壓力稱為水錘壓力，其大小和持續(xù)作用時間可通過式(1)和式(2)計算?？梢钥闯?，雖然水錘壓力持續(xù)時間短暫(約為幾納秒)，但其壓力值極高，會對煤體造成極大的損傷破壞，從而形成煤體的初始損傷破壞主體。隨后水射流對煤體形成穩(wěn)定沖擊，巨大的水錘壓力降低為穩(wěn)定的滯止壓力(滯止壓力由式(3)計算)，由于水錘壓力的卸載過程，煤體的壓縮狀態(tài)會迅速卸載，從而在煤體內(nèi)形成拉伸荷載，當(dāng)拉伸應(yīng)力超過煤體抗拉強度時產(chǎn)生破壞。而在穩(wěn)定的滯止壓力階段，射流主要通過高壓水楔作用使煤體中已形成的初始損傷裂紋發(fā)生擴展，從而連通自由面或煤體原生裂隙使煤塊剝落，形成沖蝕破碎坑。

式中，Pwh、PS分別為水錘壓力和滯止壓力，Pa；twh為水錘壓力作用時間，s；ρw、ρc分別為水和煤體的密度，kg/m3；cw、cc分別為應(yīng)力波在水中和煤體中的傳播速度，m/s；v為水射流速度，m/s；d為水射流直徑，m。

連續(xù)水射流和脈沖射流對煤體的沖擊壓力隨時間變化規(guī)律如圖1所示。連續(xù)水射流只有在射流沖擊初期時才能形成水錘壓力，之后為穩(wěn)定的滯止壓力；而脈沖射流會產(chǎn)生周期性的沖擊壓力，每一個脈沖過程中均會形成水錘壓力和滯止壓力。因此，高壓脈沖射流能充分利用每個脈沖的水錘壓力對煤體進(jìn)行破碎，并且對煤體會形成疲勞損傷破壞，從而提高射流的破巖效率。高壓脈沖射流切割煤體是利用自激振蕩脈沖噴嘴產(chǎn)生高壓脈沖射流，通過脈沖射流的沖擊動力特性、強沖蝕能力和空化效應(yīng)等特性沖擊破碎煤體[13]，在煤層內(nèi)反復(fù)旋轉(zhuǎn)切割煤體，從而形成類圓盤狀的縫槽，其寬度和深度可達(dá)2～5cm和1.5～2.0m。

圖1 高壓水射流沖擊壓力隨時間的變化規(guī)律

1.2 脈沖射流割縫控制壓裂煤層增透原理

圖2 脈沖射流割縫控制壓裂煤層增透

2 脈沖射流割縫控制壓裂關(guān)鍵參數(shù)

為有效實施脈沖射流割縫控制壓裂煤層增透技術(shù)，需明確相應(yīng)關(guān)鍵參數(shù)，如脈沖射流割縫壓力、控制壓裂的實施壓力、壓裂鉆孔封孔長度等，從而指導(dǎo)現(xiàn)場施工參數(shù)的選取。

2.1 脈沖射流割縫壓力

射流壓力是脈沖射流切割煤體最主要的水力參數(shù)，決定著射流的沖擊破巖能量，從而影響射流切割煤體深度。脈沖射流破巖主要是通過大量的脈沖載荷作用沖擊破碎靶體，每一個脈沖載荷都會對煤體產(chǎn)生水錘壓力，由于水錘壓力比滯止壓力高約為一個數(shù)量級，且能有效避免在沖蝕孔洞內(nèi)形成水墊效應(yīng)。因此，脈沖射流比傳統(tǒng)連續(xù)射流具有更強的破巖能力，在煤層割縫中能形成更深和更寬的卸壓縫槽。根據(jù)脈沖射流的水錘壓力、高頻脈沖載荷等特點，利用水錘壓力作為射流破壞煤體的判定準(zhǔn)則，可得出脈沖射流割縫壓力與割縫深度的關(guān)系[14]：

式中，Phs為割縫壓力，Pa；H為不同割縫壓力下的割縫深度，m；K、W為中間系數(shù)，分別與煤體物理力學(xué)性質(zhì)和射流沖擊動力學(xué)特性相關(guān)；μ為泊松比；σt為煤巖抗拉強度，Pa；v為運動黏性系數(shù)，m2/s。

2.2 脈沖射流割縫控制壓裂的實施壓力

煤體破裂的起裂壓力和割縫控制壓裂的實施壓力是脈沖射流割縫控制壓裂的關(guān)鍵參數(shù)，決定著壓裂范圍和增透效果。根據(jù)水壓致裂原理，學(xué)者們對煤體水壓致裂時臨界破裂壓力進(jìn)行了較多研究，基于最大拉應(yīng)力準(zhǔn)則，推導(dǎo)出常規(guī)穿層鉆孔水力壓裂時孔壁煤巖起裂壓力：

Pf0=(3σh-σHcos2α)cos2β+(3σH-σhcos2α)sin2β-

σVsin2α+4(σH-σh)cosαcosβsinβsin2θ+σt

(5)

式中，Pf0為常規(guī)穿層鉆孔水力壓裂煤體破裂時的臨界壓力，Pa；σV、σH、σh分別為鉆孔周圍煤體豎直方向主應(yīng)力、最大和最小水平主應(yīng)力，Pa；α為煤層傾角，(°)；β為煤層傾向與最大水平主應(yīng)力夾角，(°)；θ為中間坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換角度，(°)。

在射流割縫控制壓裂中，由于割縫鉆孔實施水力壓裂前已進(jìn)行了注水保壓，在鉆孔周圍煤體內(nèi)已產(chǎn)生孔隙壓力梯度場，根據(jù)有效應(yīng)力原理，可以得出基于孔隙水壓梯度作用的煤體破裂臨界壓力[15]：

文[1]給出了用空間向量與三角函數(shù)的解決問題的方法,得到了一般性的結(jié)論,拜讀后很受啟發(fā).然而,從應(yīng)用于教學(xué)的角度來看,感到有進(jìn)一步完善的必要.也就是解決問題的過程對學(xué)生來說稍顯復(fù)雜,數(shù)學(xué)基礎(chǔ)一般的學(xué)生,很可能會滿懷好奇地開始,未多久便被煩瑣的運算弄得暈頭轉(zhuǎn)向,最后可能無功而返,這可能不利于培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的積極情感.由此引發(fā)了筆者的思考,為使該問題的教學(xué)價值得以充分發(fā)揮,是否有較為簡潔、在教師引導(dǎo)下學(xué)生容易發(fā)現(xiàn)或容易接受的解決問題的方法呢?

Pf=Pf0-

式中，Pf為射流割縫控制壓裂煤體破裂時的臨界壓力，Pa；Pw為割縫鉆孔的控制水壓，Pa；P0為煤層原始孔隙水壓力，Pa；φ為煤層介質(zhì)的Biot常數(shù)；L為割縫鉆孔間距，m；R為割縫鉆孔注水影響范圍，m。

脈沖射流割縫控制壓裂的實施壓力除考慮煤體破裂的臨界破裂壓力外，還需考慮流體在管道內(nèi)流動造成的壓力損失。由于高速流體在管道內(nèi)流動時需要克服流體與管壁的摩擦阻力，則流體在管道內(nèi)的沿程阻力損失模型為[16，17]：

式中，ΔP為壓力損失，MPa；l為管道長度，m；Q為管道內(nèi)流體流量，L/min；D為管道內(nèi)徑，mm；Re為雷諾數(shù)，可通過Re=11165Q/D計算獲得。

因此，綜合考慮煤體破裂時起裂壓力和管道沿程阻力損失，可獲得脈沖射流割縫控制壓裂的實施壓力Phf：

Phf=Pf+ΔP

(8)

2.3 割縫壓裂鉆孔封孔長度

壓裂鉆孔封孔是水力壓裂技術(shù)的關(guān)鍵，鉆孔密封效果直接關(guān)系到壓裂增透措施是否順利實施。因此，明確壓裂鉆孔合理的封孔長度十分必要。葛兆龍等[18，19]對壓裂鉆孔封孔段進(jìn)行受力分析，建立了封孔長度為某一定值時封孔材料所能承受的最大水壓計算模型，進(jìn)而反推出水力壓裂過程中鉆孔最大注水壓力為P水壓時的封孔長度要求：

式中，ls為封孔長度，m；D1、D2分別為鉆孔直徑和壓裂管外徑，m；K1、K2分別為兩界面的剪切比例系數(shù)，Pa；E為封孔材料的彈性模量，Pa；Pc為封孔材料極限承載壓力，Pa。

可以認(rèn)為，當(dāng)最大注水壓力P水壓為封孔材料極限承載壓力Pc的0.999時，此時的封孔長度可認(rèn)定為臨界封孔長度le，即：

由式(10)可知，壓裂鉆孔臨界封孔長度與鉆孔內(nèi)徑、壓裂管外徑、封孔材料彈性模型和兩界面剪切比例系數(shù)緊密相關(guān)。

3 脈沖射流割縫控制壓裂煤層增透應(yīng)用

3.1 脈沖射流割縫控制壓裂技術(shù)工藝

脈沖射流割縫控制壓裂技術(shù)工藝流程如圖3所示。首先根據(jù)巷道方向、煤層產(chǎn)狀和地應(yīng)力分布情況等，明確割縫導(dǎo)向孔和割縫壓裂孔的鉆孔布置方案；然后利用上述對應(yīng)公式，對脈沖射流割縫壓力、封孔長度、水力壓裂實施壓力等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行計算；隨后連接高壓脈沖射流割縫裝備，對煤層進(jìn)行切割造縫；接著對鉆孔進(jìn)行注漿封孔，并對割縫導(dǎo)向孔注水保壓，使導(dǎo)向孔周圍煤體形成孔隙壓力梯度場；進(jìn)一步連接水力壓裂設(shè)備，對煤層實施水力壓裂；最后對割縫控制壓裂后的煤層瓦斯含量、含水率和瓦斯抽采量等進(jìn)行測定，考察該技術(shù)方法的煤層增透效果。其中，水力壓裂裝備連接及實施過程如圖4所示，壓裂系統(tǒng)由高壓泵組、水箱、高壓管、流量計、壓力表、封孔器、壓裂管和接頭等相關(guān)裝置組成。

圖3 脈沖射流割縫控制壓裂技術(shù)工藝流程

圖4 脈沖射流割縫控制壓裂設(shè)備

3.2 現(xiàn)場概況及施工參數(shù)確定

為對比分析脈沖射流割縫控制壓裂技術(shù)的增透效果，分別開展了傳統(tǒng)鉆孔抽采、常規(guī)水力壓裂和脈沖射流割縫控制壓裂三種試驗。試驗地點為重慶松藻礦區(qū)逢春煤礦+680N11203回風(fēng)巷，在該回風(fēng)巷不同鉆場分別進(jìn)行上述三種試驗，每試驗鉆場間隔200m。在脈沖射流割縫控制壓裂試驗中，首先施工一個壓裂鉆孔并進(jìn)行割縫，然后在壓裂鉆孔兩側(cè)沿煤層走向方向分別施工2個割縫鉆孔，鉆孔間距20m；隨后對割縫鉆孔進(jìn)行割縫和注水保壓，并對壓裂鉆孔實施水力壓裂(壓裂液中混有染色劑，用于判斷壓裂范圍)；根據(jù)該煤礦以往瓦斯抽采鉆孔布置經(jīng)驗和借鑒類似煤礦瓦斯抽采鉆孔布置經(jīng)驗，且為避免鉆孔布置過密對煤層透氣性的影響[6，15]，最后在壓裂鉆孔周圍按10m×10m間距施工瓦斯抽采鉆孔，對不同距離處煤體瓦斯含量和含水率進(jìn)行測定，并連接抽采管道進(jìn)行瓦斯接抽，如圖5(a)所示。在常規(guī)水力壓裂試驗中，僅布置一個常規(guī)穿層鉆孔；然后進(jìn)行水力壓裂，隨后同樣按10m×10m間距布置瓦斯抽采鉆孔，如圖5(b)所示。在傳統(tǒng)鉆孔瓦斯抽采試驗中，直接在煤層中按10m×10m間距布置抽采鉆孔并進(jìn)行接抽，如圖5(c)所示。

圖5 不同煤層瓦斯抽采方法的鉆孔布置

試驗?zāi)繕?biāo)煤層為M8煤層，平均厚度3.8m，煤層傾角24°～30°；煤層瓦斯含量為18.6m3/t，含水率為1.12%；煤層頂?shù)装鍨榉圪|(zhì)砂巖和砂質(zhì)泥巖。試驗地點埋深約為400m，根據(jù)O.Stephansson等人實測地應(yīng)力結(jié)果總結(jié)得出的經(jīng)驗公式[9]，可計算得出試驗地點煤層垂直應(yīng)力、最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力分別為10.8MPa、15.2MPa和9.4MPa。煤體物理力學(xué)性質(zhì)見表1。割縫噴嘴直徑為2.5mm，壓裂管路內(nèi)徑25mm，長度約為250m，壓裂液為清水，其粘度可忽略，壓裂時管路流量約為180L/min。封孔材料及封孔工藝均參照文獻(xiàn)[18，20]，鉆孔直徑94mm，壓裂管外徑為42mm，封孔材料彈性模量為6.5GPa，兩界面的剪切比例系數(shù)K1和K2分別為0.495MPa和0.9MPa。根據(jù)脈沖射流割縫控制壓裂關(guān)鍵參數(shù)計算公式(4)—(10)，確定出脈沖射流割縫壓力為25MPa(根據(jù)現(xiàn)有射流割縫現(xiàn)場經(jīng)驗，射流割縫時旋轉(zhuǎn)速度取40r/min、切割時間取10min[14，21]，對應(yīng)的割縫深度為1.5m)，常規(guī)水力壓裂和脈沖射流割縫控制壓裂的實施壓力下限值分別為28.7MPa和21.5MPa(保水壓力15MPa)，壓裂鉆孔合理封孔長度為13m。

表1 煤體物理力學(xué)參數(shù)

3.3 脈沖射流割縫控制壓裂技術(shù)增透效果

3.3.1 壓裂范圍分析

射流割縫控制壓裂完成后，對壓裂孔和割縫孔卸壓發(fā)現(xiàn)，5個鉆孔均有帶顏色壓裂液流出，說明本次割縫控制壓裂范圍在80m以上。在瓦斯抽采鉆孔施工過程中，測定不同距離煤體瓦斯含量和含水率，試驗結(jié)果如圖6和圖7所示。壓裂完成后，壓裂孔附近煤層含水率普遍高于原始含水率，總體上呈現(xiàn)出離壓裂鉆孔越遠(yuǎn)，煤層含水率逐漸降低，并逐步趨于原始含水率；常規(guī)水力壓裂后煤層含水率恢復(fù)至原始含水率的程度更快，在40m左右基本上為煤層原始含水率。對煤層瓦斯含量變化而言，常規(guī)水力壓裂煤層后，隨距離壓裂中心越遠(yuǎn)，煤層瓦斯含量逐漸增加，且會超過原始瓦斯含量值(約20m處達(dá)到煤層原始瓦斯含量值)，但隨后逐漸降低至原始瓦斯含量。而煤層實施脈沖射流割縫控制壓裂后，在40m范圍內(nèi)煤層瓦斯含量逐漸增加，在約30m附近超過原始瓦斯含量值。其原因主要是水力壓裂過程中，高壓水會不斷驅(qū)替煤層中的瓦斯，使煤層含水量和瓦斯含水量發(fā)生變化[22，23]。此外，試驗結(jié)果對比分析表明，割縫控制壓裂技術(shù)比常規(guī)水力壓裂技術(shù)壓裂范圍更廣，提高約33%，主要原因是卸壓縫槽會改變鉆孔周圍煤體應(yīng)力分布，加上割縫鉆孔注水保壓所產(chǎn)生的孔隙水壓梯度場，使壓裂過程中水壓裂縫起裂擴展阻力更小，擴展更遠(yuǎn)。

圖6 壓裂前后煤層含水率變化規(guī)律

圖7 壓裂前后煤層瓦斯含量變化規(guī)律

3.3.2 瓦斯抽采效果考察

煤層瓦斯抽采鉆孔施工完成后，將鉆孔與抽采管道連接并進(jìn)行負(fù)壓抽采，壓裂后煤層瓦斯抽采情況分別如圖8、圖9所示。射流割縫控制壓裂后煤層瓦斯抽采純量保持在一個較高水平，平均單孔瓦斯抽采純量為0.034m3/min，累積瓦斯抽采純量為99144.26m3；常規(guī)水力壓裂后煤層單孔抽采量開始較高，約為0.02m3/min，隨后衰減迅速，平均值為0.009m3/min，累積瓦斯抽采純量為26244.83m3；而傳統(tǒng)鉆孔抽采方法的單孔抽采量一直處于相對較低值，約為0.0032m3/min，其累積瓦斯抽采純量為9331.25m3。就煤層瓦斯抽采純量而言，與常規(guī)水力壓裂技術(shù)和傳統(tǒng)鉆孔抽采技術(shù)相比，脈沖射流割縫控制壓裂技術(shù)分別提高了3.7倍和10.6倍。對瓦斯抽采濃度而言，射流割縫控制壓裂技術(shù)較長時間內(nèi)保持一個高濃度(約為76%左右)，然后才開始緩慢降低，平均濃度為73%；常規(guī)水力壓裂技術(shù)瓦斯抽采濃度前期衰減迅速，第一周到第三周從56%衰減到42%，隨后再緩慢降低，平均濃度為43%；傳統(tǒng)鉆孔抽采技術(shù)一直維持在一個相對較低的抽采濃度，平均濃度約為32%。就煤層瓦斯抽采濃度而言，射流割縫控制壓裂技術(shù)較其他兩種技術(shù)分別提高了1.7倍和2.25倍。

圖8 壓裂后煤層瓦斯單孔抽采純量

圖9 壓裂后煤層瓦斯抽采匯總濃度衰減情況

從三種技術(shù)的煤層瓦斯抽采效果可以發(fā)現(xiàn)，脈沖射流割縫控制壓裂技術(shù)不僅能降低煤層起裂壓力，有效減少壓裂對煤層頂?shù)装寮爸車锏赖牟涣加绊懀欢夷苷T導(dǎo)水壓裂縫沿割縫方向擴展，增加煤層壓裂范圍，大幅提高煤層瓦斯抽采效率，從而實現(xiàn)煤層大范圍增透和瓦斯的長時高效抽采。

4 結(jié) 論

1)結(jié)合脈沖射流沖擊破巖優(yōu)勢和縫槽-孔隙壓力場誘導(dǎo)裂紋擴展特點，提出脈沖射流割縫控制壓裂技術(shù)，并從沖擊應(yīng)力波角度分析了脈沖射流沖擊破碎煤體造縫機理，明確了脈沖射流割縫控制壓裂高效增加煤層透氣性原理：脈沖射流能充分利用每個脈沖的水錘壓力破碎煤體，有效削弱水墊效應(yīng)，提高射流破巖效率，能形成更深的縫槽；通過縫槽使煤體卸壓變形改變鉆孔周圍應(yīng)力分布，加上割縫鉆孔注水保壓所形成的孔隙壓力場，聯(lián)合誘導(dǎo)水壓主裂縫沿鉆孔割縫方向延伸擴展，在一定程度上定向控制水壓裂縫擴展，有效增加煤層透氣性。

2)理論分析了脈沖射流割縫控制壓裂技術(shù)的割縫壓力、壓裂實施壓力和壓裂鉆孔封孔長度等關(guān)鍵參數(shù)。以脈沖射流水錘壓力破碎煤體為判定準(zhǔn)則，給出了脈沖射流割縫壓力與割縫深度的關(guān)系模型；基于割縫鉆孔注水保壓形成的孔隙壓力場，得到了基于孔隙水壓梯度作用的煤體破裂臨界壓力，結(jié)果表明：由于孔隙壓力場的存在，會顯著降低煤體破裂臨界壓力；進(jìn)一步結(jié)合管路水壓損失，給出了脈沖射流割縫控制壓裂時的實施壓力；探討了壓裂過程中鉆孔最大注水壓力與封孔長度的要求，分析了壓裂鉆孔臨界封孔長度。

3)在西南某礦回風(fēng)巷開展了脈沖射流割縫控制壓裂、常規(guī)水力壓裂和傳統(tǒng)鉆孔抽采三種試驗，對比分析了三種技術(shù)的增透效果。根據(jù)壓裂后煤層瓦斯含量和含水率測定結(jié)果，割縫控制壓裂技術(shù)比常規(guī)水力壓裂技術(shù)壓裂范圍更遠(yuǎn)，提高約33%，在本試驗條件下達(dá)80m以上；與常規(guī)水力壓裂技術(shù)和傳統(tǒng)鉆孔抽采技術(shù)相比，脈沖射流割縫控制壓裂技術(shù)單孔瓦斯抽采純量和累積瓦斯抽采純量為0.034m3/min和99144.26m3，分別提高了3.7倍和10.6倍；瓦斯抽采濃度為73%，分別提高了1.7倍和2.25倍，表明脈沖射流割縫控制壓裂技術(shù)能實現(xiàn)煤層瓦斯的長時高效抽采。