牟全斌

(中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西 西安 710054)

我國(guó)主要煤礦區(qū)高瓦斯礦井和突出礦井?dāng)?shù)量多、分布范圍廣，瓦斯災(zāi)害治理仍然是我國(guó)煤礦安全領(lǐng)域中的重大技術(shù)課題。據(jù)統(tǒng)計(jì)[1-2]，我國(guó)目前還有840處高瓦斯煤礦、719處煤與瓦斯突出煤礦，煤層滲透率僅為0.987×10-7～0.987×10-6μm2?；谖覈?guó)煤層普遍具有的高瓦斯、強(qiáng)吸附、低滲透率、非均質(zhì)性強(qiáng)等特點(diǎn)，瓦斯抽采難度極大。同時(shí)，現(xiàn)代采掘技術(shù)與裝備的迅速發(fā)展對(duì)瓦斯治理提出了更高的要求，如何實(shí)現(xiàn)低滲煤層高效瓦斯抽采是我國(guó)煤礦瓦斯治理面臨的技術(shù)性難題，也是“十四五”煤礦災(zāi)害防治領(lǐng)域重點(diǎn)攻關(guān)方向[3]。

煤儲(chǔ)層屬于典型的孔隙—裂隙型儲(chǔ)集層，瓦斯抽采存在氣體“解吸—擴(kuò)散—滲流”過程，煤體內(nèi)大量原生裂隙和次生裂隙是瓦斯流動(dòng)的主要通道，煤層瓦斯運(yùn)移能力受煤體的孔隙—裂隙結(jié)構(gòu)控制[4]。在多煤層條件下，通過保護(hù)層開采即可實(shí)現(xiàn)大范圍增透。而對(duì)于單一低滲煤層，只能采取人工措施擾動(dòng)、破壞、改造煤儲(chǔ)層原有孔隙—裂隙結(jié)構(gòu)，提高抽采影響范圍內(nèi)煤層透氣性，構(gòu)建煤層內(nèi)部?jī)?yōu)質(zhì)瓦斯運(yùn)移通道。筆者對(duì)我國(guó)單一低滲煤層井下增透技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行闡述，分析應(yīng)用中存在的主要問題，并展望總體發(fā)展趨勢(shì)和研究方向，以期為煤礦瓦斯治理和科技發(fā)展布局提供決策參考。

1 煤層增透技術(shù)原理及分類

煤體滲透率是地應(yīng)力、孔隙壓力、煤基質(zhì)收縮/膨脹以及煤體裂隙特征(裂隙大小、連通性、密度、展布特征、礦物填充等)多個(gè)因素綜合作用的結(jié)果[5]。煤層卸壓與煤體裂縫改造是低滲煤層增透2個(gè)主要的技術(shù)途徑，前者是通過改造鉆孔周圍應(yīng)力分布，形成卸壓圈，增大瓦斯流動(dòng)壓差，提高瓦斯運(yùn)移動(dòng)力。后者是利用煤體的脆性力學(xué)特征，擴(kuò)大原有裂縫或開啟新的裂縫，增大裂縫幾何規(guī)模，提高煤儲(chǔ)層縫網(wǎng)系統(tǒng)連通性，縮短瓦斯運(yùn)移距離，提高瓦斯流速。目前單一低滲煤層增透技術(shù)主要可分為水力化技術(shù)、爆破類技術(shù)、鉆探類技術(shù)以及其他新技術(shù)(表1)。

表1 單一低滲煤層增透技術(shù)分類Tab.1 Classification of enhanced permeability technology for single low permeability coal seam

2 水力化增透技術(shù)

2.1 水力壓裂技術(shù)

水力壓裂技術(shù)是利用高壓泵組通過壓裂孔向煤層中注入高壓水，當(dāng)孔內(nèi)水壓超過煤層的起裂壓力后煤體破裂產(chǎn)生裂隙，并垂直于地層最小主應(yīng)力方向延伸，本技術(shù)主要適用于以原生結(jié)構(gòu)煤、碎裂煤發(fā)育為主的煤層，成縫效果更佳。對(duì)于松軟煤層，可選擇將壓裂孔布置在緊鄰煤層頂(底)板中，利用圍巖裂縫在煤巖界面的穿層作用溝通煤層。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)水力壓裂增透機(jī)理、影響因素、注入?yún)?shù)、裂縫延伸規(guī)律等進(jìn)行了理論研究，結(jié)合定向鉆進(jìn)技術(shù)研究了定向長(zhǎng)鉆孔水力壓裂技術(shù)，提出了長(zhǎng)鉆孔整體壓裂和圍巖梳狀鉆孔分段壓裂2種技術(shù)模式[6]，最大壓裂影響半徑達(dá)到了58 m。研究了定向水力壓裂技術(shù)，提出了多孔控制定向水力壓裂技術(shù)[7]，通過實(shí)施先割縫后壓裂的方法提出了基于定向槽的定向水力壓裂技術(shù)[8]，利用定向槽和控制鉆孔的共同作用將煤體壓穿。并提出了高壓脈動(dòng)水力壓裂卸壓增透技術(shù)[9]，利用脈動(dòng)水力壓裂使煤體產(chǎn)生疲勞破壞，從而疏通裂隙。研究了表面活性劑壓裂煤層輔助增透技術(shù)[10]，開展了重復(fù)壓裂[11]、加砂(骨料)壓裂[12]等技術(shù)試驗(yàn)。研制了井下專用遠(yuǎn)程操控水力壓裂泵組，最高壓力可達(dá)70 MPa，最大排量>1.0 m3/min。在壓裂工具及工藝方面，發(fā)明了由注水器、封孔膠囊等組成的井下短鉆孔分段壓裂裝置[13]，發(fā)明了長(zhǎng)鉆孔分段壓裂快速坐封裝置，探索了井下雙封單卡、水力噴孔分段壓裂工藝，并試驗(yàn)了大地電場(chǎng)巖性探測(cè)(CYT)、微震和瞬變電磁法等壓裂效果考察技術(shù)[14-15]。

2.2 水射流割縫技術(shù)

水射流割縫技術(shù)是利用高壓水射流切割鉆孔周圍的煤體，在孔壁產(chǎn)生多條縫槽并排出煤粉，提高鉆孔周圍煤層滲透性，本技術(shù)適用于順層鉆孔或穿層鉆孔作業(yè)，對(duì)煤層條件無特殊要求。在基礎(chǔ)理論方面，提出了高壓水射流破巖的水錘作用、應(yīng)力波作用、沖擊作用、水楔作用、空化作用機(jī)理。李曉紅團(tuán)隊(duì)[16]進(jìn)行了自激振蕩水射流增透技術(shù)研究，對(duì)普通水射流割縫技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，提出了高壓磨料水力射流割縫技術(shù)，設(shè)計(jì)了利用射流泵原理抽吸和混合磨料實(shí)現(xiàn)水射流連續(xù)加料的系統(tǒng)[17]，實(shí)現(xiàn)了前混合磨料水射流的連續(xù)高效作業(yè)，并在噴嘴形狀設(shè)計(jì)及優(yōu)化方面做了大量的研究[18]。姜文忠等[19]開展了三維高壓旋轉(zhuǎn)水射流技術(shù)及裝置研究，通過鉆桿軸向旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)裝有導(dǎo)向葉輪的旋轉(zhuǎn)水射流噴頭，形成三維旋轉(zhuǎn)水射流。為了提高了水射流破煤巖的效率，開發(fā)了高壓水射流割縫網(wǎng)格化增透技術(shù)及“鉆—割—抽”一體化設(shè)備[20-21]，研究了高壓氣液兩相射流破煤技術(shù)[22]，并開展了超高壓水射流割縫技術(shù)及裝置研究[23]，割縫壓力達(dá)到100 MPa，割縫半徑達(dá)到1.78～2.18 m。

2.3 水力沖孔技術(shù)

水力沖孔技術(shù)是利用高壓水對(duì)煤體的沖擊作用，對(duì)鉆孔周圍煤體進(jìn)行沖刷、運(yùn)移，形成孔洞，達(dá)到孔洞附近煤層卸壓增透的效果，該技術(shù)主要適用于煤體堅(jiān)固性系數(shù)f<0.5的煤層條件。前人研究了水力沖孔工藝流程并提出了最佳破煤水壓值估算公式[24]，探索了新型順煤層鉆孔水力沖孔技術(shù)并在陽(yáng)泉礦區(qū)進(jìn)行了試驗(yàn)[25]，提出了利用抽采套管和壓風(fēng)管排水排渣的下向鉆孔水力沖孔工藝[26]，分析了水力沖孔的卸壓增透效果和孔徑變化規(guī)律[27]，研究了水力沖孔過程中注氣驅(qū)替工藝和防堵孔技術(shù)。近年來，圍繞如何提高沖孔效果和提高作業(yè)效率，發(fā)明了多級(jí)破煤沖孔裝置[28]，研制了沖/壓一體化作業(yè)機(jī)[29]、連續(xù)沖孔作業(yè)機(jī)[30]等，并提出了“鉆—沖”一體化增透作業(yè)技術(shù)，研制了配套的沖孔泵車、“鉆—沖”一體化鉆頭、煤水分離車，雙通道鉆桿等設(shè)備(圖1)，此外，在水力沖孔數(shù)值模擬、影響半徑測(cè)定、參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)、效果考察、孔洞形態(tài)變化研究等方面也進(jìn)行了大量研究。

圖1 井下“鉆—沖”一體化水力沖孔關(guān)鍵裝備Fig.1 Key equipment of underground "drilling punching" integrated hydraulic punching

3 爆破類技術(shù)

3.1 深孔爆破技術(shù)

深孔爆破技術(shù)是利用爆炸作用對(duì)鉆孔周圍煤體產(chǎn)生物理破壞，誘導(dǎo)產(chǎn)生裂隙網(wǎng)絡(luò)以提高煤層透氣性，主要包括松動(dòng)爆破、深孔聚能爆破和深孔預(yù)裂爆破技術(shù)等，本技術(shù)適用于煤體堅(jiān)固性系數(shù)f>0.3的煤層條件。目前已研制成功了水膠藥柱、裝藥管和封孔器等，解決了裝藥、封孔等關(guān)鍵技術(shù)?；趯?duì)鉆孔布置、裝藥、封孔、起爆等程序的研究，形成了完整的聚能爆破工藝[31]。研究了含硬夾矸煤層多向聚能爆破技術(shù)[32]，并研究了利用水膠藥柱在煤層深孔中爆破致裂技術(shù)[33]，設(shè)計(jì)了水膠藥柱的結(jié)構(gòu)，保障了不耦合裝藥的可靠傳爆性。此外，在深孔預(yù)裂爆破技術(shù)的基礎(chǔ)上提出了定向爆破增透技術(shù)[34]，在實(shí)現(xiàn)煤層增透的同時(shí)保護(hù)了圍巖。

3.2 CO2相變致裂技術(shù)

河南理工大學(xué)引入Cardox CO2爆破系統(tǒng)并進(jìn)行改進(jìn)，研究了低滲煤層CO2相變致裂技術(shù)及爆破致裂器(圖2)，主要適用于煤體堅(jiān)固性系數(shù)f>0.3的煤層條件。原理是在致裂器儲(chǔ)液管內(nèi)充裝液態(tài)CO2，激活發(fā)熱裝置使儲(chǔ)液管內(nèi)CO2受熱快速氣化膨脹。當(dāng)CO2氣流壓力超過定壓剪切片閾值后由釋放管出氣孔急速?zèng)_出沖擊破壞煤體，在煤體中產(chǎn)生宏觀裂隙及損傷區(qū)，形成新的裂隙網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)煤層增透。目前已在液態(tài)CO2充裝設(shè)備研發(fā)、爆破能量當(dāng)量計(jì)算、布孔參數(shù)設(shè)計(jì)等方面取得了突破[35-36]，并研發(fā)了定向裝置，形成了低滲煤層液態(tài)CO2相變定向射孔致裂增透技術(shù)[37]。

圖2 CO2爆破致裂器組成結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of CO2 blasting device

3.3 高壓空氣爆破致裂增透技術(shù)

高壓空氣爆破致裂增透技術(shù)是利用被壓縮的高能氣體突然釋放產(chǎn)生的沖擊波效應(yīng)破壞煤體，高壓空氣作用于鉆孔周圍煤體形成高壓空氣應(yīng)力波，煤體受到拉、壓、剪等應(yīng)力混合作用破壞，形成新的裂隙網(wǎng)絡(luò)，本技術(shù)主要適用于煤體堅(jiān)固性系數(shù)f>0.5的煤層條件。煤科集團(tuán)沈陽(yáng)研究院研制了成套技術(shù)與裝備(圖3)，具備高壓帶壓作業(yè)中的遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測(cè)功能，爆破壓力最高達(dá)到70 MPa，可單點(diǎn)/多點(diǎn)爆破作業(yè)，形成了以鉆孔選址、鉆孔施工、爆破系統(tǒng)連接、爆破筒置入、封孔、起爆為主的高壓空氣爆破致裂增透工藝[38-39]。

圖3 高壓空氣爆破致裂系統(tǒng)Fig.3 System of high pressure air blasting

3.4 電脈沖可控沖擊波技術(shù)

該技術(shù)利用電脈沖可控沖擊波釋放的能量，通過破裂、撕裂、高彈性波擾動(dòng)等方式重復(fù)作用于煤儲(chǔ)層，形成與孔隙溝通的裂隙或裂紋，有效溝通煤儲(chǔ)層中孔隙和裂隙網(wǎng)絡(luò)，改善煤儲(chǔ)層滲透性。目前已研制了可控沖擊波產(chǎn)生裝置(圖4)，形成了作業(yè)工藝流程[40-41]，通過研究循環(huán)高壓電脈沖沖擊作用下煤中微裂隙發(fā)育的煤級(jí)與載荷響應(yīng)特征，認(rèn)為在低能量條件下對(duì)低煤級(jí)煤效果更好[42]。作業(yè)過程要求孔中注水，啟動(dòng)孔外控制器為儲(chǔ)能電容器充電，能量控制器將電容器中儲(chǔ)存的電能瞬間傳遞給能量轉(zhuǎn)換器，形成沖擊波能量作用到煤層，以“單點(diǎn)多次、多點(diǎn)連續(xù)”的方式對(duì)煤層進(jìn)行增透改造。

圖4 可控沖擊波產(chǎn)生裝置示意Fig.4 Schematic of controllable shock wave device

4 鉆探類增透技術(shù)

4.1 大直徑鉆孔增透技術(shù)

大直徑鉆孔增透技術(shù)是通過特殊的鉆具及鉆探工藝，增大鉆孔直徑，擴(kuò)大鉆孔卸壓范圍，實(shí)現(xiàn)鉆孔周圍煤體增透，主要適用于非突出煤層及已采用防突措施的突出煤層，對(duì)于中硬、硬煤層效果更佳。施工可采用一次性成孔或多級(jí)擴(kuò)孔工藝。目前已形成大直徑鉆孔施工關(guān)鍵裝備及成孔工藝[43]，進(jìn)行了一次性擴(kuò)孔和二次分級(jí)擴(kuò)孔試驗(yàn)，在本煤層中一次性完成了孔徑φ650 mm、最大孔深48 m的大直徑鉆孔，發(fā)明了可開閉的φ300/153 mm連桿式回拉擴(kuò)孔鉆頭[44]，通過調(diào)節(jié)泥漿泵流量控制擴(kuò)孔刀翼，實(shí)現(xiàn)了提鉆與擴(kuò)孔作業(yè)同步作業(yè)，提高了多級(jí)擴(kuò)孔施工效率。并開發(fā)了松軟煤層條件大孔徑套管鉆進(jìn)技術(shù)及配套裝置[45]。

4.2 井下短半徑側(cè)鉆增透技術(shù)

利用鉆機(jī)施工先導(dǎo)孔作為母孔，通過轉(zhuǎn)向器使鉆頭以小區(qū)率半徑快速進(jìn)入煤層，借助水射流的反噴作用力推動(dòng)鉆頭鉆進(jìn)，形成自進(jìn)式水力噴射“樹狀”鉆孔的子孔，改變轉(zhuǎn)向器位置和方位，在煤層中形成多層“樹狀”抽采孔網(wǎng)(圖5)，大范圍有效聯(lián)通裂隙，提高煤層滲透率。此外，可利用蛇骨狀柔性鉆桿實(shí)現(xiàn)煤層中短半徑強(qiáng)造斜鉆進(jìn)，通過調(diào)整方向在煤層中形成多個(gè)輻射狀分支孔，實(shí)現(xiàn)煤層較大范圍增透。本技術(shù)主要適用于松軟低滲煤層條件。

圖5 井下樹狀鉆孔系統(tǒng)示意Fig.5 Schematic of tree borehole system in underground

5 其他新技術(shù)

近年來，國(guó)內(nèi)學(xué)者研究了注液氮冷加載、注熱蒸汽、微波輻射等熱加載、高功率超聲波激勵(lì)、掏煤造穴、變頻氣動(dòng)致裂等增透新技術(shù)，冷加載使煤體原生裂隙結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷和擴(kuò)展，并沿層理方向延伸，提高裂縫的寬度和規(guī)模，熱加載使煤體基質(zhì)產(chǎn)生熱膨脹而引發(fā)熱開裂，促進(jìn)煤體微裂隙擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)煤體擴(kuò)孔增滲。高功率超聲波可提高煤體孔隙中的大孔數(shù)量，增大煤體有效孔隙度。掏煤造穴是利用機(jī)械造穴工藝或地面鉆孔空氣動(dòng)力重復(fù)激勵(lì)等方式破壞煤層，掏出煤體并形成洞穴，通過改造煤層體積實(shí)現(xiàn)卸壓增透。變頻氣動(dòng)致裂是利用氣體的高度擴(kuò)散性并通過低壓變頻抽壓交替力學(xué)作用，使煤體裂隙產(chǎn)生疲勞擴(kuò)展。此外，還提出了利用向煤層注入化學(xué)酸液溶蝕煤體中碳酸鹽礦物充填物，疏通煤層裂隙通道的化學(xué)增滲技術(shù)。

6 存在問題

6.1 基礎(chǔ)理論研究薄弱

鑒于煤儲(chǔ)層特殊的物理屬性和井下復(fù)雜的應(yīng)力條件，對(duì)各種增透技術(shù)的微觀作用機(jī)理、適用條件、時(shí)效特征研究不足，對(duì)采掘擾動(dòng)和人工增透改造雙重條件下煤儲(chǔ)層裂隙演化規(guī)律認(rèn)識(shí)不清，對(duì)應(yīng)力場(chǎng)、裂隙場(chǎng)、瓦斯場(chǎng)、溫度場(chǎng)等多場(chǎng)多相耦合機(jī)理研究不夠，對(duì)煤體裂縫形成機(jī)制、延展規(guī)律及閉合特征認(rèn)識(shí)不足，對(duì)增透后瓦斯解吸、富集與運(yùn)移規(guī)律尚不明晰，對(duì)煤體滲透率全時(shí)空演化規(guī)律缺乏定量研究。

6.2 核心技術(shù)及裝備亟需完善與提升

井下水力壓裂排量小，整孔壓裂時(shí)難以形成有效應(yīng)力集中，井下加支撐劑困難，清水壓裂裂縫規(guī)模小、易閉合，且缺乏成熟的長(zhǎng)鉆孔孔中快速分段及多段連續(xù)壓裂作業(yè)技術(shù)及裝備，增透范圍分布不均衡，軟煤增透效果差。水射流割縫和水力沖孔影響范圍有限且裂隙易被煤粒充填，對(duì)于近水平孔和下向孔排渣困難，在硬煤、含夾矸等煤層條件下，純水射流切割深度淺。而磨料射流、空化射流、氣液兩相射流等技術(shù)尚不成熟。深孔爆破、液態(tài)CO2增透技術(shù)受爆破器材管控、“拒爆”處理難、影響范圍小，軟煤中爆破能量耗散過快，裂隙受地應(yīng)力作用易逐漸閉合。電脈沖可控沖擊波技術(shù)對(duì)井下復(fù)雜地質(zhì)條件適應(yīng)性不夠，作業(yè)流程復(fù)雜。高壓空氣爆破產(chǎn)生的壓力較低、僅在壓力釋放點(diǎn)附近致裂煤體。鉆探類技術(shù)對(duì)于地質(zhì)條件要求嚴(yán)格，大直徑鉆孔成孔深度有限，軟煤中作業(yè)易誘導(dǎo)突出，且鉆孔出渣量大，施工效率低，缺乏有效的“鉆—護(hù)”一體化技術(shù)。短半徑側(cè)鉆技術(shù)存在母孔中開窗難、煤層中鉆孔軌跡控制難、退鉆難等缺陷。而其他新技術(shù)多處于基礎(chǔ)研究和前期試驗(yàn)階段，技術(shù)成熟度低。

6.3 集成化、協(xié)同化、安全化、智能化程度低

目前各類增透技術(shù)僅凸顯了單個(gè)技術(shù)層面的突破，技術(shù)的集成化程度低，和采掘、支護(hù)、運(yùn)輸、通風(fēng)、監(jiān)控等系統(tǒng)協(xié)同化程度低?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)依靠人工近距離操作，在瓦斯富集區(qū)作業(yè)時(shí)，易發(fā)生噴孔甚至誘導(dǎo)突出。智能化水平低，缺乏增透作業(yè)專用的特種機(jī)器人，難以滿足未來智能化、無人化礦井建設(shè)的要求。

7 發(fā)展趨勢(shì)

7.1 提高單項(xiàng)增透技術(shù)的有效性

(1)在水力壓裂增透技術(shù)方面，重點(diǎn)研發(fā)井下大排量、小型化、智能化壓裂設(shè)備，研究井下加砂壓裂關(guān)鍵技術(shù)與裝備，研究具備快速分段和連續(xù)作業(yè)功能的長(zhǎng)鉆孔壓裂技術(shù)及工藝，研制易回收、低成本、長(zhǎng)壽命的孔中壓裂工具，研究單孔重復(fù)壓裂技術(shù)及多孔同步壓裂技術(shù)，研究煤層—圍巖聯(lián)合壓裂縫網(wǎng)改造技術(shù)，研究井下定向可控壓裂技術(shù)，研究基于精細(xì)物探技術(shù)的水力壓裂效果監(jiān)測(cè)技術(shù)。

(2)在水射流割縫技術(shù)方面，優(yōu)化噴嘴參數(shù)設(shè)計(jì)，研究不同煤層條件下最佳作業(yè)參數(shù)，研究定向割縫技術(shù)工藝。提高割縫深度和排渣效果，完善磨料射流、空化射流、氣液兩相射流等新技術(shù)工藝。

(3)在水力沖孔技術(shù)方面，研究長(zhǎng)鉆孔多點(diǎn)水力沖孔增透技術(shù)，研究“鉆、沖、運(yùn)、護(hù)、抽”一體化協(xié)同作業(yè)技術(shù)，研究洞穴形態(tài)及尺寸定量描述技術(shù)，完善孔外水、渣分離和快速清運(yùn)技術(shù)，研究近水平鉆孔及下向鉆孔沖孔排水排渣技術(shù)。

(4)在爆破增透技術(shù)研究方面，研究爆破間距、時(shí)間間隔、爆破能量、爆破次數(shù)等關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，提高起爆方式的穩(wěn)定性和可靠性，增大致裂影響半徑，研究定向爆破致裂增透技術(shù)。

(5)在鉆探類增透技術(shù)方面，研究大直徑一次性快速成孔及配套的防噴、護(hù)孔技術(shù)，研究井下多分支長(zhǎng)鉆孔增透技術(shù)，研究碎軟煤層條件增透孔段局部飛管護(hù)孔技術(shù)，研究短半徑側(cè)鉆快速定向開窗技術(shù)，研究徑向水平分支孔軌跡精準(zhǔn)測(cè)量與控制技術(shù)。

7.2 發(fā)展復(fù)合型增透技術(shù)

開展多種增透方式的聯(lián)合，實(shí)現(xiàn)不同增透手段的集成化和多元化，形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。比如開展水力壓裂—深孔預(yù)裂爆破聯(lián)合增透技術(shù)、高能氣體壓裂與水力壓裂聯(lián)作技術(shù)、鉆擴(kuò)一體化與水力壓裂聯(lián)合增透技術(shù)、水力割縫和水力壓裂聯(lián)合增透技術(shù)、機(jī)械造穴與水力沖孔聯(lián)合增透技術(shù)、水力沖孔與CO2聯(lián)合增透技術(shù)、機(jī)械造穴與水力割縫聯(lián)合增透、化學(xué)增透與水力壓裂聯(lián)合增透技術(shù)等方面的研究。

7.3 發(fā)展井上下聯(lián)合壓裂區(qū)域化增透技術(shù)

從地面向井下采區(qū)(盤區(qū))、工作面巷道施工少量鉆孔，采用定向鉆進(jìn)技術(shù)在煤層或圍巖施工長(zhǎng)鉆孔，開發(fā)基于“地面大功率壓裂泵車+井下長(zhǎng)鉆孔”的聯(lián)合壓裂模式，實(shí)現(xiàn)“孔群”區(qū)域化增透。其關(guān)鍵技術(shù)有：①地面垂直井與煤礦井巷精準(zhǔn)貫通技術(shù)；②井下長(zhǎng)鉆孔地質(zhì)導(dǎo)向精準(zhǔn)鉆進(jìn)技術(shù)；③井下連續(xù)管壓裂作業(yè)裝備研制；④井下長(zhǎng)鉆孔快速分段與射孔—壓裂聯(lián)作技術(shù)；⑤井下群孔條件下孔口閥組遠(yuǎn)程控制技術(shù)；⑥井上下協(xié)同作業(yè)技術(shù)。

7.4 發(fā)展深部復(fù)雜地質(zhì)條件煤層增透技術(shù)

我國(guó)東部主要煤礦區(qū)已轉(zhuǎn)入深部開采，瓦斯賦存條件更為復(fù)雜，煤巖非線性非均勻物理屬性更加明顯，高地應(yīng)力、高地溫、高巖溶水壓、強(qiáng)吸附性和強(qiáng)開采擾動(dòng)特征更為顯著，受深部地應(yīng)力和采礦活動(dòng)引起的“加載”與“卸荷”效應(yīng)，鉆孔周圍出現(xiàn)蝶形塑性區(qū)，構(gòu)建人工瓦斯流動(dòng)通道更加困難，亟待開展深部復(fù)雜條件煤層增透改造關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。

7.5 發(fā)展協(xié)同化、智能化、無人化增透技術(shù)

在大數(shù)據(jù)、云技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術(shù)引領(lǐng)下，基于多源海量瓦斯地質(zhì)數(shù)據(jù)探測(cè)、處理、融合與驅(qū)動(dòng)，構(gòu)建礦井三維動(dòng)態(tài)地質(zhì)幾何模型和透明地質(zhì)保障系統(tǒng)，甄選最佳增透技術(shù)及工藝，優(yōu)化施工參數(shù)。在獲取海量鉆探、物探、化探數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，充分利用現(xiàn)代數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的先進(jìn)成果，與井下智能鉆探、封孔、連抽等環(huán)節(jié)協(xié)同作業(yè)，使用遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)和專家決策系統(tǒng)等智能化工具，實(shí)現(xiàn)煤層增透作業(yè)過程中的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與調(diào)控、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸、互饋，形成統(tǒng)一的模擬分析及輔助決策一體化智能增透作業(yè)平臺(tái)，加強(qiáng)井下遠(yuǎn)程化、智能化、無人化增透技術(shù)及裝備體系的研發(fā)。

7.6 建立完善的單一低滲煤層增透技術(shù)體系

基于井下單一低滲煤層增透全生命周期理念，對(duì)增透地質(zhì)條件評(píng)價(jià)、技術(shù)優(yōu)選、工程總體設(shè)計(jì)、工藝及關(guān)鍵參數(shù)優(yōu)化、效果考察及評(píng)價(jià)、抽采管理等環(huán)節(jié)進(jìn)行系統(tǒng)性研究，對(duì)增透前、增透中、增透后全過程進(jìn)行梳理，完善配套的監(jiān)測(cè)監(jiān)控、安全保障技術(shù)，制定單一低滲煤層增透技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，建立一套完善的煤礦井下單一低滲煤層增透技術(shù)體系。