项目成果主要依托项目：彬长矿区超高压水力割缝压裂与液态 CO 2 致裂灾害 治 理 综 合 技 术 研 究 项 目 （ 陕 煤 股 份 集 团 级 科 研 项 目 ， 编 号 ：

2019SMHKJ-BK-J-2）。由陕西彬长矿业集团有限公司、陕西煤业化工技术研究院有限责任公司、西安科技大学和中煤科工集团重庆研究院有限公司共同完成。

为了有效解决彬长矿区开采煤层透气性低下、瓦斯灾害治理难度大及煤层强冲击性多重显现的技术难题，避免所述灾害类型对矿井安全高效开采的消极影

响。该项目以矿井瓦斯“2-111”高效抽采为创新技术理念，将高压水力压裂技术、高压水射流割缝技术、液态 CO 2 相变增透及驱替瓦斯技术相结合，研发了超高

压水力割缝，水力预裂以及液态 CO 2 相变增透及驱替煤层瓦斯技术新工艺体系，开展了高瓦斯低透气性强冲击煤层增透泄压新工艺研究。主要分为以下六部分：

（1）煤层冲击地压产生机理及孕育机制分析

根据彬长矿区煤层开采复杂地质条件下历次冲击矿压发生显现数据，分析综放开采全煤巷道冲击类型及破坏特点。从动静载叠加破坏煤岩体机制、不同煤质

下载荷的响应特点、厚硬煤巷围岩变形力学机制以及冲击模型和判别指标等方面进行系统研究，解释分层放顶煤开采厚硬煤层巷道冲击的机制。

（2）煤层超高压水力压裂及防冲机理

建立符合煤层压裂的起裂模型，选择合适的参数，估算煤层起裂所需要的下限起裂压力；数值模拟获得不同割缝压力下煤体最大主应力分布，为现场试验提

供理论基础；建立水力压裂防冲力学模型，重点论证压裂防冲理论；根据理论结果布置压裂效果监测系统，借助监测数据证明理论结果，优化试验设计。

（3）超高压水射流割缝破煤力学机制及防冲机理分析

研究水射流力学性质，能量转换效率，对煤体的破坏作用，推导钻孔受限条件下水射流速度分布，分析水射流的破煤过程和机理；研究高压水射流割缝破煤

力学机理，建立煤体变形过程中应力、损伤与透气性表征的演化关系，针对高压水射流割缝抽采瓦斯运移数学模型。

（4）高瓦斯强冲击煤层液态 CO 2 相变增透及驱替瓦斯时效特性

数值模拟研究了煤层注液态 CO 2 过程温度场分布规律和相变特性。采用煤层注液态 CO 2 相变增透煤岩模拟实验系统，研究了温压响应条件下煤体孔裂隙

和透气性演化特性。分析高瓦斯煤层 CO 2 驱替 CH 4 关键参数，确定温压响应条件下 CO 2 驱替 CH 4 时效性，为技术工艺研发、关键参数调试与瓦斯抽采效果的

考察提供理论支撑。

（5）强冲击煤层水力割缝成套装备及工艺

针对彬长矿区主采 4#煤层赋存特征及灾害类型，实现高压泵选型、封孔技术及设备布置等关键工艺的研究，优选适用于主采煤层特征的超高压水力钻、割

一体化设备。考察不同割缝工艺参数下煤层卸压增透效果，形成适合于试验区域煤层条件的超高压水力割缝卸压增透工艺参数。试验回采工作面、掘进工作面超

高压水力割缝卸压防冲综合技术措施。

（6）高瓦斯强冲击煤层液态 CO 2 驱替瓦斯工艺研发及现场试验

结合孟村矿 4#主采煤层瓦斯赋存条件，完成液态 CO 2 相变增透及驱替瓦斯的增压泵注及 CO 2 槽车系统选型，研发液态 CO 2 压注远程监测监控系统平台，

形成一整套适合该矿区液态 CO 2 驱替瓦斯工艺技术体系，保证高瓦斯强冲击煤层液态 CO 2 相变增透技术的合理性及高效性。通过现场工程实践前后对吨煤瓦

斯含量，瓦斯抽采浓度、流量及 CO 2 浓度变化规律的考察，判定试验前后煤层瓦斯抽采效果。根据不同抽采时间段试验区域瓦斯抽采效果，判定试验区域瓦斯

抽采达标时效性，分析液态 CO 2 相变增透及驱替煤层瓦斯综合效益。