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第1章 绪论1

1.1概述1

1.2煤层气资源概况及开发现状3

1.2.1国外煤层气的资源分布和开发现状3

1.2.2我国煤层气资源情况及储层特点5

1.3国内外煤层增透理论与技术研究现状7

1.3.1钻孔卸压增透法7

1.3.2高能液体扰动卸压增透法7

1.3.3爆生气体扰动卸压增透技术10

1.4水力化增透理论与技术10

1.4.1水射流增透技术11

1.4.2水力压裂技术12

1.5煤矿井下水力化增透技术展望15

1.5.1水力化增透理论15

1.5.2水力化增透技术多元化发展16

1.5.3水力化增透装备智能化发展17

1.6参考文献18

第2章 高压水射流造缝增透理论20

2.1水射流冲击动力学理论20

2.1.1水射流基本理论21

2.1.2水射流结构特征22

2.1.3水射流冲击特征27

2.2高压水射流瞬态动力学特性43

2.2.1水射流冲击靶板的实验方案设计43

2.2.2水射流冲击靶板的数值模拟研究53

2.2.3水射流冲击靶板的过程分析63

2.2.4水射流冲击靶板后的流体运动状态分析78

2.2.5射流速度对冲击特性的影响分析86

2.2.6水射流形状对冲击特性的影响分析98

2.2.7靶板角度对冲击特性的影响分析100

2.3高压水射流冲击破碎岩石机理研究101

2.3.1水射流冲击破岩机理分析102

2.3.2水射流破岩实验研究111

2.4高压水射流导引钻头破硬岩机理研究140

2.4.1高压水射流导引钻头破硬岩方法140

2.4.2高压水射流导引钻头破硬岩机理143

2.4.3高压水射流导引钻头破硬岩实验158

2.5高压水射流增透抽采理论163

2.5.1高压水射流冲击煤体动态损伤特征163

2.5.2高压水射流造缝卸压效应164

2.5.3空化声震效应强化瓦斯解吸渗流机理178

2.5.4高压水射流造缝对煤层渗透率的影响188

2.6参考文献194

第3章 高压水射流造缝增透成套装备198

3.1高压水射流造缝增透成套装备组成198

3.2磨料射流辅助破硬岩钻头198

3.2.1磨料射流导引钻头研制198

3.2.2磨料射流导引钻头穿硬岩层钻进工艺200

3.3自动切换式切缝器202

3.3.1煤层割缝器喷嘴结构设计203

3.3.2割缝器喷嘴布置方式优化设计203

3.4高压密封输水器206

3.5高压密封钻杆208

3.5.1高压水密封钻杆208

3.5.2高压密封双动力螺旋排渣钻杆209

3.6气渣分离装置210

3.7参考文献212

第4章 高压水射流网格化造缝增透技术213

4.1高压水射流造缝增透关键参数213

4.1.1破煤岩压力213

4.1.2破煤岩流量216

4.1.3喷嘴直径219

4.1.4喷嘴转速和切割时间221

4.1.5抽采半径224

4.1.6割缝工艺228

4.2工程应用230

4.2.1快速石门揭煤技术230

4.2.2穿层钻孔预抽煤巷条带瓦斯技术238

4.2.3煤巷掘进钻割一体化技术241

4.2.4顺层钻孔预抽煤层瓦斯技术245

4.3参考文献247

第5章 煤矿井下水力压裂增透技术248

5.1不同类型煤体的起裂机理248

5.1.1适用于水力压裂的煤体结构划分248

5.1.2原生结构煤体的起裂机理251

5.1.3碎裂结构煤体的起裂机理255

5.1.4碎粒及糜棱结构煤体的起裂机理259

5.2煤层水压裂缝扩展规律265

5.2.1天然裂缝对煤层水压裂缝扩展的影响266

5.2.2煤岩交界面对煤层水压裂缝扩展的影响273

5.2.3断层对煤层水压裂缝扩展的影响282

5.3参考文献292

第6章 煤矿井下射流割缝复合水力压裂增透技术293

6.1射流割缝复合水力压裂裂缝起裂机理293

6.1.1射流割缝复合水力压裂煤体起裂准则293

6.1.2射流割缝降低煤层起裂压力研究297

6.1.3射流割缝与未割缝压裂起裂压力数值分析301

6.1.4射流割缝复合水力压裂裂缝起裂位置306

6.2射流割缝复合水力压裂裂缝扩展规律309

6.2.1射流割缝复合水力压裂裂缝扩展规律分析309

6.2.2射流割缝复合水力压裂裂缝扩展数值分析314

6.3射流割缝复合水力压裂增透机理316

6.3.1水压裂缝闭合机理316

6.3.2水压裂缝内瓦斯渗流规律323

6.3.3射流割缝复合水力压裂瓦斯富集规律326

6.4煤层清洁压裂液增透抽采机理研究328

6.4.1压裂液研究现状328

6.4.2清洁压裂液性能329

6.4.3清洁压裂液促进煤层瓦斯渗流330

6.4.4清洁压裂液增加煤层瓦斯抽采机理335

6.5煤矿井下射流割缝复合水力压裂工艺与装备339

6.5.1射流割缝复合水力压裂钻孔布孔原则339

6.5.2钻孔施工安全防护装置研制341

6.5.3射流割缝复合水力压裂钻孔封孔材料及工艺347

6.5.4井下射流割缝复合水力压裂设备优选及改造354

6.5.5井下射流割缝复合水力压裂施工参数优化设计358

6.5.6井下射流割缝复合水力压裂施工工艺要点359

6.6煤矿井下射流割缝复合水力压裂评价方法360

6.6.1瞬变电磁法360

6.6.2瓦斯含量法364

6.7参考文献367

第7章 煤矿井下射流割缝复合水力压裂现场应用369

7.1射流割缝复合水力压裂与常规压裂对比试验369

7.1.1试验地点概况369

7.1.2压裂孔布置方案370

7.1.3试验结果分析372

7.2石门揭煤射流割缝复合水力压裂增透抽采技术375

7.2.1石门揭煤射流割缝复合水力压裂增透抽采技术概述375

7.2.2石门揭煤射流割缝复合水力压裂现场试验375

7.3掘进条带射流割缝复合水力压裂增透抽采技术386

7.3.1掘进条带射流割缝复合水力压裂增透抽采技术概述386

7.3.2掘进条带射流割缝复合水力压裂现场试验387

7.4本煤层射流割缝复合水力压裂增透抽采技术397

7.4.1本煤层射流割缝复合水力压裂增透抽采技术概述397

7.4.2本煤层射流割缝复合水力压裂现场试验398

7.5参考文献404

彩图405