煤田地质与勘探

作者：李毛, 范新川, 符辉,

关键词：煤层增透, 胶囊二氧化碳, 相变致裂, 超临界二氧化碳, 致裂半径, 瓦斯抽采,

目的和方法针对低渗透性煤层开采受限于瓦斯含量高、压力大且抽采效率低等工程难题，研究了低渗煤层胶囊二氧化碳相变致裂煤层增透技术，该技术利用二氧化碳在高压环境下转变为超临界状态的特性，通过胶囊封装临界二氧化碳放入导管内，然后由导管放置到煤层内部，并通过加热爆破启动装置触发相变爆破。使液态二氧化碳迅速气化并膨胀，产生高压冲击波，实现对煤层产生预裂作用。致裂过程不产生火花，易在煤层中形成裂隙，提高煤层的透气性。结果和结论(1) 这项技术能够有效地增加煤层的裂隙网络，显著提升煤层的透气性。通过测算每个1.4 kg胶囊液态二氧化碳量在发生相变致裂时，其爆炸威力等同于243克TNT的爆炸当量。二次致裂后，其影响半径逐渐增大，显示出良好的时效性。(2) 现场应用效果证实了该技术提升瓦斯抽采纯量2~4倍，甲烷体积分数增加2~3倍，致裂影响半径提升了1.5~2.0倍。现场监测瓦斯抽采钻孔在 18、30、60、90及 120 d的瓦斯抽采效果，发现抽采影响半径随着抽采时间的增加而递增。初期增速明显，随后增幅逐渐减小；随着时间延续，抽采影响半径增长幅度趋于平缓，与抽采时间的关系渐趋稳定，致裂后实测有效抽采半径在2.45~4.95 m，证实该技术在煤层瓦斯抽采中具备良好的时效性与持续性。(3) 在进行致裂处理后，研究区域内煤层透气性系数显著增加，由之前的0.009 6 m2/(MPa2·d)提升至0.577 m2/(MPa2·d)。此外，由于二氧化碳作为致裂介质，可以来源于工业排放或封存的二氧化碳，因此，这该项技术是一种绿色的增透手段，具有重要的环境和社会效益。

来源：2025年第5期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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