任仲久

(1.中煤科工集團(tuán)沈陽研究院有限公司，遼寧 撫順 113122；2.煤礦安全技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 撫順 113122)

在我國(guó)，煤炭資源穩(wěn)定供給是保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的壓艙石。隨著淺部煤炭資源枯竭，我國(guó)煤礦的開采深度逐年增加，地應(yīng)力逐漸增大，煤層中瓦斯含量和壓力升高，但透氣性較差，瓦斯抽采難度增大，突出危險(xiǎn)性提高[1]。高原始瓦斯含量、煤層透氣性差、煤層松軟等因素嚴(yán)重制約了瓦斯抽采效率，為有效地抽出瓦斯，因此需要通過強(qiáng)化措施對(duì)煤層進(jìn)行增透[2]。

應(yīng)力分布狀態(tài)、鉆孔直徑的大小及其四周裂隙發(fā)育程度等因素不同程度地影響著瓦斯抽采[3]。采用大直徑鉆孔通過加大鉆孔直徑來提高四周裂隙暴露面積、發(fā)育程度和卸壓范圍，抽采影響半徑隨之?dāng)U大，有效促進(jìn)瓦斯抽采[4]。但大直徑鉆孔方法難以應(yīng)用于松軟低透氣性煤層，在鉆機(jī)施鉆過程中易出現(xiàn)坍孔、卡鉆、成孔距離小和鉆機(jī)負(fù)荷過大等難題[5]。高壓旋轉(zhuǎn)水射流擴(kuò)孔技術(shù)是對(duì)穿層鉆孔擴(kuò)孔增透的一種有效途徑，在于高壓水射流一直沖割鉆孔內(nèi)煤，直至孔外出現(xiàn)大量煤屑[6-8]。煤層中水和瓦斯的賦存狀態(tài)及流動(dòng)規(guī)律與煤巖體的結(jié)構(gòu)特征及孔隙-裂隙發(fā)育密切相關(guān)[9]。煤層中裂隙越發(fā)育，且相互連通，煤層的透氣性越好[10]。煤體在施鉆后產(chǎn)生破壞，彈性變形區(qū)產(chǎn)生在離鉆孔較近位置，塑性軟化區(qū)次之，則卸壓破裂區(qū)相對(duì)鉆孔距離較遠(yuǎn)[11]。以往研究表明鉆孔周圍巖石塑性區(qū)半徑隨偏應(yīng)力增加而增大，隨內(nèi)摩擦角或巖石內(nèi)聚力的增加而減小，隨鉆孔直徑增大而線性增大[12]。

為了提高煤層的透氣性，增加瓦斯采出率，我國(guó)的沁水盆地、鄂爾多斯盆地等地面瓦斯抽采區(qū)現(xiàn)已應(yīng)用水力壓裂技術(shù)[13]。汪東[14]等提出了水力切槽及脈沖水力壓裂的聯(lián)合煤層增透技術(shù)，目的在于使煤層透氣性增大，瓦斯有效抽采率提高，現(xiàn)已應(yīng)用于陽泉礦區(qū)。王耀鋒[15]等提出了聯(lián)合卸壓煤層增透技術(shù)，具體實(shí)施方案是多孔同步壓裂，通過RFPA2D-Flow對(duì)其進(jìn)行模擬，并且分析了煤層水力裂縫隨誘導(dǎo)應(yīng)力場(chǎng)的作用規(guī)律。陳玉濤[16]等采用了水力壓裂和深孔預(yù)裂爆破聯(lián)合增透技術(shù)，在魯班山北礦152底板巷道對(duì)8號(hào)煤層予以應(yīng)用。李艷增[17]等提出了導(dǎo)向槽定向水力壓裂技術(shù)，現(xiàn)已應(yīng)用并提高了煤層的透氣性和瓦斯采出率，達(dá)到防突效果。

針對(duì)目前關(guān)于水射流擴(kuò)孔導(dǎo)向槽的空間幾何形態(tài)、力學(xué)機(jī)制尚不明確，本文將理論計(jì)算煤層段擴(kuò)孔后塑性區(qū)分布，分析穿層鉆孔煤層段水壓裂縫的起裂與擴(kuò)展，研發(fā)導(dǎo)向槽定向水力壓裂煤層增透裝備，用以提高煤層透氣性，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，以期提高瓦斯預(yù)抽采率，保障煤礦安全開采。

1 導(dǎo)向槽定向水力壓裂煤層增透的力學(xué)機(jī)制

1.1 水射流擴(kuò)孔導(dǎo)向槽的空間幾何形態(tài)

導(dǎo)向槽定向水力壓裂煤層增透技術(shù)可以大幅度提高采出率，縮短抽采時(shí)間。具體實(shí)施步驟：在煤中預(yù)設(shè)導(dǎo)向槽，通過射流深穿透射孔、分支鉆孔、水力割縫等方法實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)并對(duì)其水力壓裂；其次導(dǎo)向槽鉆孔和控制鉆孔附近存在大量煤，將其同時(shí)壓裂，直至這兩部分煤連通至裂隙貫穿，鉆孔附近的煤屑會(huì)被大量高壓水噴出；保證卸壓增透效果，將控制鉆孔和導(dǎo)向槽鉆孔與抽采系統(tǒng)連通，其有效地控制壓裂方向，大幅度提高采出率，縮短抽采時(shí)間。導(dǎo)向槽定向水力壓裂如圖1所示[18，19]。

利用水射流方法對(duì)穿層鉆孔煤層段進(jìn)行擴(kuò)孔，使得煤中產(chǎn)生形似圓柱孔洞?？锥吹目臻g幾何形態(tài)如圖2所示，塑性區(qū)的范圍在進(jìn)行擴(kuò)孔之后需要定性分析，為計(jì)算簡(jiǎn)便，采用仰角90°垂直煤層底板向上打穿層鉆孔。煤體四周應(yīng)力分布受孔洞影響，塑性區(qū)和應(yīng)力集中區(qū)隨即出現(xiàn)在孔洞四周并決定了孔洞的空間幾何形態(tài)。

圖2 水射流擴(kuò)孔孔洞幾何形態(tài)Fig.2 Geometry of the water jet reaming hole

1.2 煤層段擴(kuò)孔后塑性區(qū)分布的理論計(jì)算

將鉆孔周圍巖體塑性區(qū)的形成視為平面應(yīng)變，深入研究了鉆孔、地下硐室等周圍塑性區(qū)問題。原巖應(yīng)力會(huì)受到擴(kuò)孔的影響而重新分布，鉆孔四周近距離范圍煤體產(chǎn)生破壞，但仍有部分殘余強(qiáng)度，為破碎區(qū)；次之外部范圍煤體產(chǎn)生壓縮變形，裂隙發(fā)育良好，出現(xiàn)具有方向性的內(nèi)部裂隙弱面，為塑性區(qū)；最外部范圍煤體產(chǎn)生彈性變形，內(nèi)部裂隙大部分為原生裂隙弱面，為彈性區(qū)。鉆孔周圍巖石分布區(qū)域劃分如圖3所示。

圖3 鉆孔周圍巖石分布區(qū)域劃分Fig.3 Rock stress distribution zone around the borehole

采用Mohr-Coulomb破壞準(zhǔn)則計(jì)算塑性區(qū)的應(yīng)力解[20]：

式中，C為粘聚力，MPa；φ為內(nèi)摩擦角，(°)。

射流擴(kuò)孔后的煤層中塑性區(qū)半徑可表示為：

Rp=a·

可以看出，鉆孔半徑a、原巖應(yīng)力p、內(nèi)摩擦角φ、方位角θ、粘聚力C和側(cè)壓系數(shù)λ等因素共同影響著穿層鉆孔圍巖塑性區(qū)半徑。根據(jù)山西汾西中興煤業(yè)有限公司2號(hào)煤層的具體情況，參數(shù)取值分別為a=94 mm、p=12 MPa、φ=28°、θ=20°、C=0.45 MPa和λ=1.2，可以計(jì)算得出Rp=0.0803a。因此，鉆孔半徑a與擴(kuò)孔后塑性區(qū)半徑成正比，說明進(jìn)行鉆孔擴(kuò)孔后，塑性區(qū)的范圍增大，增透效果更好。

1.3 穿層鉆孔煤層段水壓裂縫的起裂與擴(kuò)展

根據(jù)最大拉應(yīng)力準(zhǔn)則，鉆孔煤壁所受的三個(gè)主應(yīng)力根據(jù)彈性力學(xué)進(jìn)行計(jì)算，孔壁上的裂縫起裂的應(yīng)力與孔隙壓力有關(guān)，可計(jì)算[21]：

σf=σ3-Pp

(3)

式中，Pp為孔隙壓力，MPa；σ3為鉆孔煤壁所受的三個(gè)主應(yīng)力中最大拉應(yīng)力，MPa。

伴隨著水力壓裂的進(jìn)行，煤層中孔壁裂縫起裂，需要孔內(nèi)流體壓力Pw持續(xù)增加，直至σf滿足以下條件：

σf≤-σt

(4)

式中，σt為煤巖的抗拉強(qiáng)度，MPa。

2 導(dǎo)向槽定向水力壓裂防突成套裝備研發(fā)

2.1 旋轉(zhuǎn)水射流噴頭噴嘴

由移動(dòng)高壓水力泵站、噴頭、噴嘴、鉆桿、高壓旋轉(zhuǎn)接頭、孔口防噴裝置及井下水力化作業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)等共同組成導(dǎo)向槽定向水力壓裂防突成套裝備。

噴嘴在外界作用下，高壓水的壓力能轉(zhuǎn)變成高速水射流的動(dòng)能。噴頭結(jié)構(gòu)布置為：噴頭兩側(cè)錯(cuò)位設(shè)置2個(gè)噴嘴，用于預(yù)設(shè)導(dǎo)向槽；頂部設(shè)置1個(gè)噴嘴，用于擊打作業(yè)過程中產(chǎn)生的大量煤屑，防止堵孔，三噴嘴的噴頭結(jié)構(gòu)如圖4所示。同時(shí)，將噴頭直徑縮小到63 mm并設(shè)計(jì)前端帶有錐度且將其圓角化，目的是噴頭能在鉆孔內(nèi)往返移動(dòng)，并降低阻力。為確保多噴嘴噴頭的加工質(zhì)量合格并能成功應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)中，必須對(duì)其強(qiáng)度、扭矩等參數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)核對(duì)。

圖4 三噴嘴的噴頭結(jié)構(gòu)Fig.4 Structure of jet head with three nozzles

最優(yōu)參數(shù)為：噴嘴直線段長(zhǎng)徑比為2，葉輪導(dǎo)向角為45°，噴嘴數(shù)量為3個(gè)。

根據(jù)流量及噴嘴壓降的關(guān)系式：

式中，ΔP為噴嘴壓降，MPa；ρ為水密度，g/cm3；dne為噴嘴當(dāng)量直徑，cm；Q為通過噴嘴的流量，L/s；C為噴嘴流量系數(shù)，與噴嘴結(jié)構(gòu)有關(guān)，取0.9～0.95。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，泵壓為31.5 MPa，流量為3.3 L/s，由式(6)得出噴嘴當(dāng)量直徑dne為4.36 mm。

式中，z為噴嘴個(gè)數(shù)；di為噴嘴直徑，cm。

為保證噴頭能順利完成現(xiàn)場(chǎng)水射流擴(kuò)孔操作，需要選擇合適的噴嘴。通過以上計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在試驗(yàn)泵壓和流量條件下有兩種噴嘴可供選擇：一是直徑為2.5 mm的噴嘴選擇3個(gè)，二是直徑為3.0 mm的噴嘴選擇2個(gè)。

高壓水射流打擊力造成煤巖體破壞，其主要與壓力、流量和水的密度有關(guān)，其公式為：

泵壓和流量分別取值為31.5 MPa和3.3 L/s，選用3.0 mm噴嘴，經(jīng)計(jì)算，射流打擊力Fs和射流流速vs分別為828.3 kN和251 m/s。對(duì)比選用1.7 mm三噴嘴，壓力和當(dāng)量直徑一致，流量和打擊力大幅降低，僅為原來的1/3。

在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際中，泵壓和流量存在差異，結(jié)合射流打擊力、預(yù)設(shè)導(dǎo)向槽需求，確定噴嘴直徑選為1.7 mm。三噴嘴的噴頭實(shí)物，噴嘴和導(dǎo)向葉輪實(shí)物如圖5所示。

圖5 噴頭和噴嘴實(shí)物Fig.5 Pictures of jet heads and nozzles

2.2 螺旋輔助排渣高壓鉆桿

在松軟或突出煤層中采用水力化措施時(shí)，煤層很可能在高壓水射流、地應(yīng)力、瓦斯壓力擾動(dòng)的影響下出現(xiàn)噴孔或噴煤，進(jìn)而導(dǎo)致堵孔和排渣困難。非線性壓力梯度對(duì)煤屑的清除有促進(jìn)作用。在射流沖擊區(qū)內(nèi)，中心位置壓力高于兩側(cè)，并向兩側(cè)快速下降。該沖擊使孔底的小塊煤屑產(chǎn)生徑向和翻轉(zhuǎn)移動(dòng)，說明其具有不均勻性，在射流沖擊孔底時(shí)，漫流速度表現(xiàn)為中心位置向兩側(cè)持續(xù)增大至峰值，無橫向速度。而射流沖擊區(qū)以外，漫流速度表現(xiàn)為中心位置向兩側(cè)持續(xù)減小至最小。

在輸送煤屑的過程中，由于螺旋的作用，煤屑的空間運(yùn)動(dòng)形式復(fù)雜多變，表現(xiàn)為繞軸線旋轉(zhuǎn)和沿軸向直線運(yùn)動(dòng)等，煤屑的受力分析如圖6所示。當(dāng)使用標(biāo)準(zhǔn)的單螺旋鉆桿時(shí)，其直徑大小一致、螺距大小一致、螺旋角為α，對(duì)煤屑M進(jìn)行受力分析，其距離螺旋軸線為r，螺旋葉片施加給煤屑一個(gè)推力F，將其分解成作用于煤屑的軸向分力F1=F×cosα和切向分力F2=F×sinα，使煤屑向孔口運(yùn)動(dòng)和圓周回轉(zhuǎn)。切向分力的方向隨著鉆桿的旋轉(zhuǎn)不斷變化，設(shè)水平方向和軸心所成直線夾角為β，則切向分力可分解為水平方向F21=F×sinα×sinβ和豎直方向F22=F×sinα×cosβ。鉆桿不斷旋轉(zhuǎn)，切向分力F2的兩個(gè)方向分力也會(huì)隨之變化。螺旋帶動(dòng)煤屑會(huì)產(chǎn)生不同方向的運(yùn)動(dòng)，β大小為0°～90°和270°～360°時(shí)，均會(huì)使煤屑向上運(yùn)動(dòng)，結(jié)合回返水作用，煤屑逐漸移動(dòng)至孔口；β大小為90°～270°時(shí)，煤屑隨著研磨作用向下運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生許多細(xì)小煤屑。

圖6 煤屑的受力分析Fig.6 Stress analysis of coal cinder

鉆桿的壁厚為19.25 mm，鉆桿接頭對(duì)接采用螺紋密封、軸向密封和徑向密封，螺旋助排渣高壓鉆桿實(shí)物如圖7所示。通過摩擦焊將鉆桿桿體與公母接頭連接，待焊材料受到壓力作用發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，出現(xiàn)摩擦生熱至熱塑性狀態(tài)，機(jī)械強(qiáng)度和扭矩力大幅提升。常規(guī)噴孔后的人工排渣和高強(qiáng)度噴孔時(shí)的自動(dòng)排渣得以實(shí)現(xiàn)。

圖7 螺旋助排渣高壓鉆桿實(shí)物Fig.7 Picture of spiral high-pressure drill rod with coal cinder removal function

2.3 高壓旋轉(zhuǎn)接頭

旋轉(zhuǎn)接頭的聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)將流體從固定部件向旋轉(zhuǎn)部件輸送，如圖8所示。高壓膠管外部有鋼絲編織，以位于高壓水射流鉆桿前端的旋轉(zhuǎn)接頭為橋梁，將高壓膠管連接到高壓水射流鉆桿上，由鉆機(jī)帶動(dòng)噴頭旋轉(zhuǎn)，從而完成預(yù)設(shè)導(dǎo)向槽作業(yè)。

圖8 回轉(zhuǎn)式高壓旋轉(zhuǎn)接頭Fig.8 High pressure rotary joint

旋轉(zhuǎn)接頭由旋轉(zhuǎn)軸和外部固定殼體兩部分組成，作業(yè)工程中，軸帶動(dòng)殼體運(yùn)動(dòng)。考慮到液體可能從運(yùn)動(dòng)面間隙泄漏，旋轉(zhuǎn)接頭內(nèi)部必須設(shè)計(jì)為密封狀態(tài)，可采用密封件密封、填料密封和間隙密封。鑒于預(yù)設(shè)導(dǎo)向槽作業(yè)要求壓強(qiáng)不高于45 MPa的高壓水輸送和高壓旋轉(zhuǎn)水射流作用，采用密封結(jié)構(gòu)要求不高的旋轉(zhuǎn)接頭，利用旋轉(zhuǎn)密封的方式來設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)式高壓旋轉(zhuǎn)接頭，達(dá)到高壓水力泵站的使用條件。

2.4 高壓管匯和高壓水力泵站

高壓管匯是由高壓膠管總成、三通、直通、截止閥以及單向閥組合而成。選取耐壓強(qiáng)度高且外側(cè)纏繞鋼絲的高壓膠管，快速接頭與三通或直通相連?？紤]到管路壓力，為降低損耗，高壓膠管選取?32 mm和?25 mm較合理。

高壓水通過泵站進(jìn)行加壓，要求高壓水流的壓力和流量穩(wěn)定、脈沖小。將高壓安全閥安裝在泵的高壓排液出口處，以滿足預(yù)設(shè)導(dǎo)向槽和定向水力壓裂的需要。泵站的工作壓力由沿程阻力損失、局部阻力損失和破煤有效壓力決定。結(jié)合工程實(shí)際，泵站工作壓力為31.5 MPa，流量為200 L/min。

3 導(dǎo)向槽定向水力壓裂防突技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

3.1 工程概況

山西汾西中興煤業(yè)有限公司隸屬于山西汾西集團(tuán)，位于山西省交城縣，交通便利，地理位置優(yōu)越。中興煤業(yè)的核定產(chǎn)能為300萬t/a，經(jīng)鑒定，為突出礦井，正在生產(chǎn)的2號(hào)和4+5號(hào)煤層為突出煤層。試驗(yàn)地點(diǎn)位置如圖9所示，試驗(yàn)地點(diǎn)選取該礦井三采區(qū)西翼的瓦斯治理底板巖巷，該巷道向西側(cè)延伸，馬莊風(fēng)井位于該巷道的東側(cè)，三采軌道大巷位于該巷道的南側(cè)，北翼瓦斯治理巷位于該巷道的北側(cè)。

圖9 試驗(yàn)地點(diǎn)位置Fig.9 Location of test site

3.2 導(dǎo)向槽定向水力壓裂防突工藝參數(shù)

參考圖9中瓦斯治理底板巖巷的位置情況布置四組試驗(yàn)鉆孔。瓦斯治理底板巖巷導(dǎo)向槽定向水力壓裂鉆孔布置方案如圖10所示，一組：4個(gè)割縫鉆孔，二組：8個(gè)壓裂鉆孔，三組：20個(gè)控制孔，四組：10個(gè)常規(guī)對(duì)比鉆孔，部分鉆孔施工參數(shù)見表1。壓裂鉆孔直徑取?94 mm。封孔段的頂端和底端借助“兩堵一注”封孔膠囊方式進(jìn)行封堵，封孔段的中間位置在壓力作用下注入封孔材料，膨脹水泥材料和水力壓裂材料均可實(shí)現(xiàn)封孔操作。在巷幫穿層鉆孔中布置直徑為?94 mm的割縫鉆孔，距離巷道底板1.8 m，為達(dá)到抽采目的，實(shí)現(xiàn)割縫操作后，將其連通到抽采系統(tǒng)中，同樣完成常規(guī)鉆孔后，也要連通到抽采系統(tǒng)中。

表1 鉆孔施工參數(shù)Table 1 Drilling construction parameters

圖10 瓦斯治理底板巖巷導(dǎo)向槽定向水力壓裂鉆孔布置方案Fig.10 Arrangement scheme of directional hydraulic fracturing with guide slot for gas control from the floor rock roadway

導(dǎo)向槽定向水力壓裂技術(shù)試驗(yàn)方案為1#～ 32#按照順序每八個(gè)為一組，共分為四組。在2號(hào)和4+5號(hào)煤層中，通過6#鉆孔，割縫出煤量為0.65 t和1.5 t；通過14#鉆孔，割縫出煤量為0.6 t和1.52 t；通過30#鉆孔，割縫出煤量為0.6 t和1.48 t。實(shí)現(xiàn)割縫操作后將第一組中的1#、3#、6#鉆孔、第二組中的9#、11#、14#鉆孔及第三組中的17#、19#、30#這9個(gè)鉆孔進(jìn)行水力壓裂。通過 6#、9#和11#進(jìn)行割縫，在2號(hào)煤層中，平均割縫出煤量為0.62 t；而在4+5號(hào)煤層中，平均割縫出煤量為1.5 t。

在穿層鉆孔見煤后，利用壓風(fēng)繼續(xù)進(jìn)行煤層段的施工。為便于計(jì)算，鉆孔和經(jīng)水力切割后的煤層段均近似視為圓柱體。2號(hào)煤1.85 m，4+5號(hào)煤4.5 m，鉆孔直徑為?94 mm，煤的視密度為1.38 t/m3。2號(hào)煤和4+5號(hào)煤經(jīng)割縫鉆孔后，出煤量分別為0.62 t和1.5 t，擴(kuò)孔直徑經(jīng)求解分別為?568 mm和?566 mm。

3.3 導(dǎo)向槽定向水力壓裂抽采效果考察

壓裂完成后，對(duì)抽采效果進(jìn)行了考察，統(tǒng)計(jì)2個(gè)月內(nèi)的瓦斯抽采數(shù)據(jù)，將實(shí)驗(yàn)孔1#～ 32#與常規(guī)鉆孔33#～ 43#進(jìn)行了對(duì)比，對(duì)比結(jié)果如圖11、圖12所示。

圖11 底板巖巷壓裂鉆孔與常規(guī)鉆孔瓦斯抽采濃度對(duì)比Fig.11 Comparison of gas concentration between the experimental boreholes and the conventional boreholes from the floor roadway

圖12 底板巖巷壓裂鉆孔與常規(guī)鉆孔單孔瓦斯抽采流量對(duì)比Fig.12 Comparison of gasflow rate between the experimental boreholes and the conventional boreholes from the floor roadway

常規(guī)鉆孔33#～ 42#鉆孔的瓦斯抽采濃度最低值為5.4%，最高值為30.5%，平均為15.4%，瓦斯抽采流量最低值為0.07 m3/min，最高值為0.17 m3/min，平均為0.11 m3/min。但經(jīng)過壓裂作業(yè)后，1#～32#鉆孔的瓦斯抽采濃度的最低值為23.2%，最高值為69.1%，平均為42.3%，瓦斯抽采流量最低值為0.12 m3/min，最高值為0.28 m3/min，平均為0.20 m3/min。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，采取增透作業(yè)鉆孔方法，平均瓦斯?jié)舛群屯咚钩椴苫旌狭匡@著地提高到常規(guī)孔的2.75倍和1.81倍，說明采取導(dǎo)向槽定向水力壓裂措施的增透效果顯著。

4 結(jié) 論

1)利用水射流法對(duì)穿層鉆孔的煤層段進(jìn)行擴(kuò)孔，使得煤中產(chǎn)生形似圓柱狀的孔洞。穿層鉆孔圍巖塑性區(qū)半徑與鉆孔半徑成正比，鉆孔擴(kuò)孔是增大塑性區(qū)范圍的一種有效方法，裂隙擴(kuò)展明顯，瓦斯采出率提高。

2)研發(fā)了一種導(dǎo)向槽定向水力壓裂防突成套裝備，主要部件有移動(dòng)高壓水力泵站、噴頭、噴嘴、螺旋輔助排渣水射流高壓鉆桿、孔口防噴裝置以及高壓旋轉(zhuǎn)接頭，同時(shí)結(jié)合井下水力化作業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制。針對(duì)中興煤礦2號(hào)煤層、4+5號(hào)煤層實(shí)際情況，對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，包括螺旋輔助排渣高壓鉆桿、高壓旋轉(zhuǎn)接頭和旋轉(zhuǎn)水射流噴頭噴嘴等。

3)導(dǎo)向槽定向水力壓裂增透瓦斯抽采技術(shù)在山西中興煤礦進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，結(jié)果表明采取增透作業(yè)鉆孔方法，平均瓦斯?jié)舛群屯咚钩椴苫旌狭匡@著地提高到常規(guī)孔的2.75倍和1.81倍，說明采取導(dǎo)向槽定向水力壓裂措施的增透效果顯著。