煤炭科学技术

作者：李然, 王初亮, 刘波, 冯彦军, 姜鹏飞, 陈荣明, 陈敬斌, 陈卓, 王大龙, 卢海承, 郭宗凯, 曹田泽, 于远征, 王超,

关键词：兆瓦级, 水力压裂, 坚硬顶板, 瓦斯抽采, 区域弱化, 区域增透,

为满足在坚硬难垮落顶板治理、瓦斯抽采增透等领域大面积区域压裂应用中对流量、压力的需求，研制了一套兆瓦级煤矿井下压裂泵系统。该系统将自动控制和变频技术同煤矿井下压裂泵的设计相结合，能够根据煤矿井下水力压裂的不同阶段的工况需求，动态采集压裂泵性能参数数据，实时分析压裂泵的功率匹配，实现压裂过程全自动化。重点攻克了高压大流量压裂泵特殊材料及工艺、动力端可靠性、液力端可靠性以及自动控制等关键技术瓶颈。研究了适用于压裂极端工况要求的高强度、耐冲蚀马氏体沉淀硬化不锈钢，并采用超高压自增强处理，提高压裂泵液力端疲劳寿命；研究压裂泵齿轮传动及摩擦副等关键可靠性技术，实现兆瓦级功率条件下压裂泵传动系统的高可靠运行；通过计算机仿真，优化了压裂泵液力端吸排液系统的结构、性能；攻克了深钻孔低频变流量坐封技术、煤岩层起裂自动识别技术及循环压裂控制技术，实现压裂全流程的自动化控制该系统分别在曹家滩矿122110特厚煤层工作面和东李煤矿1250瓦斯治理巷进行了工业性试验；曹家滩矿试验显示：坚硬顶板预裂弱化治理裂缝扩展压力平稳，稳压时压力最高可达32.4 MPa，平均流量可达100 m3/h；东李煤矿瓦斯增透试验结果显示：实施水力压裂增透工艺10 d后，平均瓦斯抽采纯量增大到1.596 m3/min，约为对比验证普通钻孔抽采工艺的29倍。

来源：2025年第5期

《煤炭科学技术》期刊编辑部

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