郑锐, 杨绮凡, 邓广哲, 潘甜, 陈立, 赵世振,4

(1.河北工程大学矿业与测绘工程学院, 邯郸 056038; 2.西安科技大学能源学院, 西安 710054;3.兰州空间技术物理研究所, 兰州 730000; 4.陕西煤业化工技术研究院有限责任公司, 西安 710100)

中国西部煤炭资源丰富,占全国煤炭资源总量的70%以上[1],特别是陕西、甘肃、宁夏、新疆分布着大量的坚硬特厚煤层。坚硬特厚煤层开采过程中,存在顶煤破碎不佳、综合机械化生产比能耗高,煤炭产品结构不合理等问题,严重制约了煤炭成为清洁能源的步伐[2]。

煤层压裂软化,是实现硬厚煤层清洁安全高效开采的有效方法,其中压裂液至关重要。水压致裂技术作为一种煤岩体破碎的有效手段,在煤炭开采中应用于硬煤软化破碎[3]、应力定性转移[4]、坚硬顶板控制[5]、冲击地压防治[6-7]、强度弱化减冲[8]、瓦斯增透[9]以及煤炭清洁开采[10]等方面,显示出广泛地工业价值。但受煤层渗透性低与润湿性差的影响,导致煤层水压致裂软化效果不佳,急需探索一种提高低渗硬厚煤层致裂软化效果的新技术。

CO2以其独特的物理化学性质,可以进入储层较小的微孔裂隙中,在储层发生破裂时有利于裂缝网络的形成,在石油[11-12]、页岩气[13-14]、煤层气(瓦斯)[15-18]等资源开发方面受到广泛关注。基于煤层水压致裂技术优势与CO2特性,提出CO2/H2O耦合致裂软化技术方法。CO2/H2O耦合致裂能否实现坚硬煤体的软化破碎,研究CO2压裂液对煤体力学特性的影响规律尤为重要。

目前,中外学者针对CO2对煤岩体力学特性的影响进行了诸多研究。……