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煤矿井下高压端连续水力加砂压裂增透技术与装备研究 贾秉义1,2，李树刚2，陈冬冬1，林海飞2，郑凯歌1，孙四清1，赵继展1 1. 中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 西安 710077； 2. 西安科技大学 安全科学与工程学院，陕西 西安 710054 摘要针对煤矿井下作业空间小，供电供水能力有限，地面加砂压裂装备无法直接应用于煤矿井下 的现状，提出了高压端加砂压裂的技术思路。基于液动冲击混携砂原理，研发了高压端连续水力加 砂压裂装备。该装备不需要外部动力源进行混砂，而是通过压裂液流态和流场的变化形成旋流冲击 实现混砂和携砂。理论分析、数值模拟和室内仿真试验均表明，该装备在原理上是可行性的，能够 有效混砂和携砂。研发的装备整体耐压达到 55 MPa，一次可装石英砂 750 kg，可实现单个或者多个 穿层钻孔的连续加砂压裂。配套设计了三通道并联的煤矿井下高压端连续水力加砂压裂控制系统， 该系统通过矿用压风实现开关的开合，与压裂泵的控制系统协同对加砂过程实现远程集中控制，确 保加砂过程安全可靠。运用该装备在安徽淮南矿区潘三煤矿进行了 5 个底板穿层钻孔的现场试验。 结果表明该装备携砂能力较强，仅需开启通道二即可实现有效加砂，最大连续加砂量 150 kg，最 大注水量 316 m3，加砂压裂钻孔瓦斯抽采纯量、百孔瓦斯抽采量分别是清水压裂钻孔的 2.38 和 2.03 倍，增透效果明显。研发的装备可应用于煤矿井下高压水射流、水力切割以及水力加砂压裂等 领域。 关键词高压端；水力加砂压裂；瓦斯抽采；淮南潘三煤矿；煤矿井下 中图分类号TD713 文献标志码A 文章编号1001-1986202208-0054-08 Studyoftechnologiesandequipmentofcontinuoushydraulicsandfracturingfor permeabilityenhancementathighpressuresideofcoalminedownhole JIA Bingyi1,2, LI Shugang2, CHEN Dongdong1, LIN Haifei2, ZHENG Kaige1, SUN Siqing1, ZHAO Jizhan1 1. Xian Research Institute Co. Ltd., China Coal Technology and Engineering Group Corp., Xian 710077, China; 2. College of Safety Science and Engineering, Xian University of Science and Technology, Xian 710054, China AbstractThe technological concept of sand fracturing at the high pressure side is proposed against the present situ- ation where the coal mine downhole operation space is small, the power and water supply capacities are limited, and the surface sand fracturing equipment cannot be applied directly in the coal mine downhole. On the basis of the principle of sand mixing and carrying through hydrodynamic impact, the continuous hydraulic sand fracturing equipment at the high pressure side was developed. Such equipment requires no external power source for sand mixing. It s cyclone im- pact through the changes in the flow regime and flow field of the fracturing fluid to realize sand mixing and carrying. As indicated by the theoretical analysis, numerical simulation and indoor simulation test, this equipment is feasible in prin- ciples, and can effectively mix and carry sand. The developed equipment has the overall pressure resistance of 55 MPa, 750 kg quartz sand can be loaded at one time, and can realize the continuous sand fracturing for a single crossing bore- hole or multiple crossing boreholes. The associated 3-channel shunt continuous hydraulic sand fracturing control system at the high pressure side of the coal mine downhole was designed. This system uses the mine compressed air to realize the on/off action of the switch, and coordinates with the fracturing pump control system to realize the remote concen- 收稿日期2022-03-28；修回日期2022-06-12 基金项目国家自然科学基金面上项目51874236；中煤科工集团西安研究院有限公司科技创新基金项目2021XAYJSQ07 第一作者贾秉义，1988 年生，男，山西朔州人，博士研究生，从事矿井瓦斯防治技术研究与推广应用工作. E-mail 通信作者李树刚，1963 年生，男，甘肃会宁人，博士，教授，博士生导师，从事煤与瓦斯安全共采等方面的研究. E-mail 第 50 卷 第 8 期煤田地质与勘探Vol. 50 No.8 2022 年 8 月COAL GEOLOGY hydraulic sand fracturing; gas extraction; Pansan Coal Mine in Huainan; underground coal mine 瓦斯灾害仍然是煤矿生产的重要威胁，制约着矿 井的安全高效生产。水力压裂技术广泛应用于地面煤 层气勘探开发工作中，对推动我国煤矿瓦斯资源化开 发利用，保障煤矿安全生产发挥了重要作用1-4。为了 解决煤层透气性差、预抽钻孔抽采流量衰减速度快、 浓度低等问题，相关学者将地面煤层气水力压裂技术 引入了煤矿井下，并开展了大量的研究和试验工作。 孙四清5、贾秉义6、郑凯歌7等开展了定向长钻孔水 力压裂增透瓦斯抽采技术研究与工程实践，压裂后，瓦 斯抽采效果较常规措施提升显著。陈冬冬等8总结了 定向长钻孔水力压裂增透瓦斯抽采技术体系，并分析 了不同工艺的应用情况。然而上述研究主要以清水压 裂为主，相比于清水压裂，加砂压裂能够延缓裂缝闭合， 增加钻孔有效抽采时间，提高瓦斯抽采效果9-10，因此 部分学者在煤矿井下开展了加砂压裂探索。中煤科工 集团西安研究院有限公司在山西阳泉矿区新景煤矿开 展了定向长钻孔低压端分段加砂压裂实践，加砂压裂 后最高日产气量大于 2 000 m3，增透效果显著11-12。 陈建等13用圆柱形钢质腔体焊接加工了高压端加砂 装置，并进行了现场工程试验。但是由于该装置内压 裂液为单向流，混砂效果较差，且体积有限，单次储砂 量较小，无法实现有效混砂和连续加砂压裂，易出现砂 堵，导致现场应用工艺复杂。因此，虽然开展了煤矿井 下加砂压裂研究，但是受井下作业空间、供水供电及 防爆要求等条件限制，地面水力加砂压裂装备无法直 接应用于煤矿井下，当前煤矿井下仍然以清水压裂为 主。再者，由于低压端加砂压裂需专门的混供砂装备， 压裂系统较复杂，对作业空间、供电等配套条件要求 较高，推广应用受到一定限制。因此研究开发高压端 加砂压裂装备，对于提高煤矿井下水力加砂压裂技术 的适用性具有重要意义。 为了克服现有装备和技术的不足，结合煤矿井下 实际，笔者提出了煤矿井下高压端连续加砂压裂的思 路，并开展了煤矿井下高压端连续加砂压裂装备及配 套工艺技术的研发，以期为煤矿井下水力加砂压裂提 供装备和技术支撑。 1高压端连续加砂装备研发 1.1高压端连续水力加砂压裂技术 高压端水力加砂压裂，是在压裂之前将石英砂或 者其他类型支撑剂装入位于压裂泵和钻孔之间的加 砂装备中，压裂液经过压裂泵加压后进入加砂装备，对 石英砂进行冲击扰动实现混砂，之后在高压水的冲击 裹挟下经高压管路进入地层裂缝中图 1。“连续”是 指压裂之前装入加砂装备中的石英砂能够满足一个或 者多个穿层钻孔的加砂压裂。 水箱 加砂装备 钻孔 支撑剂 电动机 压裂泵 图 1 高压端水力加砂压裂技术 Fig.1 Hydraulic sand fracturing technology at high pressure side 由于水力压裂过程中加砂装备处于高压状态，为 了确保水力压裂过程安全可控，高压端连续水力加砂 压裂装备需满足以下条件没有外部动力条件下，密闭 空间内能够有效混携砂；可远程控制，操作简单；在煤 矿井下受限空间内，装备体积大，能储存足够量的石英 砂，实现连续供砂。 1.2高压端密闭混供砂原理 基于 1.1 节中的技术思路、工作条件及要求，根据 文丘里原理，高压流体流经不同管径，流速和流态会发 生变化14-15，使压裂液在高压容器内形成旋流，进而冲 击混砂16，据此提出了高压端连续水力加砂压裂装备 的设计思路图 2。该装备主要包括混砂仓和携砂仓 两部分，二者采用阀门连接。通过阀组的控制使压裂 液由混砂仓向携砂仓形成快速流动，通过供液通道直 第 8 期贾秉义等煤矿井下高压端连续水力加砂压裂增透技术与装备研究 55 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 径的变化，使压裂液在装置内形成旋流，压裂液进入携 砂仓之后与从携砂仓进液口进入的压裂液进一步混合， 之后进入高压管路，注入压裂钻孔。 进液口 阀组阀组 阀组 混砂仓 进液口 出液口 携砂仓 图 2 液流冲击式混砂装备设计原理 Fig.2 Design principle of fluid flow impact sand mixing equipment 1.3装备研制 在 1.1 节和 1.2 节的基础上设计高压端连续水力 加砂压裂装备整体结构图 3 及各部件具体参数表 1， 并据此加工了装备。其中混砂仓总长度 2 740 mm，中 间为内径 500 mm 的圆筒，两端为与之相连的半球。 混砂仓上设置有 2 个进液口、1 个安全泄压口、1 个安 全防护口以及 2 个出水出砂口。为了进一步提升装备 的混砂效果，在混砂仓进液口设置了“h”形冲砂管，冲 砂管出水口带有一定角度，且与混砂仓出水出砂口错 开一定距离。携砂仓整体长度为 2 566 mm，中间为一 内径 209 mm 的圆筒，两端为与中轴线成 48夹角的圆 锥体。携砂仓两端分别设置有进液口、出液口，侧面 设置有进水进砂口。混砂仓的出水出砂口与携砂仓的 进水进砂口通过控制阀门连接。 混砂仓 进 液 口 进液口安全泄压口 安全防护口 “h”形冲砂管 控制阀门 携砂仓 进液口 出液口 出水出砂口 进水进砂口 图 3 高压端连续水力加砂压裂装备结构组成 Fig.3 Structure composition of high pressure side continuous hy- draulic sand fracturing equipment 加工装备额定耐压能力达 55 MPa，一次可装石英 砂 750 kg，可满足煤矿井下大部分工况需求。装备主 要参数见表 1。 表1高压端连续水力加砂压裂装备参数 Table1Parametersofcontinuoushydraulicsandfracturing equipmentathighpressureside 名称长度/m内径/m容积/m3进液口规格出液口规格 混砂仓 2.7400.5000.450 DN19 携砂仓 2.5660.2090.07DN31.5 2混携砂效果分析与验证 在装置设计的基础上，开展了数值模拟和实验室 仿真实验，以进一步验证在该装置条件下液流冲击混 携砂效果。需要说明的是，由于该装置为非标装置，故 数值模拟和室内实验仅从宏观上对装置的混携砂效果 进行验证。 2.1液流冲击式混携砂数值分析 高压端连续加砂装备内的液体流动可视为不可压 缩的稳定流动，符合质量和动量守恒定律17。其基本 控制方程由连续性方程和 Navier-Stokes 方程构成，其 中连续性方程为 u x v y w z 01 式中u、v、w 分别为速度在 x、y、z 方向的分量，m/s。 Navier-Stokes 方程为 u t uU p x 2uFx2 v t vU p y 2vFy3 w t wU p z 2wFz4 式中 为水的密度，kg/m3； 为水的动力黏度系数， Pas；t 为时间，s；U 为速度，m/s；p 为流体微元体上的 压力，Pa；Fx、Fy、Fz分别为单位体积上质量力在 x、y、 z 方向的分量，N。 在受限的密闭空间内，随着高压流体的持续注入， 基于出入口直径差异和液体流向的改变形成的旋流状 态，可以有效实现混砂。 依据研发的加砂装备的结构参数等比例建立了数 值计算模型，采用 Fluent 数值模拟软件对装备的混携 砂性能进行模拟分析。采用 Multiphase 中的 Euleri- an 多相流模型，Viscous Model 选择 K-Epsilon 模型， 采用一阶迎风格式对其进行离散。边界条件设置为压 裂之前混砂仓中装入总容积 50 的 2040 目0.425 0.850 mm 石英砂，注入流量为 200 L/min，系统压力 15 MPa。分析不同时间混砂仓内石英砂分布和携砂 仓出口处石英砂的体积分数，反映装备的混携砂能力， 模拟结果如图 4 和图 5 所示。 由图 4 可以看出，受高压水冲击，石英砂在装置中 56 煤田地质与勘探第 50 卷 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 处于运动状态，冲击时间不同，石英砂运动分布特征也 不相同。由图 5 可以看出，初始阶段01 s 由于混砂 仓中的石英砂刚刚进入携砂仓，还未到达携砂仓出口， 因此，出口处石英砂体积分数为 0，12 s 出口处的石 英砂体积分数急剧增加，携砂仓中的石英砂到达出口。 28 s 出口处的石英砂体积分数增速逐渐变化，在 8 s 时，出口处石英砂的体积分数达到最大。混砂仓中石 英砂一定，随着混砂过程的进行，混砂仓中总砂量越来 越少，出口处石英砂体积分数越来越小。模拟分析结 果显示，研发的装备在流量较小且高压状态下能够有 效实现混砂和携砂。 2.2液流冲击式混砂实验验证 为了进一步验证液流冲击式混砂的可行性，仿照 研发的高压端连续水力加砂压裂装备设计了室内仿真 模拟实验装置图 6a。该装置同样由混砂仓和携砂仓 组成，材料为透明有机玻璃板，耐压 0.2 MPa。其中混 砂仓为一处于倒立状态，断面为等腰三角形的箱体，顶 部设置有进液口 1、进液口 2、加砂泄压口。携砂仓为 一圆柱，两端分别为进液口和出液口。混砂仓与携砂 仓通过两个控制阀连接。实验装置参数见表 2。 液体流向 11 12 13 111213 进液口 1；进液口 2；加砂卸压口；混砂仓； 控制阀 1；控制阀 2；携砂仓； 压力表 1； 闸阀 2；压力表 2； 闸阀 1； 压力表 3； 球阀 1 a 实验装置b 控制系统 图 6 实验装置及控制系统 Fig.6 Experimental device and control system 表2模拟实验装置参数 Table2Parametertableofexperimentdevice 名称长度/mm高度/mm宽度/mm容积/L 混砂仓 40030030018.00 携砂仓 600504.71 实验装置配套了由闸阀、球阀、压力表、钢丝软 管等组成的供液和控制系统。该控制系统左侧为主管 路，连接供液装置，右侧为压力表和分支管路，分别连 接混砂仓上的进液口 1、进液口 2，以及携砂仓上的进 液口，通过不同阀门的开启与闭合实现液流方向的调 整图 6b。其中闸阀 1 所在管路连接至携砂仓的进液 口，闸阀 2 和球阀 1 所在管路连接至混砂仓上部的进 液口 1 和进液口 2。携砂仓出水口通过管路连接至装 有滤网的水箱中。由于实验系统耐压能力低，而管路 a t0.1 s c t8.0 sd t10.0 s b t3.0 s 石英砂 体积分数/ 60.25 52.72 45.19 37.66 30.13 22.59 15.06 7.53 石英砂 体积分数/ 60.25 52.72 45.19 37.66 30.13 22.59 15.06 7.53 石英砂 体积分数/ 60.25 52.72 45.19 37.66 30.13 22.59 15.06 7.53 石英砂 体积分数/ 60.25 52.72 45.19 37.66 30.13 22.59 15.06 7.53 图 4 液流冲击下不同时间装置内石英砂分布特征 Fig.4 Distribution characteristics of quartz sand in the device at different times under the impact of liquid flow 2.55.07.510.012.50 5 10 15 20 25 30 35 石英砂体积分数/ 时间/s 图 5 液流冲击下装置出口处石英砂体积分数曲线 Fig.5 Volume fraction of quartz sand at the outlet of the device at different times under the impact of liquid flow 第 8 期贾秉义等煤矿井下高压端连续水力加砂压裂增透技术与装备研究 57 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 直径相对较大，系统内液体流速慢，携砂能力较低，为 了防止支撑剂沉降，实验用支撑剂密度为 1.07 g/cm3， 规格 2040 目0.4250.850 mm 的超低密度聚合物， 压裂液为清水。 实验系统连接完成后，关闭所有控制阀门，向混砂 仓中加入超低密度聚合物，开启闸阀 1 使压裂液通过 携砂仓。观察压力表 1 压力变化情况，之后部分开启 控制阀 1，同时开启闸阀 2，使压裂液进入混砂仓冲击 超低密度聚合物，同时观察压力表 2 变化情况，注意混 砂仓内超低密度聚合物冲击情况。待压力升至接近 0.2 MPa 时完全开启控制阀 1，此时观察混砂仓内超低 密度聚合物分布情况以及携砂仓内超低密度聚合物运 动情况。开启控制阀 2，缓慢开启球阀 1，注意压力表 3 变化情况，观察此时混砂仓内超低密度聚合物分布情 况和携砂仓内超低密度聚合物运动情况，直至球阀 1 完全开启。 通过实验可以看出，在控制阀门均关闭的情况下， 位于底部的支撑剂在高压水的冲击作用下呈悬浮状态， 说明由混砂仓顶部进入的高压水对支撑剂具有良好的 冲击作用。在控制阀开启的情况下，支撑剂明显向阀 门方向流动，之后进入携砂仓随高压水进入管路。实 验过程中还可通过调节不同阀门的开合程度来控制压 裂液流量的大小，进而调整压裂液的混砂和携砂能力。 实验结果进一步验证了研发的装置在原理上可行，能 够实现支撑剂的冲击和携带。 3高压端连续水力加砂压裂装备控制系统 3.1连接与控制系统设计 根据研发的高压端连续水力加砂压裂装备，本着 安全可控、节能环保、操作便捷的原则设计煤矿井下 高压端连续水力加砂压裂系统，如图 7 所示。该系统 主要包括远程控制、高压加砂装备由混砂仓、携砂仓 和气动加砂阀组成、压裂泵、气动控制面板以及高压 管路图 7 中由压裂泵到钻孔方向的实线和气动控制 管路。其中混砂仓与携砂仓并联设置，二者通过气动 加砂阀连接，混砂仓上设置有气动卸压阀和安全阀。 压裂泵通过四通分别与混砂仓的进液口、携砂仓的进 液口、气动控制面板 4 的进液口连接，携砂仓的出液 口与气动控制面板 4 的出液口均通过三通和气动控制 面板 5 与钻孔连接。 该系统包括相互并联的 3 个过液通道，不同过液 通道之间既可独立运行也可联合运行图 7。其中通 道一是由黑色线路、蓝色线路组成，该通道主要进行 前置液的加注；通道二是由黑色线路、红色线路和气 动控制面板 3 所在的蓝色线路组成，该通道主要进行 携砂液和顶替液的加注；通道三是由黑色线路和绿色 线路组成，该通道主要作用是系统出现砂堵后的排查 和处理。所有过液通道均包括由压裂泵方向到钻孔方 向的线路和位于线路上的装置。该系统不需要外部动 力，所有阀门通过矿用压风进行远程集中控制，通过不 同阀门的开启和闭合实现过液通道的切换以及加砂速 度的控制。 压裂泵 阀门 1 阀门 2 阀门 3 气动加砂阀 2 三通 气动加砂阀 1 钻孔 加 砂 口 携砂仓 混砂仓 四通 气动 泄压阀 远程控制 气动控制面板 及编号 气动控制管路 气动控制 管路阀门 通道一 通道二 通道三 共用通道 图 7 高压端连续水力加砂压裂试验系统 Fig.7 Continuous hydraulic sand fracturing test system at high pressure side 3.2系统携砂效果检验 为了验证所设计系统的混砂和携砂效果，在系统 连接完成后图 7，加砂压裂施工之前，设计了 3 种方 案对不同过液通路携砂能力进行了现场试验。试验结 果见表 3。 可见方案 1 过液通道系统携砂能力为 0.9 kg/min； 58 煤田地质与勘探第 50 卷 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 方案 2 过液通道系统携砂能力为 0.5 kg/min；方案 3 过 液通道系统携砂能力为 0.625 kg/min。同时启动 2 个 气动加砂阀能够增加石英砂加注速度。需要说明的是， 本试验是在不带压的条件下进行的，压裂液流速较快， 实际工况条件下携砂速度应小于本次试验结果。 4高压端连续水力加砂压裂现场试验 4.1试验区概况 试验地点为安徽淮南矿区潘三煤矿，目标煤层为 二叠系上石盒子组 13-1 煤。煤层平均厚度 4.0 m，坚 固性系数 f 值 0.260.52，瓦斯含量 8.4 m3/t，瓦斯压力 2.62.8 MPa。13-1 煤透气性系数 0.022 m/MPad， 低于煤矿 AQ 10272006瓦斯抽放规范18的标准 值 0.1 m2/MPad，属较难抽采煤层。 4.2试验参数设计与施工 由底板瓦斯治理巷向工作面条带和中部施工上向 穿层钻孔，运用研制的高压端连续加砂装备进行水力 加砂压裂。设计前置液量不小于 60 m3，携砂液量不 小于 120 m3，现场试验过程中，根据泵注压力变化情 况对设计参数进行实时调整。累计进行了 5 个钻孔的 水力加砂压裂增透试验表 4。 表4高压端连续水力加砂压裂施工参数 Table4Constructionparametersofcontinuoushydraulicsandfracturingathighpressureside 孔号压裂段/m砂量/kg前置液/m3携砂液/m3顶替液/m3最大泵注压力/MPa Y267.4140401141029 Y367.91204063534 Y378.9110801521034 GY379.71501001911030 Y289.51501001901032 由表 4 可知，5 个压裂钻孔有效压裂段长度 7.4 9.7 m，平均 8.68 m；加砂量 110150 kg，累计注液 108 301 m3，其中携砂液 63191 m3，最大泵注压力 29 34 MPa。5 个压裂钻孔中，Y26 和 Y36 钻孔按照表 3 方案 1 进行石英砂的加注，其余钻孔按照表 3 方案 2 进行石英砂的加注。 4.3石英砂加注路线分析 本次试验，所有钻孔均是将石英砂一次性加注到 混砂仓，连续加注完成，试验过程中对不同的加注工艺 进行了分析研究。通过现场试验发现，在该种系统连 接方式下，受高压水冲击，能够有效实现混砂，压裂液 携砂能力较强，试验过程中如果将气动加砂阀 1 和气 动加砂阀 2 同时开启，石英砂加注速度较快，且在开始 加注阶段，压裂液中石英砂浓度较高，加注后期石英砂 浓度较低，甚至无石英砂。为了有效控制石英砂加注 速度，加注过程中只需开启 1 个气动加砂阀，且在加注 初期需要将气动控制面板 1 和气动控制面板 2 同时打 开，加注后期再将气动控制面板 2 关闭。 4.4加砂压裂增透效果分析 由于加砂压裂在增透原理上应优于清水未加任 何支撑剂压裂，故为了验证加砂压裂增透效果，选择 与清水压裂钻孔进行对比分析。选择相近区域的两种 不同工艺钻孔，其中加砂压裂钻孔抽采时间 66 d，清水 压裂钻孔抽采时间 35 d。两种工艺钻孔瓦斯抽采情况 见表 5。 由表 5 可知，与清水压裂钻孔相比，加砂压裂增透 钻孔瓦斯抽采纯量、百孔瓦斯抽采纯量分别是清水压 裂钻孔的 2.38 倍和 2.03 倍。 表3不同过液通路携砂情况统计 Table3Sandcarryingstatisticsofdifferentliquidpaths 方案加注时间/min加砂量/kg石英砂/mm携砂速度/kgmin1备注 154.5 0.4250.850 0.9 “通道二”中气动加砂阀2未开启 242.00.5 方案1的基础上开启“通道一” 342.50.625 “通道一”和“通道二”中只开启气动加砂阀1、气动加砂阀2的联合通路 注表中“通道一”“通道二”均为3.1节中所述内容。 表5两种工艺钻孔瓦斯抽采情况对比 Table5Comparisonofgasextractionfromdrillingholesin thetwotechnologies 不同工艺抽采纯量/m3min1百孔抽采纯量/m3min1 加砂压裂 0.021.71 清水压裂 0.008 420.842 比值 2.382.03 第 8 期贾秉义等煤矿井下高压端连续水力加砂压裂增透技术与装备研究 59 中国煤炭行业知识服务平台 w w w . c h in a c a j . n et 5结论 a. 提出了基于液动旋流冲击原理混携砂的高压端 连续加砂压裂技术思路，研发了适用于煤矿井下的高 压端连续水力加砂装备。通过理论分析、数值模拟以 及室内仿真实验均证明了该装备在原理上可行，能够 有效实现混携砂。 b. 根据研发的高压端连续水力加砂压裂装备，设 计了与之配套的三通道并联的控制系统，该控制系统 的阀门开合通过矿用压风远程控制。通过该控制系统 与压裂泵的控制系统实现整个加砂压裂过程的远程集 中协同控制。现场应用过程中通过气动加砂阀的开启 数量和开启范围进行石英砂加注速度的调节。 c. 运用研发的装备以及设计的控制系统，20 40 目0.4250.850 mm 的石英砂在淮南矿区潘三煤矿 进行了现场试验，最大连续加砂量 150 kg，最大注水 量 316 m3，最大泵注压力 34 MPa。水力加砂压裂增透 钻孔瓦斯抽采纯量，百孔瓦斯抽采纯量分别是未加砂 压裂钻孔的 2.38 倍和 2.03 倍。 d. 研发的高压端连续加砂装备可以应用到煤矿井 下水力加砂压裂、高压水射流、水力切割等领域，前景 广阔。需要说明的是该装备通过气动阀门进行控制， 控制精度较低；未来可采用电动阀门或者液压驱动阀 门进行控制，同时简化控制系统，以实现加砂过程的高 效精准控制。 致谢致谢装置研发和现场试验过程中得到了淮河能 源控股集团煤业分公司陈建、潘三煤矿董瑞刚等同志 的大力支持和帮助，在此表示衷心的感谢。 参考文献References 张群，葛春贵，李伟，等. 碎软低渗煤层顶板水平井分段压裂煤 层气高效抽采模式J. 煤炭学报，2018，431150159. 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