煤层增渗是促进瓦斯 (煤层气 )高效抽采的重要措施，《低渗煤层井下水力化增渗理论与技术》针对松软低渗透性煤层瓦斯抽采的难题，采用理论计算、数值模拟相结合的方法，阐明了非均匀应力场穿层钻孔三维旋转水射流扩孔及“点”式定向压裂的增透力学机制；运用流体力学、岩体力学、弹性力学、机械工程等多学科交叉理论，揭示了淹没条件下旋转水射流喷嘴的流场特性，优化了喷嘴结构参数；提出了三维旋转水射流扩孔技术、“点”式定向压裂技术、水射流与水力压裂联作增透技术，并开展了相关的工程实践工作。

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目录
前言
第1章煤层增渗技术国内外研究现状1
1.1煤岩体结构特征及瓦斯流动理论研究现状3
1.1.1煤岩体结构与孔隙、裂隙发育3
1.1.2煤层瓦斯流动理论4
1.1.3煤层瓦斯渗透率及其与应力-应变的关系6
1.2低透气性煤层强化抽采技术研究现状6
1.3水力化煤层增渗技术的研究现状9
1.3.1水力化储层增渗技术在石油、天然气等行业的研究现状10
1.3.2煤层增渗与油层增渗的关系15
1.3.3水力化煤层增渗技术在国内的研究进展16
第2章含瓦斯煤体的结构与渗流性能20
2.1煤体结构20
2.1.1非破坏煤的结构21
2.1.2破坏煤的结构21
2.2煤的裂隙21
2.3煤的孔隙22
2.4煤层瓦斯的运移23
2.4.1瓦斯的吸附-解吸过程24
2.4.2扩散过程26
2.4.3达西流26
2.4.4煤的吸附瓦斯变形特性26
2.5煤体的渗透性27
2.5.1煤层渗透性的表征27
2.5.2煤层渗透率随应力-应变的演化特征28
第3章旋转射流理论及其破煤岩机理31
3.1淹没自由旋转射流的基本理论31
3.1.1旋转射流的产生和旋流数32
3.1.2旋转射流的速度场和压力场32
3.1.3旋转射流的理论近似35
3.2钻孔内淹没自由旋转射流速度理论解35
3.2.1旋转射流在钻孔内的流动条件假设35
3.2.2微分控制方程36
3.2.3动量通量和角动量矩通量方程37
3.2.4钻孔中射流速度求解自相似运动的积分形式表述38
3.2.5射流边界的确定42
3.3受限淹没条件下旋转射流的速度结构特点42
3.3.1三维时均速度分布规律42
3.3.2时均速度的自相似性质48
3.3.3旋转射流动力学运动特点52
3.4高压旋转水射流破岩过程55
3.4.1旋转水射流破岩特点55
3.4.2旋转水射流孔底流场分布56
3.5高压旋转水射流破岩机理58
3.6旋转水射流破岩效果的影响因素61
3.7三维高压旋转水射流扩孔煤层增渗力学机制63
3.7.1水射流扩孔后钻孔的空间几何形态63
3.7.2煤层段扩孔后塑性区分布的理论计算63
3.7.3穿层钻孔煤层段扩孔后塑性区的FLAC3D数值分析67
3.8高压旋转水射流割缝煤层增渗机理70
第4章三维旋转水射流流场的数值模拟72
4.1高压旋转水射流喷嘴的设计72
4.1.1喷嘴结构设计72
4.1.2旋流强度设计73
4.1.3叶轮结构设计75
4.2模拟软件PERAANSYS简介77
4.3模型的建立79
4.3.1叶轮导向角优化模拟方案79
4.3.2喷头结构优化模拟方案79
4.4控制方程及边界条件81
4.4.1淹没射流方程81
4.4.2非淹没射流方程82
4.4.3计算条件设置83
4.4.4三维旋转水射流流速分布特征84
4.5数值模拟结果分析92
4.6旋转水射流喷嘴性能的实验室测试95
4.6.1实验室水射流试验系统95
4.6.2制备试验样品97
4.6.3试验方案98
4.6.4试验结果分析98
第5章“点”式定向水力压裂增渗机理与工艺101
5.1“点”式定向水力压裂技术的基本原理101
5.1.1不同破坏煤体的起裂条件101
5.1.2不同埋深煤层裂纹扩展方向106
5.1.3煤层原生裂隙对裂纹扩展的影响107
5.1.4煤岩界面的裂纹扩展特征108
5.1.5控制孔的“松动圈”效应109
5.1.6非对称孔隙压力的导向作用111
5.1.7“点”式定向水力压裂的过程112
5.2“点”式定向水力压裂数值模拟114
5.2.1流–固耦合模型并行有限元分析系统简介115
5.2.2顺层钻孔“点”式定向水力压裂的RFPA3D-Flow模拟117
5.2.3穿层钻孔“点”式定向水力压裂的三维并行模拟研究121
5.3“点”式定向水力压裂现场工艺125
5.3.1“点”式定向水力压裂的工程意义125
5.3.2顺层钻孔“点”式定向水力压裂工艺126
5.3.3穿层钻孔“点”式定向水力压裂工艺128
5.3.4“点”式定向水力压裂的选层133
5.3.5注入水压的预测与设计133
5.3.6其他参数设计134
5.3.7封孔方法135
5.3.8“点”式定向水力压裂典型曲线136
5.4“点”式定向水力压裂装备137
5.4.1封孔器137
5.4.2移动式高压泵站141
第6章水射流与水力压裂联作增渗机理142
6.1小直径穿层钻孔水力压裂的理论分析142
6.1.1小直径钻孔水力压裂裂隙的起裂与扩展143
6.1.2小直径钻孔水力压裂裂隙扩展的影响因素146
6.2水射流扩孔后定向压裂裂隙的起裂机理150
6.2.1水射流扩孔对水力压裂裂隙扩展的影响151
6.2.2水射流扩孔后控制孔的定向导控作用机理152
6.3三维旋转水射流与水力压裂联作增渗数值分析155
6.3.1模拟软件简介155
6.3.2物理模型157
6.3.3数值分析方案157
6.3.4数值模拟结果分析158
第7章三维旋转水射流扩孔(割缝)装备研制及地面联机试验187
7.1煤矿现场用喷嘴的设计原理187
7.2组合高压旋转水射流喷头及喷嘴189
7.3螺旋辅助排渣高压钻杆191
7.4回转式高压旋转接头193
7.5高压水泵及配套装置195
7.6井下高压水射流作业远程监测与控制系统199
7.7井下高压旋转水射流扩孔(割缝)系统200
7.7.1井下高压旋转水射流扩孔(割缝)系统的组成200
7.7.2系统研制期间取得的专利200
7.7.3井下移动高压水力泵站系统样机地面联机调试200
第8章三维旋转水射流与水力压裂联作增渗技术在瓦斯抽采中的应用203
8.1三维旋转水射流与水力压裂联作增渗工艺203
8.2三维旋转水射流扩孔与水力压裂联作增渗工艺流程204
8.3增渗效果考察方法206
8.4不同增渗技术在煤矿瓦斯抽采中的应用207
8.4.1三维旋转水射流扩孔技术的现场应用207
8.4.2控制孔导控定向水力压裂技术的现场应用211
8.4.3水射流扩孔与周边孔压裂联作增渗技术的现场应用215
8.4.4控制孔导控下水射流扩中心孔后定向水力压裂技术的现场应用217
参考文献227