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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。
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