潘一矿水力压裂实施方案.doc

潘一煤矿 2014年3月 1 前言 1 2 水力压裂增透工艺试验 3 2.1 压裂地点概况及压裂钻孔布置 3 2.2 井下水力压裂增透措施 5 2.3 压裂孔封孔工艺 6 2.4 压裂试验数据监测 7 3 水力压裂效果考察 9 3.1 压裂有效半径范围考察 9 3.2 实验室煤样基本参数测定 9 3.3 煤层瓦斯含量计算 10 3.4 煤层透气性系数测定 11 3.5 抽采半径考察 12 1 前言 水力压裂是以水作为动力，使煤体裂隙畅通的一种措施。水力压裂增透技术就是通过钻孔向煤层压入高压水，当水压入的速度远超过煤层的自然吸水能力时，由于流动阻力增加，进入煤层的液体压力逐渐上升，当超过煤层上方的岩压时，煤层内原来的闭合裂隙就会被压开形成新的流通网络，煤层渗透性就会增加。当压入的液体被排出时，压开的裂隙就为煤层瓦斯的流动创造了良好的条件。 对煤层进行水力压裂后，改变了煤的物理力学性质、渗透性质以及煤层的应力状态，相应地改变突出的激发和发生条件，从而可使采掘作业时防止或减少突出的危险。水力压裂可使煤中裂隙和孔隙的容积以及煤的结构发生变化，甚至造成煤的破裂和松动，起到水力疏松煤体的作用，使煤层近工作面部分卸压和排放瓦斯。煤体的湿润，可引起发生突出的条件和突出煤层的性质发生以系列的变化。研究和试验考察表明，煤体注水湿润可使煤的力学性质发生明显变化，煤的弹性和强度减小、塑性增大，从而使巷道前方的应力分布发生根本变化，即高应力区向煤体深部转移，应力集中系数减小。煤体湿润后，透气性成百和上千倍低降低，水对瓦斯起到明显的阻碍效应，煤中瓦斯涌出量和速度都大幅度地下降。上述的各种变化表明，注水湿润煤体可以消除或降低煤层和近工作面处的突出危险。 总体来说，水力压裂从以下三方面降低煤层的突出危险性： （1）对煤层的物理力学性质改变作用：具有压裂作用，通过水力压裂可以使裂隙不断贯通、扩大，扩大润湿半径，并产生“膨胀－收缩－膨胀”的反复作用，最大范围地改变煤层的物理力学性质； （2）对瓦斯的驱替作用：通过水力压裂最大限度的使水渗入到不同孔径的裂隙、孔隙中，最大限度地增加煤体的润湿性，会将不同孔内的瓦斯气体驱替出来； （3）改变地应力的分布规律：水力压裂可以使得工作面前方应力通过水压的传递作用变得更加均匀，从而降低由于应力不均匀分布造成的煤层突出的危险性。 含瓦斯煤体实施水力压裂后，抽采钻孔短时间内瓦斯浓度与抽采量均大幅增加，加快了抽采速度，降低了煤层瓦斯含量，是提高瓦斯抽采效率的有效技术手段之一。 潘一矿21111(1)顺槽区域瓦斯压力大，含量高，钻孔工程量大，掘进速度缓慢，制约了矿井的生产接替，因此需寻求一种增透强化抽采工艺技术，提高矿井的生产效率。为提高煤巷条带穿层消突钻孔的预抽效果，增加煤层透气性，选择对21111(1)顺槽底抽巷采取水力压裂增透技术。 方案编制及设计的主要依据如下： (1) 《煤矿安全规程》，国家安全生产监督管理局\国家煤矿安全监察局，2012年； (2)《防治煤与瓦斯突出规定》，国家安全生产监督管理总局，2009年； (3)《煤矿瓦斯抽放规范》，国家安全生产监督管理总局，AQ1027-2006，2006年； (4) 《煤矿瓦斯抽采指标暂行规定》，国家安全生产监督管理总局、国家发展和改革委员会、国家能源局、国家煤矿安全监察局，2011年； (5) 《煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法》（2007版）, AQ/T1047-2007； (6) 《煤层瓦斯含量井下直接测定方法》(2009版)，GB/T 23250-2009 (7) 潘一矿提供的相关资料。 2 水力压裂增透工艺试验 潘一煤矿21111（1）顺槽底抽巷穿层钻孔抽采浓度较低，为提高揭煤消突钻孔的预抽效果，达到快速消突的目的，选择对该处揭煤采取水力压裂增透技术。为保证水力压裂工作安全有序进行，特编制本安全技术措施方案。 2.1 压裂地点概况及压裂钻孔布置 潘一矿21111（1）顺槽底抽巷（-790m东翼胶带机大巷）为二水平运煤大巷，兼做21111（1）顺槽掩护巷。巷道断面形状为直墙半圆拱，巷道净宽×净高为：5500mm×4350mm。该巷道内共安排3台钻机正常施工。 该区域直接顶为11-3煤砂质泥岩，厚度0～5.3/3.32，m，砂质泥岩：灰色，砂泥质结构，砂质含量不均，上部偶见植化碎片。11-3煤：黑色，碎块至粉末状，沥青光泽，暗煤。直接底为泥岩11-1煤，0～9.08/4.52m，泥岩：灰色、局部深灰色，泥质结构，层内含较多植化碎片，薄层状，岩性较脆，易碎，岩芯局部完整，局部发育碳质泥岩。11-1煤：粉末状为主。老底细砂岩2.84～31.7/14.34m，细砂岩：浅灰色，块状，细粒，石英长石为主，硅钙质胶结