定向水力压裂控制煤矿坚硬难垮顶板试验

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1、第31卷第6期岩石力学与工程学报Vol.31No.62012年6月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringJune，2012定向水力压裂控制煤矿坚硬难垮顶板试验1，21，2冯彦军，康红普(1.天地科技股份有限公司开采设计事业部，北京100013；2.煤炭科学研究总院开采设计研究分院，北京100013)摘要：针对煤矿坚硬难垮顶板控制的研究现状及存在的问题，进行定向水力压裂控制煤矿坚硬难垮顶板井下试验。通过在压裂孔两侧布置监测孔和在压裂过程中实时监测泵压变化，深入分析煤矿坚硬难垮顶板水力压裂特点。试验结果表明：(1)KZ54型切槽钻头能够在坚

2、硬岩层中预制横向切槽，可有效降低裂缝破裂所需压力；(2)采用跨式膨胀型封隔器可对岩层坚硬段分段逐次压裂，压裂过程中可在顶板中产生多条裂缝，从而有效弱化顶板；(3)随着压裂处与孔口距离的增大，裂缝破裂和扩展所需的压力也相应增大，裂缝的扩展半径最大可达20m；(4)在压裂过程中，由于岩层均匀性、渗透性、地应力场、岩层结构面等影响因素的变化，压力–时间曲线呈现出多种形态；(5)岩石抗拉强度与地应力值较为接近时，岩石强度对水力压裂有较大影响。关键词：采矿工程；坚硬难垮顶板；定向水力压裂；裂缝扩展；井下试验中图分类号：TD32文献标识码：A文章编号：1000–6915(2012)06–1148

3、–08TESTONHARDANDSTABLEROOFCONTROLBYMEANSOFDIRECTIONALHYDRAULICFRACTURINGINCOALMINE1，21，2FENGYanjun，KANGHongpu(1.MiningandDesigningDepartment，TiandiScienceandTechnologyCo.，Ltd.，Beijing100013，China；2.CoalMiningandDesignBranch，ChinaCoalResearchInstitute，Beijing100013，China)Abstract：Inviewoftherese

4、archsituationandexistingproblemsinvolvedwiththehardandstableroofcontrolincoalmine，thetestofdirectionalhydraulicfracturingemployedfortheroofcontrolispresented；thecharacteristicsofhydraulicfracturingintheroofareobtainedviathemonitoringboreholesdecoratedonbothsidesofthefracturingboreholeandthepres

5、surerecordduringhydraulicfracturing.Thetestresultsshowthat：(1)ThetransversenotchisintroducedsuccessfullyintheroofbymeansofKZ54drillandiscapableofreducingthepressurerequiredforcrackbreakdownduringthedirectionalhydraulicfracturing.(2)Theinflatablestraddlepackeradoptedforholesealingensuresthestepw

6、isefracturinginthehardstrata，thestepwisefracturingcancreatemultiplecracksintheroof，whichultimatelyweakensthehardstrata.(3)Thebreakdownpressureandpropagationpressurechangeinproportiontothedepthoffracturinglocation；thecrackcanpropagatetoalargescoperadiusof20mapproximately.(4)Thepressureversustime

7、curveisrecordedandpresentsavarietyofformspotentiallyrelatedtotherockuniformity，permeability，geostressfieldandrockstructuresurface.(5)Therockstrengthisthemainfactorthatcontrolsthefracturingprocesswhenthevaluesofgeostressandrocktens