基于水力压裂的特大断面瓦斯隧道快速揭煤技术研究

《基于水力压裂的特大断面瓦斯隧道快速揭煤技术研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、基于水力压裂的特大断面瓦斯隧道快速揭煤技术研究［摘要］针对复杂地质构造瓦斯隧道揭煤周期长、工程量大的难题，提出了以水力压裂技术为核心的5+1+1”高效揭煤体系，分析得出煤岩的地应力及应力差、煤体硬度、煤层瓦斯含量及压力、透气性是影响水力压裂效果的关键因素，将该技术在渝黔高速铁路新凉风域隧道揭煤工程中应用，结果表明：采用“5+1+T瓦斯隧道揭煤技术后，瓦斯抽放浓度达20.51%,抽采达标时间缩短53%,工期提前200余天。研究成果可为类似的工程设计、施工提供借鉴。［关键词］水力压裂特大断面瓦斯隧道揭煤中图分类号：D622文献标识码：A文章编号

2、：1009-914X(2016)27-0014-02我国近75%的国土面积为山地和丘陵，随着中西部地区交通建设的不断发展，在山区修建的隧道数量和里程也逐年增加，不可避免的会遇到穿越煤系地层的隧道。其中瓦斯是穿煤隧道建设重大危害之一。我国南方煤层透气性差，透气性洗漱普遍小于0.1m2/(MPa2?d)),属较难抽放煤层，目前常规的震动放炮、水力割缝、密钻孔等瓦斯抽采技术［1〜5］,存在抽采钻孔有效半径小、抽采达标时间长、工程量大等问题，容易存在瓦斯抽采空白带，使得隧道在揭开煤层时仍然存在很大的煤与瓦斯突出隐患。本文结合渝黔高速铁路新凉风域瓦斯

3、隧道工程实际，探讨了水力压裂增加煤层透气性机理，在此基础上提出了“5+1+1n的隧道揭煤技术。1＞工程概况渝黔铁路新凉风域隧道为渝黔高速铁路的双线隧道，全长7618m,共穿过9层煤，总长度175m,如图1所示。隧道埋深350〜400m,煤层厚度1.5〜2.0m,煤层倾角24°。原始瓦斯含量最高达15.01m3/t,压力最高为1.327Mpao该段隧道穿煤层数多，地质构造复杂，煤与瓦斯突出危险性大，为全线重难点控制性工程，被列为I级高风险隧道。2、水力压裂增透机理2.1水力压裂效果影响因素(1)地应力及应力差对压裂效果影响地应力不仅对于煤储层

4、渗透性具有重要的影响，同时，地应力大小和方向也是控制水力压裂裂缝起裂压力、位置及形态的重要参数。压裂产生的裂缝，一定范围内发生转向或相互扭曲，随着裂缝的延伸，最终在垂直于最小水平主应力方向形成一条裂缝。应力差主要是指煤层所受应力与遮挡层所受应力之间的差距，其主要是通过影响裂缝扩展形态来影响增透效果的。(2)煤的强度煤的力学强度是指煤受外力作用时抵抗破坏的能力。当外力增加时，煤的内应力也相应地增大，甚至破坏煤体。此时煤内的应力应为煤的极限强度，煤的强度越大，水力压裂将越难进行。(1)煤层瓦斯含量对压裂效果影响瓦斯含量对煤层吸附饱和程度起决定性

5、影响：临界解析压力、有效泄气面积随着瓦斯含量的增高而增高，从而也就使单井产量增高。煤层瓦斯含量主要受煤层厚度与煤层埋深程度的影响，而且呈正相关影响趋势。(2)煤层透气性对压裂效果影响当其它条件都相同时，压裂效果与煤层透气性变化趋势相同：透气性越高，煤层中流体渗流速度越快，煤层瓦斯产量也就越高；反之则渗流速率越慢，煤层瓦斯产量越低。(3)煤层瓦斯压力对压裂效果影响煤层瓦斯含量、煤层瓦斯产量的变化趋势与原始瓦斯压力变化趋势保持一致，即原始压力越高，煤层瓦斯含量越高,瓦斯抽采量也就越高。反之，则越低。综上所述，地应力和煤体强度为主控因素，地应力大

6、小和方向是控制水力压裂裂缝起裂压力、起裂位置及裂缝形o2.2水力压裂增透机理水力压裂增透技术源自油气储层改造，是利用高压泵组将高压液体以大大超过地层吸收能力的排量注入钻孔中，对钻孔进行封孔后，高压水在孔壁附近憋压超过孔壁附近地应力及岩石抗拉强度的压力后，即在地层中形成裂缝。随着液体不断注入裂缝中，裂缝逐渐向孔周围不断延伸。待压裂完成后排出压裂液，形成瓦斯渗流通道，增加煤层透气性，使较远处的瓦斯能够通畅流入钻孔中，起到减少揭煤钻孔工程量、提高瓦斯抽放率、缩短抽放时间的作用。3、’5+1+1”瓦斯隧道揭煤技术3.1“5+4+T瓦斯隧道揭煤体系"

7、5+1+1”高效揭煤体系是指对待揭煤层进行以20m垂距初探、10m垂距精探、5m垂距预测、2m垂距验证、过煤门预测的5步预测揭煤法，辅以水力压裂增透抽采技术及金属骨架加强支护的隧道揭煤体系。3.2“5+1+1”瓦斯隧道揭煤技术(1)20m垂距初探在距煤层20m垂距处分别沿隧道开挖方向及与煤层垂直方向施工孔径①89mm的3个钻孔，初步掌握煤层的大概位置。(2)10m垂距精探当隧道开挖至距煤层10m垂距时，施工3个孔径①89mm地质取芯钻孔，穿透煤层全厚，并且进入底板不小于0.5m,终孔位置控制在开挖轮廓外5m左右，并取各个煤层岩芯,分析其产状

8、及顶、底板岩性。(3)5m垂距预测隧道开挖至距煤层5m垂距处进行区域验证，即工作面突出危险性预测，采用钻屑指标法与瓦斯压力法相互验证的预测方法。预测钻孔布置在竣工抽排钻孔中间，共