水力压裂技术在鹤煤十矿的应用.pdf

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1、煤矿现代化2012年第6期垦水力压裂技术在鹤煤十矿的应用赵丹，张瑞林(河南理工大学安全科学与工程学院，河南焦作454000)摘要为解决鹤煤十矿在掘进过程中瓦斯多次超限的问题，通过在掘进工作面进行定向水力压裂试验。试验结果表明定向水力压裂技术防治突出是可行的，可以减轻工人的劳动强度，提高掘进速度，达到突出工作面快速消突的目的，实现煤层增透、消突、降尘、抑制自燃发火、释放冲击地压和解除局部应力的重要目的，保证了采掘工作面的安全高效生产，是区域性瓦斯治理的一项重要措施。关键词水力压裂；卸压增透；防突降尘；快速掘进中图分类号：TD713．3文献标志码：

2、B文章编号：1009—0797【2012)06—0029—02随着矿井开采深度的增加使煤层地应力增大、钻孔周围出现大面积的压力下降，煤层内受压降影煤层及围岩的透气性变差、瓦斯压力和瓦斯含量增响而解吸出来的瓦斯能够通过压裂形成的裂隙、裂大[i-3]。开采保护层、预抽煤层瓦斯等措施可以有效释缝运移至钻孔中，保证煤层瓦斯能够迅速并相对持放煤层的地应力和瓦斯潜能，改变煤体本身的性质，久地抽采，抽采量较压裂前可增加数倍。达到消除煤层区域突出危险性的目的。但在我国，3水力压裂设备及工艺95％以上的高瓦斯和突出矿井的煤层属于低透气性煤层，透气性系数只有10-

3、3lO~mD，瓦斯抽采难度(1)压裂设备：压裂泵采用BRW400／31．5型煤矿非常大，抽采率极低[4]。对于单一低透气性严重突出专用乳化液泵，额定压力为31．5MPa，额定流量为煤层进行消突的重要手段是采用卸压增透强化抽采400fmin；高压管路选用耐压胶管，耐压强度不低于措施，水力压裂技术作为提高煤层透气性的措施已35MPa。注水系统上必须附带注水压力、流量计量仪经得到广泛应用[5l。表。(2)工艺流程图见图1：1试验工作面概况试验地点位于鹤煤十矿开掘中的13071工作面上下顺槽，13071工作面和11111工作面相邻，都隶属于二煤。二煤为

4、全层发育III—IV构造软煤。煤体坚固性系数f值在0．220．65之间，平均值为0．35；瓦斯放散初速度△P值在11．0～17．0之间，实测图1水力压裂系统装置示意图煤层瓦斯含量为6'3712．84mTt，平均969m3／t；具有4研究考察内容煤与瓦斯突出危险性。11l11工作面曾在掘进中多次出现瓦斯超限问题而导致工作面布置长达5年之(1)水力压裂的目的和意义：增强煤层透气性，久，为加快掘进速度，降低生产成本，特在13071工提高低透气性煤层钻孔瓦斯抽采量；改变煤(岩)体本作面采用定向水力压裂增透技术。身的结构及物理力学性质，使其强度降低，塑性

5、增加，达到消除冲击地压的作用；注水后使掘进工作面应力2水力压裂技术增透机理集中区后移，在一定范围内起到防突作用；湿润煤水力压裂技术是针对高瓦斯低透气性突出煤层(岩)体，增加煤(岩)体的含水量，降低粉尘产生量。而采用的一种卸压增透防突技术措施。其作用原理(2)研究内容：相似条件下水力压裂前、后瓦斯为高压水注入煤(岩)体后，克服最小主应力及煤抽采浓度及抽采量的变化；水力压裂前、后煤(岩)体(岩)体的破裂压力，将煤(岩)体内部微裂隙扩展并含水量及放炮时粉尘产生量的变化；水力压裂前、后使之沟通；煤(岩)层压裂后，其内部出现大量且延伸钻孔瓦斯涌出速度q及

6、钻屑量s的变化。很远的裂缝，使煤(岩)体内瓦斯的弹性能得到释放，5水力压裂钻孔布置及效果分析煤层瓦斯压力及瓦斯含量得到降低，煤层透气性增加，减弱或消除煤层的突出危险性；同时使瓦斯抽采(1)钻孔布置方式：在13071工作面共进行了4·29·煤矿现代化2012年第6期总第111期次水力压裂试验。13071工作面上下顺槽水力压裂8钻孑L布置如图2所示；抽采钻孑L布置如图3所示。76皇5i：寨：0、图213071工作面上、下顺槽钻孔布置图图5压裂前、后钻屑量s随时间变化图7结论(1)13071工作面从2010年11月开口掘进，中期使用水力压裂安全快速掘

7、进，至2011年12月安图32号钻场钻孔布置图全贯通，一年零一个月圈成一个工作面。与相邻的(2)压裂结果分析：水力压裂前、后瓦斯抽采浓11111工作面5年圈成相比，效果显而易见。度及抽采量随时间的变化(以2号抽采钻孔为例)见(2)13071工作面上下顺槽压裂实施后，掘进过程表1。中响煤炮、掉渣、荡尘现象减少，打钻时喷孑L、夹钻、顶表113071工作面上下顺槽压裂前后单孔抽采表钻等突出预兆基本消除；大大的降低了劳动强度，取得了良好的经济效益和社会效益。另外，由于水力压裂后煤体湿润，作业中粉尘浓度大大降低，改善了作业环境，工人工作时有安全感，利于实

8、现工人职业健康。(3)压裂后瓦斯抽采量大大增加，瓦斯涌出速度及钻屑量大大降低，发生煤与瓦斯突出的危险性大大降低，最终实现了煤与瓦斯两种资源的安全高效共