水力压裂冲孔在松软低透气性高瓦斯煤层抽采中的应用.pdf

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1、煤矿现代化2016-r第1期总第130期水力压裂冲孔在松软低透气性高瓦斯煤层抽采中的应用王彪。王联z，卓泽强，沈洪，尹建荣(1．重庆市能源投资集团有限公司，重庆401121；2．重庆市能源投资集团科技有限责任公司，重庆400061；3．重庆天府矿业有限责任公司重庆北碚400704；4．重庆天府矿业有限责任公司三汇三矿重庆合川401535)摘要为解决三汇三矿松软低透气性高瓦斯煤层(K。)抽采钻孔垮孔严重，瓦斯预抽困难，抽采达标时间长的问题，采取水力压裂冲孔技术对该矿一60ran石门揭穿K煤层时进行了处理，结果表明：在相同的地质条件下，和未采取措施的一60mN石门揭穿K煤层

2、相比，减少石门揭煤抽采钻孔79个，抽采达标时间减少105天。关键词水力压裂冲孔；松软低透气性高瓦斯煤层；抽采中图分类号：TD712文献标志码：A文章编号：1009—0797(2016)01—0114—03三汇三矿为煤与瓦斯突出矿井，矿井核定生产的动压作用，水射流脉冲符合引起的疲劳破坏作用和能力为45万t／a，开拓方式为平硐、明暗斜井综合开水楔作用等。在高压水射流冲击下，煤体发生破坏虽拓方式，采用对角式通风系统。矿井现抽采能力为然是由以上作用引起的，但是针对不同的切割条件下145m3／min，自上而下依次开采的K、和K煤层均或针对不同种类的材料来讲，上述几种作用中的某一为

3、突出煤层。随着矿井向深部开采’，煤层透气性降两项可以显得特别突出而起主导作用，其他将处于次低，瓦斯压力、瓦斯含量增大，特别是K煤层为松软要地位。高压水射流的破碎能力与水射流及切割条件低透气性高瓦斯煤层，f值为0．32，透气性系数仅为有关，同时，也受切割破碎材料的性质影响。在高压水1．2X10mD，煤层瓦斯含量为15．3m／t，使用常规抽射流冲击下，材料本身性质将发生一定变化。采技术预抽瓦斯揭穿K煤层时，钻孔垮孔严重，抽1．2．2水力压裂冲孔增透机理采达标时间一般为200天左右，瓦斯预抽达标非常水力压裂通过向煤层中注入高压水，最终在一困难，突出威胁严重。定的范围煤层内形成

4、大量裂缝，并沟通煤层原生和针对三汇三矿揭穿K，煤层存在的问题，研究应次生裂缝，提高煤层透气性。目前受限于井下压裂用了水力压裂冲孔技术，确保瓦斯抽采效果，实现快泵的能力。速安全抽采达标。水力冲孔利用高压水射流的冲击力，破坏、剥离作用范围内的煤体，在钻孑L周围形成大的孑L洞，孔洞1水力压裂冲孑L技术及作用机理周围煤体在地应力作用下向孔洞移动，煤体膨胀变1．1水力压裂冲孔技术形，煤体得到充分卸压，煤层透气性大幅度增高，促水力压裂冲孔是利用同一钻孔，首先使用高压进瓦斯解吸和排放，但影响范围较小。水射流，在煤层中冲出若干直径较大的孔洞，然后对水力压裂冲孑L对其影响范围内煤体的卸压

5、为大该钻孔进行封孔，利用高压水对煤体进行压裂。是量瓦斯的解吸和排放创造了有利条件，提高了煤层的“水力冲孑L出煤卸压，水力压裂单元增透”，使煤层中透气性能，同时，大量瓦斯的排放使得煤体发生收缩缝网分布更加均匀，煤层透气性得到最大程度的提变形，这必然会导致煤体应力的重新分布，从而对煤高的一种煤体增透技术。是以高压水为载体、以瓦斯体进一步卸压，同时，由于煤体是由很多的煤分子所抽采钻孑L为通道、以煤层及其围岩为增透对象，以大组成的，而整个煤体又为纵横交错的层理、节理和裂规模提高瓦斯抽采效率为目的的一种技术⋯。隙所分割，因而煤体收缩变形时，必然会造成这些裂1．2作用机理隙系统的进

6、一步加大，从而使煤体的透气性加大l71。1．2．1破煤机理1．2．3水力冲孔消突机理在高压水射流冲击时的动压作用，对煤体不断冲主要为：①冲出大量煤体，为煤体膨胀变形提供撞、反弹、干扰，破坏了煤体的分子结构，促进了裂纹了充分的空间，起到局部卸压作用；②由于煤体的膨的扩展，加速了煤体的破碎【21。在高压水射流冲击下，胀变形，裂隙地产生、延展和贯通，增加了煤层的透煤体发生破坏时由以下作用引起的：水射流过程中的气性；③湿润煤体，使煤体减少脆性，增加了煤体塑气蚀破坏作用，高压水射流的冲击作用，高压水射流性，降低煤体弹性势能，减小瓦斯膨胀能【8_。基金项目：2014年重庆市杰出青年

7、项目“水力压裂作用下煤层气分布规律及检测设备研究”(cs20l4jcyjjq9o0020)·114·煤矿现代化2016年第1期总第130期2水力压裂7中孑L系统及装备平，煤层不稳定，煤厚变化较大，且含矸0～3层。2．1水力压裂冲孔系统水力压裂冲孔系统通常主要包括压裂泵站(压裂泵、压裂液箱和电机)、管路、钻机、喷嘴等，系统示意图见图1。图3三汇三矿一60raN4石门位置示意图4水力压裂冲孔抽采方案图1水力压裂冲孔系统布置示意图系统施工工艺流程见图2。匮鞠童]—囵塑墼口—(蔓臣亚圆臣西西西口—(][]田—_[二夏E羹西互-厂雯夏—．[夏羞蕴二