定向水力压裂技术弱化坚硬顶板效果分析.pdf

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1、锑总第189期doi：10．3969／j．issn．1005—2798．2015．05．025定向水力压裂技术弱化坚硬顶板效果分析张宁宁(晋城煤业集团凤凰山矿，山西晋城048007)摘要：凤凰山矿XV5302综采工作面直接顶为K，石灰岩，其厚度达8m，属于坚硬难垮顶板。为了保障工作面初采期间，采空区顶板能够呈现分层分次垮落，避免顶板大面积垮落对_丁作面设备造成损坏及对人员造成伤害。在切眼安装设备前，在切眼内回采帮向推进方向进行顶板打钻，采用定向水力压裂技术对工作面坚硬难垮顶板进行定向压裂，来削弱

2、顶板强度和整体稳定性。并在初采期间，在工作面内安装矿压监测仪器来监测顶板的压力状况，通过监测的顶板压力曲线分析定向水力压裂技术的应用效果。关键词：定向水力压裂：坚硬顶板；效果分析中图分类号：TD327．2文献标识码：B文章编号：1005—2798(2015)05—0062．03l15号煤XV5302工作面概况2坚硬顶板定向水力压裂钻孔布置方式1．1工作面概况2．1XV5302切眼第一排水力压裂钻孔布置方式晋城煤业集团凤凰山矿XV5302综采工作面倾切眼第一排水力压裂钻孔布置方式：钻孔均垂斜可采长

3、度175．5m，走向可采长度761．71m。所直于XV5302切眼进行布置。并在切眼煤壁侧钻孔。采煤层为15号煤，煤层厚度1．9～2．8rn，平均厚度钻孔位置距顶板200～300rnm，钻孔深度为50m．2．38m。工作面布置两条巷道。采用一进一回“U”孔间距15m，钻孔直径为56mm，钻孔方向朝型通风方式，巷道采用锚杆支护，并采用锚索、钢带XV5302工作面推进方向，与煤层夹角为10。，见图补强支护。11．2地质情况该工作面地面标高为775～792．5m．工作面标高为617～649m。盖山厚度

4、为125～158m，平均为140m⋯。煤层构造特征：煤层为l5号煤层，黑色。半金属光泽，亮煤为主，含一层0．23m厚的较稳定夹矸，由煤层底板向上依次为1．55m煤，0．23m夹矸，0．61TI煤。煤层倾角为1～8。，平均3。，变异系数为30％，煤的容重为1．5t／m，可采指数为1，稳定程度为较稳定。1．3采煤方法钻孔该工作面采用全部垮落后退式综合机械化采煤法。1．4工作面液压支架及两巷道单体柱布置形式_，工作面端头顶板采用两架ZT16000—16／30型I一49314l2OO～300端头支架支护

5、，工作面顶板布置118架ZZ8000—17／32型支架支护，其中117号架、118号两架支护图1XV5302切眼第一排水力压裂钻孔布置(mm)端尾顶板。两巷道巷道超前20m采用单体液压戴2．2XV5302切眼第二排水力压裂钻孔布置方式帽点柱加强支护，单体柱柱头使用钢丝绳进行连锁，切眼第二排水力压裂钻孔布置方式：钻孔也均起到防倒的作用。垂直于XV5302切眼布置．并在切眼煤壁侧钻孔，钻收稿日期：2015-04-08作者简介：张宁宁(1985一)，男，山西临汾人，助理工程师，从事煤矿技术管理工作。6

6、2张宁宁：定向水力压裂技术弱化坚硬顶板效果分析第24卷第5期孔位置距顶板200～300mm，钻孔深度为30m，孔压裂的坚硬顶板上打孔。目前。使用ZDY1200S型间距15m，钻孔直径为56mm，钻孔方向朝XV5302钻机，钻孔直径为55mm，孔深根据坚硬顶板的厚度工作面推进方向，与煤层夹角为16。，见图2。及钻孑L的角度确定，钻孔的角度可根据所需压裂面角度的变化而确定，钻孔的水平投影与巷道的水平夹角一般为70—75。，钻孑L仰角一般不超过20。。3．2钻孔开槽钻孔每钻进10m后，退出钻杆及岩石钻

7、头，将岩石钻头换成KZ54开槽钻头．在孔底进行开槽，如此循环。直至钻孔结束。开槽施工时要达到开槽时间，以确保开槽的效果。开槽对于定向压裂是非常重要的步骤，当进行水力压裂时，开槽处产生应力集中，它会引导裂隙首先从开槽处发育。3．3封孔先用高压注水管(特制钢管，长1．5m)将封孔钻孔器置于预定封孑L位置．即将压裂钢管段置于预裂缝处，然后用手动泵向封孔器注水加压至9～12MPa，使封孔器胶管膨胀撑紧孔壁，完成封孔工作。3．4钻孔水力压裂定向水力压裂采用倒退式压裂法。压裂使用图2XV5302切眼第二排水

8、力压裂钻孔布置(1rlm)JC3090型高压水泵。具体步骤为：将高压水泵先通2．3XV5302工作面两巷道压裂钻孔布置方式水再通电，然后开启压力开关缓慢加压，同时观察登工作面两巷道钻孔布置采用双侧布置，在巷道记高压泵压力表的数值，持续加压至预裂缝开裂，这的回采帮钻孔，钻孔位置距顶板200～300mm，孔深时压力会突然下降，保压注水使裂纹持续扩展，沿与60m，孑L径为56mm，孔间距10m，钻孑L与煤层夹角裂纹方向形成横向裂纹，前三处高压泵保压注水时为10o，钻孔水平投影与巷道夹角为7O。，见图3