瓦斯较难抽放煤层水力压裂增透技术的应用.pdf

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1、瓦斯较难抽放煤层水力压裂增透技术的应用尹振林许大会(通化矿业集团公司道清煤矿，吉林白山134301)摘要：科学技术的不断发展，为煤矿安全生产的提高及设备性能的优化带来了重要的保障作用，促进了煤矿企业的快速发展。针对通化矿业集团公司道清煤矿煤层属于较难抽放瓦斯煤层，煤层透气性差、瓦斯抽采效率低，给相关安全生产计划的顺利完成带来了严重的威胁。因此，研究水力压裂增透技术并进行应用，提高钻孔瓦斯抽采效率，消除局部应力集中，最终达到消除瓦斯超限保证安全生产的目的。关键词：瓦斯：难抽煤层：水力压裂：煤层增透；安全生产道清煤矿北斜井经沈阳煤

2、科院测定煤的破坏类型为Ⅱ～Ⅲ类，煤的瓦斯放散初速度指标2xP介于5．41～15．28之间；煤的坚固性系数f值介于0．18～0．75之间；煤层的透气性系数在0．366～2．543m2／MPa2·d之间；吸附常数a值为21．542ml／g·r、b值为0．862MPa一1；钻孔瓦斯涌出量衰减系数介于0．0487～0．0717ad一1。属于较难抽放类型。抽采效果差，无法保证安全生产。为解决低透气性煤层带来的瓦斯抽采率低的问题，应用水力压裂增透技术，增强煤体透气性，提高钻孔瓦斯抽采效率，解除局部应力集中，最终达到消除瓦斯超限保证安全生产

3、。1水力压裂增透机理分析井下水力压裂增透技术是利用高压注水迫使煤体裂隙扩张，孔隙增大，从而提高煤层的透气性，使吸附状态的瓦斯转变为游离状态的瓦斯增多，提高瓦斯抽采效率，试验表明，裂缝起裂取决于注入时间、注水压力、通过高压水力渗透使煤层内部组织受到破坏，煤层裂隙扩大，增多，达到消突、降尘、阻止自燃、解除局部应力集中及增强煤层透气性，从而提高煤层的瓦斯抽采效果。2水力压裂技术的实施2．1钻孔设计在道清煤矿北斜井-505轨道下延中段实施5个穿层钻孔，其中3号孔为水力压裂钻孔，2号孔、4号孔为水力压裂观#MIJ孑L，水力压裂孔与2个放

4、观测孔为平行孔，平行距离为8m在水力压力控制范围内。1号孔、5号孔为普通预抽钻孔，水力压裂孔与2个普通预抽钻孔为平行孔，平行距离为16m在水力压力控制范围外。钻孔全部实施完毕后，通过2号、4号水力压裂观测孔与1号、5号普通预抽孔的对比数据来判断，水力压裂，是否增大钻机控带1]-520m顶高线水力压力控制范围内的煤体透气性以提高瓦斯抽采效果。2_2钻孔密封钻孔密封是顺利完成水力压裂的保证。根据井下实际施工的情况2号水力压裂穿层钻孔前27米为岩石，施工时未出现塌孔现象，为保证顺利完成水力压裂，经研究确定水力压裂钻孔密封钙质页岩长度

5、约27-30m，钻孔密封后48h后开始压裂。封孔材料为马丽散或黄泥+木楔等。其余孔段采用机械方式进行封孔，封孔材料为425#普通硅酸盐水泥与白水泥(比例=3．5：1)进行封孔，封孔长度应根据压裂钻孔的长度进行确定，具体为钻孔封孔至5#煤层顶板钙质页岩与灰岩交界面或直接封至煤岩交接面，(详见图1)。1号孔、3号孔为瓦斯抽放观测孔，钻孔密封深度为10米。采用两堵一注的封孔方式进行封孔，在封孔段的两端用聚氨酯进行封堵，再通过注浆管对两端封堵段之间的钻孔段进行注浆，待浆液固化后，与煤体颗粒固结在一起，有效密封漏气通道。2．3现场压裂的

6、实施压裂实施前，需要对注水压力、流量、注水时间及压裂结束条件等主要参数进行估算。(1)压裂过程中注水压力的变化是压裂进行程度的直观反映。注水压力的主要影响因素包括煤层埋深、邻侧抽采孔布置问距两个因素。根据道清煤矿煤层埋深及压裂的经验，在我矿的4层煤进行水力压裂，抽采孔与压裂孔间距为8m时，注水压力控制在13MPa左右。(2)压裂时间与注水压力、流量等参数密切相关。注水过程中，煤体被逐渐压裂破坏，各种孔裂隙不断沟通，高压水在已沟通的裂隙间流动，注水压力及流量等参数不断发生着变化，注水时间根据注水过程中压力及流量的变化来确定，水力

7、压裂全过程一般需要4—8小时左右。(3)压裂实施过程中，需连续记录注水压力和时间，根据现场实际情况，进行调整压裂孔注水压力。根据钻孔设计，此次压裂孔与邻侧抽采孔间距为8m。当压裂孔与邻侧抽采孔出现高浓度瓦斯或出水，或注水泵压不再上升或出现泵压回落时，立即停泵，压裂结束。在煤体深部，水力压裂过后裂隙发育完成，瓦斯通道形成，在抽采负压的作用下瓦斯由吸附状态变成游离状态。而对于水力压裂孔影响区，煤体内瓦斯由于受到高压水的驱赶，高浓度瓦斯会积聚在钻孔内，进行抽采时会出现大流量、高浓度瓦斯。3对比与分析(1)水力压裂后，由于煤体裂缝的贯

8、通，透气性增加，抽放浓度明显增大，通过15天的数据收集与对比，其中2号、4号水力压力范围内预抽孔，最高抽放浓度为37．5％，t号、5号水力压裂范围外预抽孔，单孔抽放浓度最高为19％，抽采效果提升明显。(2)一般的钻孔瓦斯抽放时，衰减速度快，在抽采6天后浓度、流最迅速下降，而水