豫西“三软”煤层水力压裂增透技术研究-论文.pdf

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1、总第180期doi：10．3969／j．issn．1005—2798．2014．08．014豫西“三软"煤层水力压裂增透技术研究闫海丰，王恩营，汪师逵(1．郑煤集团公司张沟煤矿，河南新郑451191；2．河南理-y_大学资源环境学院，河南焦作454000)摘要：水力压裂卸压增透技术是提高单一、低渗、高突煤层煤巷掘进工作面瓦斯抽采效率、降低其突出危险性的有效方法之一。通过理论分析、数值计算、数理统计等方法，对豫西“三软”煤层水力压裂后瓦斯抽采浓度、流量、起裂压力和裂缝形态等进行了研究。结果表明：水力压裂技术具有较好的增透效果，裂缝形态及起裂压力受地应力控制，该研究在相似瓦斯地质

2、条件的矿区有良好的推广应用价值。关键词：“三软”煤层；水力压裂；地应力：瓦斯抽采中图分类号：TD712．2文献标识码：B文章编号：1005—2798(2014)08—0031—03按照《防治煤与瓦斯突出规定》(2009)，区域防作面底板抽放巷于2011年9月开口施工，巷道净宽突措施有开采保护层和预抽煤层瓦斯两类。对单一4．0m．净高3．0m，净断面10．3m，锚喷支护，巷道煤层开采的矿井来说，主要采取预抽煤层瓦斯的方帮上开掘钻场．钻场间距30m。法。豫西矿区主要开采二煤层，大多矿井属单一在1号钻场中施工1号压裂孔，并于2013年煤层开采，而且煤层为全层构造煤，煤类达到Ⅳ～V1

3、月17日8点班进行压裂，最高泵站压力19MPa，类，透气性极低，透气性系数一般在0．000472～向孔内注水3O．5t。该孔压裂10min后，在压裂钻0．0467m／(MPa·d)之间，属极难抽采煤层I1]。场以里15m处。巷道左上部出现了一道长约5m的常规的预抽瓦斯技术虽然能解决一定的问题，但抽裂缝，1号钻场以外15IT／处的1号卸压孔有水渗采效果不理想，抽采后突出危险性仍然很高。通过出。表明该孔周围裂隙发育，水流渗失较大，压裂效采取水力压裂卸压增透措施，煤层中的裂隙贯通，增果不好。鉴于上述原因，对1号压裂孔及卸压孔进加了其透气性．可以取得良好的抽采效果l2]。此行封堵．施

4、工2号压裂孔。2号压裂孔于2月6日外，采用计算分析、现场考察等方法，可以对水力压8点班进行压裂，最高泵站压力19．5MPa，向孑L内注裂的起裂压力、裂缝形态及影响因素进行分析，找出水47t。该孔压裂70min后，在2号卸压孔内开始规律，为相似条件下的水力压裂试验提供依据。出现卸煤现象。此时21121底板抽放巷回风瓦斯探针对煤层水力压裂技术的特点，前人进行了大头数值由0．01％升高至0．14％．3号钻场施工的穿量研究。李国旗、叶青等系统地阐述了高瓦斯、低透层钻孔有个别孔口瓦斯浓度变化量达到30％以上。气性突出煤层水力压裂所需的注水压力、流量、注水实施水力压裂之后，在相邻的钻场施

5、工抽采钻时间等技术参数以及煤体内在因素的影响]：徐幼孔，并对瓦斯抽采数据进行考察。由于3号钻场各平、林伯泉等利用RFPA2D—Flow软件模拟了水力钻孔在2月26日联网抽采至3月25日，瓦斯抽采压裂起裂、扩展和延伸过程，并提出了定向水力压裂浓度大多已降至30％以下．随决定4月1日在2号技术。解决了压裂过程中出现的卸压盲区问题¨4j。压裂孑L进行第二次压裂，以提高瓦斯抽采效果。文章以豫西郑州矿区大平煤矿为例，对矿井211212抽采效果考察工作面底抽巷水力压裂增透抽采技术进行了考察分析，分析结果对研究水力压裂参数有重要的指导意水力压裂效果的定量考察主要从瓦斯抽采浓义度、流量等方面

6、进行。总体上抽采效果得到大幅度提高。1现场压裂试验1)抽采浓度对比。3号钻场钻孔瓦斯抽采浓大平煤矿21121工作面位于矿井东南部，大冶度一直较稳定，基本上在40％左右，而4号钻场瓦向斜的倾伏端，平均煤厚7．0m，煤层倾角22。，瓦斯斯浓度衰减很快，不到一个月即衰减到20％，3号钻含量11．69m。／t，属于严重突出危险煤层。21121工场抽采浓度基本是4号钻场的2倍左右，衰减周期收稿日期：2014434—10作者简介：闫海丰(1970一)，男，河南荥阳人，工程师，从事生产技术工作。312014年8月闰海丰等：豫西“三软”煤层水力压裂增透技术研究第23卷第8期也较4号钻场长。由

7、公式(1)知：随着采深的增加，最大水平主应2)抽采流量对比。3号钻场D150mm孔板力与垂直应力的差距会变小，与上述学者的理论研瓦斯流量计在3个月的抽采时间内平均测定流量为究一致。当，>，时，0．0182H+2．2328>0．759m／rain，4号钻场在一个半月的抽采时间内0．027H，即H<255m时，有>>：，水力压裂平均流量为0．467m／min，3号钻场瓦斯流量较时产生水平裂缝；当>>时，有0．0216H+4号钻场提高了75％。6．7808>0．027H>0．0182H+2．2328．即：25