探索水力压裂增透技术在煤巷掘进中应用

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1、探索水力压裂增透技术在煤巷掘进中应用　　摘要：随着经济的发展，我国对煤炭的需求量越来越大，在煤炭开采过程中，瓦斯的抽采是个不容忽视的问题，针对高瓦斯低透气性突出煤层，若直接采用钻孔抽放瓦斯，则存在抽采效果差、抽放时间长、抽放率不高的问题。为提高低透气性煤层的抽放效率，达到预防瓦斯突出的效果，采用水力压裂能够增加煤层透气性，提高单孔瓦斯抽采浓度和流量，减少防突施工对掘进工作的影响，提高预抽瓦斯效果，减少掘进面生产期间的安全隐患。本文结合某煤矿工程实例对水力压裂增透技术在煤巷掘进中的应用做出了阐述。关键词：煤炭开采，水力压裂增透，煤巷掘进，应用中图分类号

2、：F407.21文献标识码：A引言：随着矿井向深部水平延伸开采，煤层埋藏深度加深，矿山压力、地应力、瓦斯压力越来越大，瓦斯含量逐渐增加，发生煤与瓦斯突出事故机率与强度随之增强，瓦斯治理难度越来越难。瓦斯抽采严重制约K1煤层石门揭煤及其工作面掘进，从而造成“三超前”部署脱节。高压水力压裂增透技术的引进，取得一定成效，将该项技术应用于K1煤层石门揭煤及掘进条带，大大缩短K1煤层石门揭煤及巷道掘进时间，瓦斯抽采量及掘进单进均大幅度增加，杜绝了瓦斯事故发生，确保矿井安全生产。71、我国煤矿瓦斯抽采现状随着我国对煤炭需求量的增加，煤矿开采深度不断增加，对于煤矿

3、瓦斯抽采问题，目前，我国煤矿瓦斯抽采效果总体不佳，主要受限于煤层的低透气性和煤层松软的结构特点，故提高松软煤层的透气性是亟待解决的难题。地面煤层气井上压裂能够大规模地改善煤层透气性差的问题，但一次性投入较大，排水降压采气周期较长，不能满足煤矿生产的要求，而且地面开发技术目前还局限于原生结构保存较完好的煤层中。井下钻孔预抽煤层瓦斯适用于开采单一煤层和煤层群开采首采突出矿井，其技术途径主要有两个:(1)通过预先松动原始煤体提高煤层的透气性，如水力割缝、大直径钻孔预抽本煤层瓦斯和保护层开采技术等;(2)采用合理布孔实现本煤层边采边抽的卸压抽采，如穿层网络钻

4、孔、顺层交叉钻孔或迎面斜钻孔布孔方式等。以上技术均取得了一定效果，但如果煤层赋存地质条件特殊时，采用这些技术松动卸压的范围不足以达到区域增透的目的，2、压裂增透原理及系统组成2.1压裂增透原理7井下水力定向压裂增透技术基本原理是借助高压水流对煤层渗透作用，通过气、固、液多相多场耦合，使弱面发生张开、扩展和延伸形成裂隙，对煤层形成内部分割。在层理或切割裂隙张开度增大的过程中，其张开壁面的切向拉应力增加。当在某位置的切向拉应力大于与此相连的次级弱面的壁面之间的联结力和相应切线方向的原始应力之和时，将在该位置处发生次级弱面起裂，水在压力作用下进入其中，同样

5、发生上一级弱面所经历的扩展延伸过程，依此规律反复发展下去，直至达到煤分层中的微裂隙，水便达到对煤层的逐级分割作用。这种分割过程一方面通过弱面的张开和扩展增加了裂隙等弱面的空间体积，提高层理或切割裂隙的张开度和导通性;另一方面通过裂隙等弱面的延伸增加了裂隙之间的连通，从而形成一个相互交织的多裂隙连通网络。正是由于这种裂隙连通网络的形成，煤层透气性才得到有效提高。致使煤层渗透率大大提高，煤体实现整体均匀卸压，吸附瓦斯快速解析，从而增加瓦斯抽采量。2.2压裂系统组成水力压裂系统由供电系统、供水系统、压裂系统三部分组成，其中压裂系统由注水泵、水箱、远方控制箱

6、、监控系统、钻孔孔内压裂管、高压连接胶管及相关装置连接接头等组成。本煤矿工程的核心设备选用南京六合煤机厂生产的BZW56/200型高压煤层注水泵提供系统压力。3、压裂增透关键技术3.1高压水力压裂钻孔布置7压裂钻孔布置在K1煤层底板茅口巷灰岩浅钻场，岩柱l0m以上，压裂半径，100m，控制预处理整个区域。3.2高压水力压裂孔封孔（1）封孔器具及材料s钻孔内压裂管采用重庆迈尔公司生产的无缝高压钢管。孔底端为1根2m长、内径25mm、外径42mm,螺纹连接且分布直径为12mm筛孔的筛管;筛管下方通过螺纹连接直管，连接直管长度为1.6m/根，壁厚为8.5m

7、m，连接直管通过一根变径管连接1.6mx25mmx13mm孔口连接管，孔口连接管下端安装有孔口连接底座。底座一端连接孔口连接管，一端带一个内径25mm的快速接头。孔口连接座上的快速接头连接高压钢编管即可，为确保封孔过程中钢管不从孔内向下滑，还需在孔口最后一根钢管外露段加工支撑块。孔内密封材料为水泥浆，水泥浆按照水泥:白水泥:膨胀剂:水=56:16:7:30的比例进行配置，并需迅速搅拌均匀，严禁将大颗粒送入封孔泵内。（2）封孔工艺压裂钻孔施工成功后，用X91mm钻头扩孔至K,煤层底板，并用常压水清洗钻孔。压裂管采用钻机送入，直接送入压裂钻孔孔底，压裂管

8、孔内连接顺序为:筛管、连接直管、变径管、孔口连接管。筛管下部50一1007mm段使用纱布将筛孔蒙住，以防止水