豫西“三軟”煤層水力壓裂增透技術(shù)研究-論文.pdf

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1、總第180期doi：10．3969／j．issn．1005—2798．2014．08．014豫西“三軟"煤層水力壓裂增透技術(shù)研究閆海豐，王恩營，汪師逵(1．鄭煤集團(tuán)公司張溝煤礦，河南新鄭451191；2．河南理-y_大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，河南焦作454000)摘要：水力壓裂卸壓增透技術(shù)是提高單一、低滲、高突煤層煤巷掘進(jìn)工作面瓦斯抽采效率、降低其突出危險(xiǎn)性的有效方法之一。通過理論分析、數(shù)值計(jì)算、數(shù)理統(tǒng)計(jì)等方法，對(duì)豫西“三軟”煤層水力壓裂后瓦斯抽采濃度、流量、起裂壓力和裂縫形態(tài)等進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：水力壓裂技術(shù)具有較好的增透效果，裂縫形態(tài)及起裂壓力受地應(yīng)力控制，該研究在相似瓦斯地質(zhì)

2、條件的礦區(qū)有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵詞：“三軟”煤層；水力壓裂；地應(yīng)力：瓦斯抽采中圖分類號(hào)：TD712．2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1005—2798(2014)08—0031—03按照《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》(2009)，區(qū)域防作面底板抽放巷于2011年9月開口施工，巷道凈寬突措施有開采保護(hù)層和預(yù)抽煤層瓦斯兩類。對(duì)單一4．0m．凈高3．0m，凈斷面10．3m，錨噴支護(hù)，巷道煤層開采的礦井來說，主要采取預(yù)抽煤層瓦斯的方幫上開掘鉆場．鉆場間距30m。法。豫西礦區(qū)主要開采二煤層，大多礦井屬單一在1號(hào)鉆場中施工1號(hào)壓裂孔，并于2013年煤層開采，而且煤層為全層構(gòu)造煤，煤類達(dá)到Ⅳ～V1

3、月17日8點(diǎn)班進(jìn)行壓裂，最高泵站壓力19MPa，類，透氣性極低，透氣性系數(shù)一般在0．000472～向孔內(nèi)注水3O．5t。該孔壓裂10min后，在壓裂鉆0．0467m／(MPa·d)之間，屬極難抽采煤層I1]。場以里15m處。巷道左上部出現(xiàn)了一道長約5m的常規(guī)的預(yù)抽瓦斯技術(shù)雖然能解決一定的問題，但抽裂縫，1號(hào)鉆場以外15IT／處的1號(hào)卸壓孔有水滲采效果不理想，抽采后突出危險(xiǎn)性仍然很高。通過出。表明該孔周圍裂隙發(fā)育，水流滲失較大，壓裂效采取水力壓裂卸壓增透措施，煤層中的裂隙貫通，增果不好。鑒于上述原因，對(duì)1號(hào)壓裂孔及卸壓孔進(jìn)加了其透氣性．可以取得良好的抽采效果l2]。此行封堵．施

4、工2號(hào)壓裂孔。2號(hào)壓裂孔于2月6日外，采用計(jì)算分析、現(xiàn)場考察等方法，可以對(duì)水力壓8點(diǎn)班進(jìn)行壓裂，最高泵站壓力19．5MPa，向孑L內(nèi)注裂的起裂壓力、裂縫形態(tài)及影響因素進(jìn)行分析，找出水47t。該孔壓裂70min后，在2號(hào)卸壓孔內(nèi)開始規(guī)律，為相似條件下的水力壓裂試驗(yàn)提供依據(jù)。出現(xiàn)卸煤現(xiàn)象。此時(shí)21121底板抽放巷回風(fēng)瓦斯探針對(duì)煤層水力壓裂技術(shù)的特點(diǎn)，前人進(jìn)行了大頭數(shù)值由0．01％升高至0．14％．3號(hào)鉆場施工的穿量研究。李國旗、葉青等系統(tǒng)地闡述了高瓦斯、低透層鉆孔有個(gè)別孔口瓦斯?jié)舛茸兓窟_(dá)到30％以上。氣性突出煤層水力壓裂所需的注水壓力、流量、注水實(shí)施水力壓裂之后，在相鄰的鉆場施

5、工抽采鉆時(shí)間等技術(shù)參數(shù)以及煤體內(nèi)在因素的影響]：徐幼孔，并對(duì)瓦斯抽采數(shù)據(jù)進(jìn)行考察。由于3號(hào)鉆場各平、林伯泉等利用RFPA2D—Flow軟件模擬了水力鉆孔在2月26日聯(lián)網(wǎng)抽采至3月25日，瓦斯抽采壓裂起裂、擴(kuò)展和延伸過程，并提出了定向水力壓裂濃度大多已降至30％以下．隨決定4月1日在2號(hào)技術(shù)。解決了壓裂過程中出現(xiàn)的卸壓盲區(qū)問題¨4j。壓裂孑L進(jìn)行第二次壓裂，以提高瓦斯抽采效果。文章以豫西鄭州礦區(qū)大平煤礦為例，對(duì)礦井211212抽采效果考察工作面底抽巷水力壓裂增透抽采技術(shù)進(jìn)行了考察分析，分析結(jié)果對(duì)研究水力壓裂參數(shù)有重要的指導(dǎo)意水力壓裂效果的定量考察主要從瓦斯抽采濃義度、流量等方面

6、進(jìn)行。總體上抽采效果得到大幅度提高。1現(xiàn)場壓裂試驗(yàn)1)抽采濃度對(duì)比。3號(hào)鉆場鉆孔瓦斯抽采濃大平煤礦21121工作面位于礦井東南部，大冶度一直較穩(wěn)定，基本上在40％左右，而4號(hào)鉆場瓦向斜的傾伏端，平均煤厚7．0m，煤層傾角22。，瓦斯斯?jié)舛人p很快，不到一個(gè)月即衰減到20％，3號(hào)鉆含量11．69m。／t，屬于嚴(yán)重突出危險(xiǎn)煤層。21121工場抽采濃度基本是4號(hào)鉆場的2倍左右，衰減周期收稿日期：2014434—10作者簡介：閆海豐(1970一)，男，河南滎陽人，工程師，從事生產(chǎn)技術(shù)工作。312014年8月閏海豐等：豫西“三軟”煤層水力壓裂增透技術(shù)研究第23卷第8期也較4號(hào)鉆場長。由

7、公式(1)知：隨著采深的增加，最大水平主應(yīng)2)抽采流量對(duì)比。3號(hào)鉆場D150mm孔板力與垂直應(yīng)力的差距會(huì)變小，與上述學(xué)者的理論研瓦斯流量計(jì)在3個(gè)月的抽采時(shí)間內(nèi)平均測定流量為究一致。當(dāng)，>，時(shí)，0．0182H+2．2328>0．759m／rain，4號(hào)鉆場在一個(gè)半月的抽采時(shí)間內(nèi)0．027H，即H<255m時(shí)，有>>：，水力壓裂平均流量為0．467m／min，3號(hào)鉆場瓦斯流量較時(shí)產(chǎn)生水平裂縫；當(dāng)>>時(shí)，有0．0216H+4號(hào)鉆場提高了75％。6．7808>0．027H>0．0182H+2．2328．即：25