定向水力壓裂技術(shù)弱化堅硬頂板效果分析.pdf

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1、銻總第189期doi：10．3969／j．issn．1005—2798．2015．05．025定向水力壓裂技術(shù)弱化堅硬頂板效果分析張寧寧(晉城煤業(yè)集團鳳凰山礦，山西晉城048007)摘要：鳳凰山礦XV5302綜采工作面直接頂為K，石灰?guī)r，其厚度達8m，屬于堅硬難垮頂板。為了保障工作面初采期間，采空區(qū)頂板能夠呈現(xiàn)分層分次垮落，避免頂板大面積垮落對_丁作面設(shè)備造成損壞及對人員造成傷害。在切眼安裝設(shè)備前，在切眼內(nèi)回采幫向推進方向進行頂板打鉆，采用定向水力壓裂技術(shù)對工作面堅硬難垮頂板進行定向壓裂，來削弱

2、頂板強度和整體穩(wěn)定性。并在初采期間，在工作面內(nèi)安裝礦壓監(jiān)測儀器來監(jiān)測頂板的壓力狀況，通過監(jiān)測的頂板壓力曲線分析定向水力壓裂技術(shù)的應(yīng)用效果。關(guān)鍵詞：定向水力壓裂：堅硬頂板；效果分析中圖分類號：TD327．2文獻標(biāo)識碼：B文章編號：1005—2798(2015)05—0062．03l15號煤XV5302工作面概況2堅硬頂板定向水力壓裂鉆孔布置方式1．1工作面概況2．1XV5302切眼第一排水力壓裂鉆孔布置方式晉城煤業(yè)集團鳳凰山礦XV5302綜采工作面傾切眼第一排水力壓裂鉆孔布置方式：鉆孔均垂斜可采長

3、度175．5m，走向可采長度761．71m。所直于XV5302切眼進行布置。并在切眼煤壁側(cè)鉆孔。采煤層為15號煤，煤層厚度1．9～2．8rn，平均厚度鉆孔位置距頂板200～300rnm，鉆孔深度為50m．2．38m。工作面布置兩條巷道。采用一進一回“U”孔間距15m，鉆孔直徑為56mm，鉆孔方向朝型通風(fēng)方式，巷道采用錨桿支護，并采用錨索、鋼帶XV5302工作面推進方向，與煤層夾角為10。，見圖補強支護。11．2地質(zhì)情況該工作面地面標(biāo)高為775～792．5m．工作面標(biāo)高為617～649m。蓋山厚度

4、為125～158m，平均為140m?。煤層構(gòu)造特征：煤層為l5號煤層，黑色。半金屬光澤，亮煤為主，含一層0．23m厚的較穩(wěn)定夾矸，由煤層底板向上依次為1．55m煤，0．23m夾矸，0．61TI煤。煤層傾角為1～8。，平均3。，變異系數(shù)為30％，煤的容重為1．5t／m，可采指數(shù)為1，穩(wěn)定程度為較穩(wěn)定。1．3采煤方法鉆孔該工作面采用全部垮落后退式綜合機械化采煤法。1．4工作面液壓支架及兩巷道單體柱布置形式_，工作面端頭頂板采用兩架ZT16000—16／30型I一49314l2OO～300端頭支架支護

5、，工作面頂板布置118架ZZ8000—17／32型支架支護，其中117號架、118號兩架支護圖1XV5302切眼第一排水力壓裂鉆孔布置(mm)端尾頂板。兩巷道巷道超前20m采用單體液壓戴2．2XV5302切眼第二排水力壓裂鉆孔布置方式帽點柱加強支護，單體柱柱頭使用鋼絲繩進行連鎖，切眼第二排水力壓裂鉆孔布置方式：鉆孔也均起到防倒的作用。垂直于XV5302切眼布置．并在切眼煤壁側(cè)鉆孔，鉆收稿日期：2015-04-08作者簡介：張寧寧(1985一)，男，山西臨汾人，助理工程師，從事煤礦技術(shù)管理工作。6

6、2張寧寧：定向水力壓裂技術(shù)弱化堅硬頂板效果分析第24卷第5期孔位置距頂板200～300mm，鉆孔深度為30m，孔壓裂的堅硬頂板上打孔。目前。使用ZDY1200S型間距15m，鉆孔直徑為56mm，鉆孔方向朝XV5302鉆機，鉆孔直徑為55mm，孔深根據(jù)堅硬頂板的厚度工作面推進方向，與煤層夾角為16。，見圖2。及鉆孑L的角度確定，鉆孔的角度可根據(jù)所需壓裂面角度的變化而確定，鉆孔的水平投影與巷道的水平夾角一般為70—75。，鉆孑L仰角一般不超過20。。3．2鉆孔開槽鉆孔每鉆進10m后，退出鉆桿及巖石鉆

7、頭，將巖石鉆頭換成KZ54開槽鉆頭．在孔底進行開槽，如此循環(huán)。直至鉆孔結(jié)束。開槽施工時要達到開槽時間，以確保開槽的效果。開槽對于定向壓裂是非常重要的步驟，當(dāng)進行水力壓裂時，開槽處產(chǎn)生應(yīng)力集中，它會引導(dǎo)裂隙首先從開槽處發(fā)育。3．3封孔先用高壓注水管(特制鋼管，長1．5m)將封孔鉆孔器置于預(yù)定封孑L位置．即將壓裂鋼管段置于預(yù)裂縫處，然后用手動泵向封孔器注水加壓至9～12MPa，使封孔器膠管膨脹撐緊孔壁，完成封孔工作。3．4鉆孔水力壓裂定向水力壓裂采用倒退式壓裂法。壓裂使用圖2XV5302切眼第二排水

8、力壓裂鉆孔布置(1rlm)JC3090型高壓水泵。具體步驟為：將高壓水泵先通2．3XV5302工作面兩巷道壓裂鉆孔布置方式水再通電，然后開啟壓力開關(guān)緩慢加壓，同時觀察登工作面兩巷道鉆孔布置采用雙側(cè)布置，在巷道記高壓泵壓力表的數(shù)值，持續(xù)加壓至預(yù)裂縫開裂，這的回采幫鉆孔，鉆孔位置距頂板200～300mm，孔深時壓力會突然下降，保壓注水使裂紋持續(xù)擴展，沿與60m，孑L徑為56mm，孔間距10m，鉆孑L與煤層夾角裂紋方向形成橫向裂紋，前三處高壓泵保壓注水時為10o，鉆孔水平投影與巷道夾角為7O。，見圖3