程林

摘 要：隨著煤層開采深度的增加以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造成了煤層高瓦斯透氣性差，嚴(yán)重影響煤炭開采速度及安全，水力壓裂技術(shù)可有效提高煤層透氣性，增大瓦斯抽取率，為煤礦的安全生產(chǎn)提供了保障。文章從水力壓裂技術(shù)原理、鉆孔、封孔技術(shù)以及實(shí)施效果等方面進(jìn)行詳細(xì)對比和分析。

關(guān)鍵詞：水力壓裂技術(shù)；瓦斯抽采；煤炭生產(chǎn)

0 前言

我國煤層80%以上是高瓦斯低透氣性煤層，且具有微孔隙、低滲透率、高吸附的特性，具有以上特性的煤層開采時(shí)往往伴隨大量瓦斯涌出，尤其是煤炭生產(chǎn)高集約化和開采深度的增加，促使瓦斯爆炸和瓦斯突出的危險(xiǎn)愈發(fā)嚴(yán)重。開采深度的增加、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、煤層透氣性差、瓦斯抽采率低、鉆孔施工量大等問題的出現(xiàn)嚴(yán)重影響了工作面回采速度及安全生產(chǎn)，傳統(tǒng)的防治煤與瓦斯的技術(shù)裝備已不能滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要。水力壓裂增透技術(shù)通過水力壓裂，增大煤層透氣性，擴(kuò)大鉆孔影響半徑，可有效提高鉆孔瓦斯抽采率，促進(jìn)煤炭的安全生產(chǎn)。石壕煤礦為煤與瓦斯突出礦井，煤質(zhì)松軟、瓦斯含量大，透氣性低的問題同樣存在，瓦斯治理已成為制約礦井發(fā)展的關(guān)鍵因素，因此，在前期水治瓦斯治理成果的基礎(chǔ)上，繼續(xù)推廣水治瓦斯增透技術(shù)很有必要。

1 水力壓裂技術(shù)分析

（一）原理分析

井下水力壓裂技術(shù)是利用高壓、大流量的注水泵將水壓入到煤層，促使煤層產(chǎn)生裂隙，各個(gè)裂隙之間相互影響，在壓裂區(qū)域的煤層內(nèi)原來的閉合裂隙被壓開形成新的流通網(wǎng)絡(luò)，煤層滲透性就會(huì)增加，而當(dāng)壓入的水被排除時(shí)，壓開的裂隙就為煤層瓦斯的流動(dòng)創(chuàng)造了良好條件，煤層透氣性系數(shù)隨之增大。相對于實(shí)驗(yàn)室中單軸壓縮條件下對煤層的結(jié)構(gòu)破壞，水力壓裂技術(shù)對提高煤層透氣性更具優(yōu)勢。單軸壓縮作用給煤層的破壞力來自于外力作用，而水力壓裂技術(shù)則通過高壓水的作用力對煤層支撐較弱的壁面產(chǎn)生破壞，促使弱面張開、擴(kuò)展、延伸，形成對煤層的內(nèi)部分割，這種分割作用增大了裂隙的空間體積和連通，從而提高煤層透氣性。

（二）水力壓裂鉆孔、封孔技術(shù)分析

（1）水力壓裂鉆孔封孔

井組水力壓裂鉆孔設(shè)計(jì)位置應(yīng)選擇在巷道圍巖較好段內(nèi)，布置多個(gè)壓裂鉆孔聯(lián)合組成壓裂區(qū)域。石壕煤礦根據(jù)井下條件，改進(jìn)水力壓裂孔封孔技術(shù)后，實(shí)現(xiàn)了水力壓裂--接抽一體化封孔工藝，鉆孔封孔成功率100%。

（2）孔內(nèi)套管總成及連接方式

孔內(nèi)套管采用鋼管加工，主要由3部分構(gòu)成：孔底篩管（長度2m/根，壁厚5.5mm，1根）、中間煤巖層段過渡管（長度1.5m/根，壁厚5.5mm，若干）、孔口加強(qiáng)管（長度1.5m/根，壁厚8.5mm，6根，最后一根焊接Φ25mm快速接頭）套管采用螺紋連接。套管采用鉆機(jī)送入孔內(nèi)，注漿用Φ20mm聚乙烯管與套管采用扎帶連接，時(shí)送入孔底。采用聚乙烯管替代注漿鋼管大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了送管效率。

（3）多次注漿封孔技術(shù)

由于水泥漿凝固后體積收縮，采用一次注漿的方法難以一次性封孔至水力壓裂煤層底板，水力壓裂過程中水大量濾失進(jìn)入其他煤層，水力壓裂壓力難以提升，最終導(dǎo)致水力壓裂失敗。在前期試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過增加注漿次數(shù)改進(jìn)封孔技術(shù)，試驗(yàn)證明當(dāng)注漿次數(shù)達(dá)到三次時(shí)，可有效提高封孔成功率。封孔采用BFK-12/2.4型高壓封孔機(jī)。套管及注漿管送入鉆孔設(shè)計(jì)層位后，孔口采用木塞及棉紗封堵后，開始首次注漿，注漿水泥用量3包，用于固定管道，首次注漿后打開注漿管控制閥，放出水泥漿液；間隔12小時(shí)后，二次注漿至孔底水力壓裂篩管返漿為止，放出注漿管內(nèi)水泥漿液；間隔12小時(shí)后第三次注漿至設(shè)計(jì)封孔位置，凝固48小時(shí)后可進(jìn)行水力壓裂。該工藝目前封孔成功率100%，解決了水力壓裂封孔這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2 水力壓裂技術(shù)實(shí)施及效果

（1）+290m總回風(fēng)巷井組壓裂孔施工參數(shù)

+290m總回風(fēng)巷井組壓裂區(qū)域上方對應(yīng)南四區(qū)軌道進(jìn)風(fēng)上山揭煤區(qū)域，在+290m總回風(fēng)巷內(nèi)針對南四區(qū)軌道進(jìn)風(fēng)上山揭M8煤層設(shè)計(jì)3個(gè)鉆場5個(gè)壓裂孔，鉆場間距30m，中心四角方式布置，中間一個(gè)鉆場布置1個(gè)壓裂孔在揭煤中心位置，其余4個(gè)呈四方形布置在4個(gè)角上，5個(gè)壓裂孔均施工至M8煤層頂板0.5m位置，封孔至M8煤層底板位置。

（2）+290m總回風(fēng)巷井組壓裂施工工序

壓裂前，必須先將未實(shí)施壓裂的4個(gè)鉆孔上好截止閥；壓裂時(shí)，先打開未實(shí)施壓裂的4個(gè)鉆孔中的一個(gè)鉆孔截止閥，直至該孔壓出水為止；以此類推，對其余的壓裂鉆孔關(guān)閉其中三個(gè)壓裂孔的截止閥，打開一個(gè)，直至該孔壓出水為止；按上述壓裂順序，對剩余4個(gè)壓裂鉆孔分別輪流進(jìn)行壓裂，直至其余的壓裂鉆孔壓出水為止。

3 結(jié)論

井組水力壓裂技術(shù)使各個(gè)壓裂孔之間相互作用，在壓裂區(qū)域的煤層內(nèi)原來的閉合裂隙被壓開形成新的流通網(wǎng)絡(luò)，煤層滲透性就會(huì)增加，而當(dāng)壓入的水被排除時(shí)，壓開的裂隙就為煤層瓦斯的流動(dòng)創(chuàng)造了良好條件。實(shí)踐證明，井組壓裂技術(shù)在封孔質(zhì)量提升的基礎(chǔ)上，與未實(shí)施井組壓裂的礦點(diǎn)相比，瓦斯初抽濃度、平均濃度以及總量均有大幅度提升。

參考文獻(xiàn)：

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