王小朋 蔣精華 周俊杰 許達

摘 ? 要：為提高低透氣性，急傾斜低透氣性“三軟”突出煤層的瓦斯抽采量， 實現(xiàn)抽采消突的目的， 在李子埡南二井實施高壓水力壓裂技術， 并對水力壓裂的應用效果進行了考察。結果表明：實施高壓水壓預裂后，單孔平均抽采純量提高了97～115倍，單孔及支管路的抽采濃度分別由40%提高到65%，壓裂鉆孔抽采半徑超過30m，是現(xiàn)有抽放方式的10倍以上，對于解決當前抽放區(qū)域存在的盲區(qū)具有十分重要的現(xiàn)實意義，可以為提高抽采效果提供有益借鑒。

關鍵詞：高壓水力壓裂 ?急傾斜三軟突出煤層 ?低透氣性 ?抽采半徑

中圖分類號：TD712.62 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）08（a）-0044-02

大量資料和數(shù)據(jù)結果表明，隨著開采深度的增加，煤層的透氣性系數(shù)夜隨之減小，地應力和瓦斯壓力以及含量隨之上漲。鉆孔施工越發(fā)困難，瓦斯治理難度呈幾何系數(shù)增加，在很大程度上影響了礦井的正常接替。在這種情況之下，如使用增加鉆孔密度、延長抽采時間等常規(guī)手段已無法完全達到消突和抽采達標的目的了，特別是李子埡煤礦南二井的急傾斜低透氣性三軟突出煤層在這一方面反應特別明顯。在這種情況之下，只有采取煤層增透措施，增大煤體裂隙密度和范圍， 提高煤層透氣性， 最終達到提高煤層瓦斯抽采效果的目的。根據(jù)國內(nèi)外試驗研究情況， 現(xiàn)階段主要煤層增透的技術方法有：水力壓裂增透、 高壓水射流擴孔增透水力割縫增透、深孔控制預裂爆破增透等。

1 ?礦井概況

李子埡煤礦南二井位于華鎣山煤田中段礦區(qū)的南部，構造單元屬龍王洞背斜東翼。井田地質較為復雜，煤層位于龍?zhí)督MK1煤層中，煤層走向38°、傾向128°、傾角47°-51°平均傾角48.7°，平均厚度為2.24m，厚度變化較大，硬度3～6;基本頂為深灰色石灰?guī)r，厚度22.86m，硬度3～10。直接底為灰黑色泥巖夾粘土巖，遇水易泥化，厚度2.20m，硬度2～4;基本底為灰色細砂巖，透水性較強，厚度3.0m，硬度4～6。

2 ?水力增透技術原理

水力增透技術是以水作為介質，通過高壓水泵產(chǎn)生高壓水作用于煤體，使煤體內(nèi)部原生裂隙張開、延伸并產(chǎn)生新的裂縫，在一定空間內(nèi)形成相互交織的多裂隙連通網(wǎng)絡，從而改善煤層內(nèi)部瓦斯流動狀況，提高瓦斯抽采效果。水力增透技術包括水力壓裂增透技術、水力割縫增透技術、高壓旋轉水射流割縫增透技術。

根據(jù)李子埡煤礦南二井的實際情況選取水力壓裂作為煤層增透的技術措施。

3 ?水力壓裂實施方案

3.1 力壓裂鉆孔施工設計

在+405m南底板抽采巷向3202運輸巷掘進條帶施工水壓預裂鉆孔，壓裂孔開孔間距為60m，鉆孔方位為127°，鉆孔傾角為30°～49°，鉆孔設計終孔位置為3202運輸巷巷道輪廓線上方5m處，共設計13個鉆孔，設計工程量249.1m。

項目實施時只選取4#至10#鉆孔施工和進行高壓水壓預裂。

3.2 鉆孔封孔技術要求

（1）壓裂孔施工前，現(xiàn)場標定鉆孔位置。（2）鉆孔在施工至軟巖時，切換為壓風排渣，防止軟巖遇水發(fā)脹塌孔。（3）將鉆孔施工至煤層，然后將見煤長度數(shù)據(jù)記錄清楚，并根據(jù)收集的數(shù)據(jù)準備壓裂無縫鋼管的數(shù)量。煤層段必須上有篩孔的無縫鋼管，無縫鋼管組前端必須使用堵頭進行封堵，防止煤矸堵塞無縫鋼管。（4）待穿過全煤層后，使用壓風對鉆孔進行再次清洗，將鉆孔內(nèi)和孔壁遺留的鉆渣清洗干凈，防止孔內(nèi)鉆渣影響鉆孔封孔效果。（5）凡是鉆孔深度超過25m的，必須分兩次注漿封孔，孔深在超過60m的鉆孔，必須分三次注漿封孔，以減少水泥收縮度的影響。（6）鉆孔封孔必須全巖段封孔，防止巖層裂隙影響壓裂效果。（7）鉆孔封孔后，必須留有20d養(yǎng)護時間。

4 ?水力壓裂實施效果

4.1 抽采流量對比

根據(jù)抽采參數(shù)檢測結果顯示，實施了水力壓裂的鉆孔瓦斯抽采濃度和流量均呈上升趨勢，呈現(xiàn)穩(wěn)定的抽采曲線，其單孔控制面積為3600m2，單孔平均流量為0.1943m3/min左右，每平米瓦斯抽放流量略為0.054L/min，濃度在65%左右。而沒有實施水力壓裂的鉆孔單孔抽采標準純流量為0.0017m3/min～0.0020m3/min。即實施水力壓裂后單孔孔流量提高了97～115倍;單孔及支管路的抽采濃度分別由40%提高到65%，由38%提高50%以上;壓裂鉆孔抽采半徑超過30m，是現(xiàn)有抽放方式的10倍以上。

4.2 工程量對比

⑴水壓預裂施工的工程量。

①鉆孔個數(shù)：7個;②鉆孔進尺：185.7m;③鉆孔控制范圍：3202運輸巷走向420m，斜長60m，控制面積25200m2，每萬平米控制面積鉆孔量僅為73.7m，考慮到回采區(qū)域核心部位鉆孔長度將大幅度增加，預計每萬平米控制面積鉆孔量為150m左右。

⑵現(xiàn)有方式施工穿層瓦斯抽采鉆孔的工程量。

該次施工水壓預裂鉆孔共計控制3202運輸巷掘進條帶420m，根據(jù)現(xiàn)有的區(qū)域防突措施，按4.4×5m（鉆場間距×鉆孔終孔間距）布置穿層鉆孔，該區(qū)段需施工約96個鉆場，每個鉆場11個鉆孔，共計1056個鉆孔，預計每個鉆場約350m進尺，預計總進尺為33600m。

⑶工程量比較。

高壓水力預裂方式每萬平米控制面積鉆孔量為150m左右，現(xiàn)有抽采方式每萬平方米需要布置鉆孔量為14643m，兩者比較為1：98。

4.3 施工工期對比

控制走向420m，斜長60m，面積25200m2水力壓裂工期1.6個月;相同面積情況下現(xiàn)有抽放方式鉆孔施工工期為單臺9.3個月，兩臺4.7個月，兩者的工期對比為1∶5.8，前者單臺，后者兩臺鉆機期對比為1∶2.9。

4.4 施工費用對比

本次高壓水壓預裂控制面積25200m2，材料費用為50198元，人工費用約為80000元，高壓水力裝備折舊費用51507元，共計181705元，每萬平方米控制面積費用為7.21萬元;如按現(xiàn)有方式施工穿層鉆孔，控制面積18900m2，其每米穿層鉆孔所需費用約為52元（含人工費用），即施工該區(qū)段需費用約1747200元，每萬平方米其費用92.44萬元，兩者費用對比為1∶12.82，每萬平方米控制面積可節(jié)約85.23萬元，噸煤治災（僅指鉆孔施工與封孔等工程費用）費用將由原來的28元下降至2.18元。

5 ?結語

⑴通過實施高壓水壓預裂，穿層單孔平均抽采純量由0.0017～0.002m3/min提高到0.1943m3/min，提高了97～115倍;單孔及支管路的抽采濃度分別由40%提高到65%，由38%提高到50%以上;壓裂鉆孔抽采半徑超過30m，是現(xiàn)有抽放方式的10倍以上，對于解決當前抽放區(qū)域存在的盲區(qū)具有十分重要的現(xiàn)實意義。

⑵通過高壓水力預裂，穿層鉆孔工程量大幅度減少，鉆孔工程施工與封孔等費用由噸煤28元下降至2.18元。

⑶回采工作面抽放時間的成倍增長，使回采區(qū)域的安全保障度進一步得到提高。

參考文獻

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