水力压裂技术在王行庄煤矿的应用.pdf

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1、第24卷第4期中国矿业Vo1．24，No．42015年4月CHlNAMININGMAGAZINEADr．2O15水力压裂技术在王行庄煤矿的应用陈学习，金文广，张晓伟b一～；一～一一眦一～埚州一～一№m～～一Ⅲ一～d一l一暑一～增一一～一(1．华北科技学院安全工程学院，河北三河065201；2．国家开发投资公司河南新能开发有限公司，河南新郑451lOO)摘要：针对王行庄矿二煤层透气性、瓦斯预抽率低等问题，提出了水力压裂增透技术，分析了水力压裂增加煤层透气性机理，确定了水力压裂工艺及参数，并在二煤层1109i运输巷进行了水力压裂技术试验。

2、结果表明：实施水力压裂后，煤层瓦斯平均抽采浓度提高了5．3倍，瓦斯抽采量提高了6．1倍，提高煤层透气性和瓦斯抽采率的效果较理想。关键词：水力压裂；煤层透气性；瓦斯抽采中图分类号：TD712．6文献标识码：A文章编号：1004—4051(2015)04—0105—03TheapplicationofhydraulicfracturingtechnologyinWang—xingvillagecoalmine．一CHENXue—xi，JINWen—guang，ZHANGXiao—wei。．籼m暮㈨一m誓～幽～=一一(1．SchoolofS

3、afety，NorthChinaInstituteofScienceandTechnology，Sanhe065201，China；2．HenanNewEnergyDevelopmentCo．，Ltd．，StateDevelopment＆InvestmentCorp．～m∞，X一kminz～h一en_h甜g一詈45．；一一110_0暑，一m—ⅢChina)～近年来，我国多数矿井都进入了深部开采阶段，保护层卸压等。其中水力压裂因工艺简单，适用性随之而来的地应力增加使得煤层及围岩的透气性变广泛而得到了越来越多的应用_3]。差，瓦斯压力与瓦

4、斯含量都有大幅度增加口]。据统王行庄矿二煤层透气性系数为0．05lm／计，全国95以上的高瓦斯和突出矿井所开采的煤MPad，属难抽采煤层，目前采取了本煤层抽采、层透气性都很低，瓦斯抽采难度大，抽采效果不理卸压区浅孔抽采等多种抽采方法，但存在预抽时间想]。为提高煤层透气性，国内外学者提出了多种紧张、工程量大、瓦斯预抽率不足等问题，对安全生方法，如水力割缝、水力冲孔、水力压裂、松动爆破、产影响较大。为解决煤层低透气性带来的瓦斯抽采困难问题，提出在二煤层进行水力压裂增透技术试验，通过实施水力压裂，增大煤层透气性，扩大抽收稿日期：201406

5、—18基金项目：国家“十二五”科技支撑计划项目(编号：2013BAA一采钻孔影响半径，提高瓦斯抽采率，缩短煤层瓦斯抽03B02)；教育部新世纪优秀人才支持计划项目资助(编号：NCET一11—采时间，最终达到煤炭安全高效开采的目的。0837)；中央高校基本科研业务基金项目资助(编号：3142014012；1水力压裂增透机理3142013110)；安全技术及工程(煤矿安全)省级重点学科(编号：煤岩体是由许多裂隙和孔隙所组成的多孔介HSKJZD201401)作者简介：陈学习(1972一)，男，江苏徐州人，教授，博士，主要从事质，这些裂隙及孔

6、隙在原始状态下大多是互不连通煤矿瓦斯防治方面的研究。的。在煤岩体中打注水钻孔时，将在钻孔周围煤岩1O6中国矿业第24卷产生裂隙。这些裂隙圈与煤体原生裂隙产生交错。水力压裂前后钻孔瓦斯抽采效果，选择同一巷道其水力压裂利用注水钻孔最初裂隙，将高压水注入煤他位置的两个普通抽采孔进行数据对比。岩体中，克服煤岩体裂隙表面的最小主应力和煤岩体的抗拉强度，使这些裂隙经过高压水的作用发生扩展和延伸，从而对煤层形成内部分割，形成一定数量的相互交织的多裂隙联通网络。网络的形成为煤层内瓦斯的流动创造了条件，加快了瓦斯由吸附态向游离态转变的速度，大大提高了煤

7、层的透气性，从而为提高煤层瓦斯抽采效果创造了良好条件。2水力压裂现场试验图1水力压裂与瓦斯抽采钻子L布置图2．1试验地点概况2．2．3压裂压力压裂地点选择在王行庄二煤层南翼采区注人水使煤体产生裂隙，是由原岩应力与钻孔11091工作面运输巷。二煤层厚0～24．76m，平均内高压水共同作用的结果，煤体内某处的切向拉应厚度7．07m，埋藏稳定，呈粉状、鳞片状产出，强度力应大于煤体的抗拉强度[7]，见式(1)。低，属瘦煤和贫瘦煤。二煤层伪顶为泥岩，厚lo'oI>{Rl(1)0．13～0．65m，平均厚0．38m。直接顶板为砂质泥式中：为切向拉

8、应力，单位MPa；R为煤体抗拉强岩、泥岩或粉砂岩，平均厚4．43m，大部分地区大占度，单位MPa。砂岩为直接顶板，砂岩平均厚度9．95m。直接底板煤体最易起裂位置为注水孔边缘，故起裂时切为砂质泥岩、泥岩及粉砂岩，平均厚5