水力压裂技术在无保护层低渗透率单一煤层增透中的应用.pdf

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1、煤矿现代化2013年第6期总第117期水力压裂技术在无保护层低渗透率单一煤层增透中的应用潘绍允，王联，程云才。，黄谷。，万亮亮。(1．河南理工大学能源学院，河南焦作454000；2．重庆永荣赶家桥煤业有限公司，重庆石柱409100；3．重庆永荣矿业有限公司通风部，重庆荣昌402465)摘要水力压裂是目前最有效的增加煤层透气性的方法之一。本文应用该法在无保护层的透气性较差的单一煤层中进行了穿层钻孔压裂试验，证明可有效增加煤层透气性，提高单孔瓦斯浓度和瓦斯抽采量，对于同类型的的矿井煤层增透具有一定的借鉴意义。关键词煤层透气

2、性；水力压裂；瓦斯抽采量中图分类号：TD713．3文献标志码：B文章编号：1009—0797(2013)06—0014—02重庆永荣赶家桥煤矿为煤与瓦斯突出矿井，开置连接接头等组成，核心设备选用HTB500型压裂采二叠系上统吴家坪组煤，可采煤层仅有1层，即k1泵组，如图1所示。煤层。无保护层可以开采，由于煤层较松软，粘结性差、透气性差，抽采达标时间长、效率低、治理成本高。施工钻孔后形成的瓦斯运移通道容易闭合，瓦斯抽排浓度低，持续时问短，达不到全面治理瓦斯的效果，安全生产十分被动，为了提高瓦斯抽采率和抽采量，减少瓦斯对矿

3、井的安全威胁，决定在+455北瓦斯抽放巷施工穿层钻孔，进行水力压裂。图1压裂泵组示意图1试验区概况4压裂实施情况+455北瓦斯抽放巷处于茅口灰岩中，位于kl煤4．1压裂孔及考察孔布置层的底板，全长约580m，半圆拱形，巷宽2．6m，高在+455北瓦斯抽放巷南段向煤层施工1个压2．4m，距煤层垂距约15～25m，平均20m，该巷内未裂孑L，在该孔的南20m、北30m分别向kl煤层施工1施工任何类型的瓦斯抽采钻孔。该区域内k1煤层平个考察孔，同时在地质条件完全相同的+455北瓦斯均为1．87m。煤层结构简单，度变化不大。煤

4、层倾角为抽放巷北段施工一个对照孔，钻孔施工情况见表1。53~～67~，平均为57~。表1压裂钻孔实施情况2压裂原理煤矿井下水力压裂增透技术是借助于高压水对煤岩体的高压致裂作用，通过气、液、固三相多场耦合作用，使煤岩体的薄弱面张开、扩展和延伸。在使煤岩体中原生裂隙扩展和延伸的同时，也使在煤岩4．2压裂实施体内因高压压裂的次生裂隙扩展并延伸，裂隙延伸2012年12月对压裂孔进行了连续压裂，压裂时使裂隙相互沟通，在煤岩体内形成了相互交织的多最高压力达到28MPa，同时在距离压裂孔南17m内裂隙连通网络，由于裂隙网络的形成，极

5、大地增加了巷道顶板淋水，距压裂孑L距北15m内巷道顶板淋水。煤岩体中瓦斯运移的通道，煤岩体的卸压较为均匀，5效果考察吸附瓦斯解吸速度增大，进而可实现瓦斯抽采率增加，降低和减少瓦斯事故发生的可能性。5．1增透效果通过对+455北瓦斯抽放巷南段k1煤层实施压3压裂系统裂，然后对该压裂孔的瓦斯抽采情况和同等条件下未压裂增透系统主要由供水系统、供电系统和压进行压裂的钻孔抽采情况进行了二个多月的对比。裂系统三部分组成，其中压裂系统由注水泵、水箱、(1)抽采浓度对比分析。远控系统、监控系统、孔内压裂管、钢编管及相关装抽采浓度对比分

6、析表见表2。分析图见图1。·14·煤矿现代化2013-r第6期总第117期表2钻孔瓦斯浓度对比分析表由表3和图2分析可知，压裂钻孔单孔瓦斯抽采量最大，稳定后基本保持在2m3／min以上；距离压裂钻孔较近的南考察孔瓦斯抽采量较大，基本保持在1．4m3／min以上；距离压裂钻孔较远的北考察孔瓦斯抽采量较大，基本保持在0．8m3／min以上；未采取增透措施的钻孔瓦斯抽采量最小，基本为0．1。说明在同等条件下，压裂钻孔瓦斯抽采量最大，离压裂孔越近，钻孔瓦斯抽采量越大，离压裂孔越远，钻孔瓦斯抽采量越小。5．2压裂半径本次高压水力

7、压裂半径考察依据二个原则：一是在压裂孔周围施工考察孑L，观察考察孔的出水情况判断压裂半径；二是通过观察压裂时围岩裂隙渗水、顶图1钻孔瓦斯浓度对照分析图板掉渣和围岩深部爆裂声等判断压裂影响范围。压裂由表2和图1分析可知，压裂钻孔瓦斯浓度最时考察孔未出水，但是根据压裂时距离压裂孔南17m大，基本保持在80％以上；距离压裂钻孑L较近的南考内巷道顶板淋水，距压裂孑L距北15m内巷道顶板淋察孔瓦斯浓度较大，基本保持在40％以上；距离压裂水来判断，压裂半径为沿煤层在走向1517m。钻孑L较远的北考察孔瓦斯浓度也较大，基本保持在6结

8、论35％以上；未采取增透措施的钻孔瓦斯浓度最小，基本为0。说明在同等条件下，水力压裂钻孔瓦斯浓度通过对+455北瓦斯抽放巷实施水力压裂增透，最大，离压裂孔越近，钻孔瓦斯浓度越大，离压裂孔与同等条件下，未采取增透措施的钻孔相比：压裂钻越远，钻孔瓦斯浓度越小。孔单孔瓦斯浓度提高了将近40倍，单孔瓦斯抽采量(2)单孔瓦斯抽采量对比分析。