寺家庄矿钻孔水力压裂抽采瓦斯技术研究.pdf

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1、2015年第4O卷第2期能源技术与管理Vo1．40No．2EnergyTechnologyandManagement39doi：10．3969／j．issn．1672-9943．2015．02．016寺家庄矿钻孔水力压裂抽采瓦斯技术研究令狐建设(山西阳泉煤业(集团)有限责任公司，山西阳泉045000)[摘要]水力压裂技术能够在很大程度上增加煤层的透气性，能够达到高效抽采煤层瓦斯，提高抽采瓦斯浓度。针对寺家庄矿煤层透气性系数低、不能满足采掘接替需要的问题，进行了井下钻孔水力压裂抽采瓦斯技术试验，实现了未卸压状态下的煤层增透，提高了煤层瓦斯抽采效率，从根本上消除了该矿煤与瓦斯突出的隐患。

2、[关键词]井下钻孔；水力压裂；瓦斯抽采[中图分类号]TD712+．62[文献标识码]B[文章编号]1672_9943(2015)02_0039一O212。～20。，区内以背、向斜交替出现的褶曲构造为O引言主。矿井相对瓦斯涌出量为42．6m3／t，矿井绝对瓦寺家庄矿是煤与瓦斯突出矿井，其主采的l5斯涌出量为358．62m3／min，首采工作面瓦斯涌出煤层全区稳定可采，最大厚度7．65m，平均厚度量为15．32m3／t。5．48m。15煤层为煤与瓦斯突出煤层，其煤层透2压裂抽采试验气性系数为0．175(m2／MPa2·d)、钻孔百米流量的衰减系数为0．0417d～，属可以抽采的低透气性煤

3、2．1寺家庄矿可压裂区域选择层[”。该矿在生产建设过程中曾发生过多次煤与寺家庄矿选择在底板等高线比较平缓的地瓦斯突出现象，一直以煤层超前密集钻孔抽采瓦区，煤体结构比较完整，一般在原生结构煤或碎裂斯作为采煤与掘进的消突措施。由于煤层透气性系煤的区域进行水力压裂；避免在褶皱轴部、煤体比数低，在煤巷掘进时预抽，时间短、达不到消突要较破碎，容易形成碎粒煤、甚至三期褶皱叠加的褶求，长时间预抽又影响掘进速度，不能满足采掘接皱轴部的糜棱煤进行水力压裂。水力压裂规模取替的需要。现阶段主要煤层增透的技术方法有多决于裂隙方向、应力场方向和钻孔方向。种，其中水力压裂增透技术效果较为显著[。为增2．2钻孔布

4、置原则大煤层的透气性，提高煤层瓦斯抽采效率，在寺家寺家庄矿l5煤层裂隙发育方向主要为北东庄矿进行了井下钻孔水力压裂抽采瓦斯技术试验。和北西两组，只有在钻孔的方向与裂隙方向及最大主应力方向垂直的情况下，才能实现大规模水1矿井瓦斯地质特征力压裂，使压裂半径最大。因此布孔时，在考虑现寺家庄煤矿主采15煤层，该煤层瓦斯含量场实际情况的前提下，应尽量使钻孔的方向与裂分布如图1所示。隙方向及最大主应力方向垂直。2．3封孔方案封孔是压裂成败的关键因素，也是水力压裂的难题，为了提高压裂的成功率，针对不同的钻孔采用不同的封孔方式：①对于顺槽钻孔(工作面抽采)，主要采用水泥砂浆(采用特种水泥，水泥要具有

5、快速凝固、高强度、不收缩等特点)。②在掘进工作面进行钻孔时，主要采用胶囊封隔器进行封孔。图1寺家庄煤矿15煤层瓦斯含量分布胶囊封隔器要求抗压强度达到40MPa以上，扩张寺家庄矿井田基本呈一单斜构造，构造复杂系数大于150％，单节胶筒长度不小于0．8m，但不程度中等。井田走向为西北，向西南倾斜，地层比宜过长，防止下入和取出困难。③进行穿层钻孔较平缓，倾角一般为o10。，局部褶曲地段倾角时，穿层钻孔在岩石段不小于5m，主要采用封隔40令狐建设寺家庄矿钻孔水力压裂抽采瓦斯技术研究2015年4月Apr．，2015器封孔。3水力压裂效果分析2．4压裂装备本次试验采用兰州通用研发的第2代水力压试

6、验结果表明，水力压裂可以增大钻孔抽采裂设备，此压裂设备由2台泵机组成，能够满足深半径，极大改善了煤层的透气性系数，提高煤层瓦孔大排量注水的要求，并可以结合千米钻机钻孔，斯的抽采效率。①压裂后抽采半径平均增大1．5在更大的深度范围内进行压裂；压裂设备配备有倍以上，抽采半径达到了4m以上；②水力压裂可自动记录装置，可以对压力、排量和流量进行实时以提高煤层透气性系数，压裂孔比测试孔透气性记录；该泵组底座为轨道车，方便井下运输。井下系数平均增大5倍以上。北翼胶带巷1号压裂孔水力压裂系统如图2所示。压裂后，压裂孔煤层透气性系数比测试孔增加了远程数据监控12．343倍，15201进风顺槽2号压裂

7、孑L煤层透气性系数增大了11．44倍；③水力压裂可以降低钻孔瓦斯衰减系数，延长钻孔瓦斯抽采时间，提高抽采量，压裂后钻孔瓦斯衰减系数对比测试孔降低30％。其中北翼胶带巷1号压裂孔压裂后，压裂孔衰减系数比测试孔降低了31％；2号压裂孔衰减系数比测试孔降低了90．62％，压裂效果显著；图2井下水力压裂系统示意图④水力压裂可以提高钻孔的瓦斯抽采纯量，北翼2．5设计方案胶带巷1号压裂孔抽采纯量最大增加到30倍；本次试验在寺家庄矿北翼胶带巷共布置2个⑤水力压裂可以增加