王台铺煤矿综采工作面水力压裂设计
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距离压裂孔80m处拉警戒，试验期间除作业人员外禁止人员通行，操作人员以及作业设备距离压裂孔的距离应在50m以上，且位于支护条件良好的地方；
开启水压仪，给高压水泵先通水再通电，然后慢慢加压，同时记录水泵压力表、流量计以及手动泵压力表数据，继续加压直至预裂缝开裂，这时压力会突然下降，保压注水使裂纹继续扩展，保压注水压裂时间根据现场压裂情况确定，前三处（68m，60m，50m）压裂时间一般不少于30min，后几处压裂时间一般不少于20min，沿与裂纹方向形成横向裂纹。若巷道顶板，煤帮或钻孔中有水渗出或冒出时，立即停止压裂；
⑺、压裂前拉警戒线，检查接头部位密封情况，确保无误后方可开始压裂。
⑻、高压泵运行过程中，操作人员应时刻注意观察各管路接头是否正常，有无异常现象，如有异常应及时停止作业，对存在的隐患及时处理，一切正常后方可继续施工。
⑼、压裂过程中，保证一定的注水时间，确保压裂、软化充分，同时注意观察压裂孔周围顶板，煤壁，若有水渗出，立即停止压裂。
⑵设计依据：根据XV号煤综采工作面顶板围岩强度、围岩性质与结构、地质构造、水文地质和地应力场特征，结合在一盘区、二盘区、三盘区及XV5301综采工作面的压裂经验等进行的定向水力压裂进行设计。
2、XV号综采工作面坚硬顶板定向水力压裂设计
（1）XV号综采工作面切眼水力压裂钻孔布置
XV号煤综采工作面切眼水力压裂钻孔布置布置如图1所示。切眼内煤壁侧钻孔长度为50m，仰角10°；切眼老塘侧钻孔长度为30m，仰角17°，切眼内钻孔共计18个。另在机头机尾再补充四个钻孔,如图1所示，补充钻孔从综采工作面切源自文库两端处顶板进行补打。工作面机尾煤壁侧补充钻孔长度为50m，仰角10°，切眼老塘侧钻孔长度为30m，仰角17°；工作面机头煤壁侧补打钻孔长度为50m，钻孔水平投影与巷道夹角为15°,切眼老塘侧钻孔长度为30m，仰角17°；钻孔采用直径为Φ56mm的钻头进行钻进，钻孔方向朝综采工作面切眼前方及后方顶板方向。以上四个钻孔的布置方式为皮带巷为主进风时的布置方式，当轨道巷为主进风时，机头机尾两个钻孔布置方式进行对调。
压裂结束后，高压水泵先断电再停水，封孔器泄压，然后退出钻孔，利用窥视仪观察压裂效果。
3、施工技术要求及安全措施：
⑴、试验过程为高压注水压裂过程，为保证安全，作业地点80m范围内拉警戒，试验期间严禁人员通过，操作人员及设备应距离压裂点50m以上。
⑵、定向水力压裂技术要求完成钻孔的轴线近似为一条直线，要求在钻进过程中尽量降低钻进速度，减小钻机进给力，同时使用保径钻杆，保证钻孔的直线性。
①第一组
如图2所示，钻孔长度为70m，孔间距为25m，钻孔仰角为10°，钻孔水平投影与巷道夹角为70°，钻孔采用直径为Φ56mm的钻头进行钻进，钻孔方向朝综采工作面采空区。
图2综采工作面顺槽钻孔布置（第一组）
②第二组
为减小综采工作面机头、机尾顶板悬顶面积，特在综采工作面两顺槽进行补充钻孔，补充钻孔布置为双侧布置，如图3所示，钻孔长度为27m，孔间距为25m，第二组钻孔与第一组钻孔交错布置，钻孔仰角为22°，钻孔水平投影与巷道夹角为15°，钻孔采用直径Φ56mm的钻头进行钻进，钻孔方向朝综采工作面采空区。
高压水泵的调试：根据JC3090型水泵电机功率为90KW，配备相应的防爆开关，给水泵接电；水泵进水口接静压水，出水口接压力为80MPa的高压胶管，高压胶管的另一端连接注水钢管，其中：高压胶管与水泵出水口的连接为A型扣压连接方式，与注水钢管的连接为快速连接方式，连接处“O”圈密封；检查各个连接处，连接无误后给高压水泵先通水再通电，调整正反转，观测水泵是否正常运作。
XV号煤
1、设计原则与设计依据
⑴设计原则：定向水力压裂技术可有效控制我矿XV号煤综采工作面坚硬顶板的垮落，最大程度削弱顶板的整体性，使得采空区顶板呈分层垮落、垮落高度增加、垮落块度减小、碎涨系数增加、垮落角增大、老顶初次来压及周期来压步距缩短、采空区悬顶减少、工作面端头三角区悬板面积减少，消除了大面积冒落的恶性事故，同时也使动压系数减少、消除来压冲击载荷、来压显现缓慢，避免支架损坏，这样可确保坚硬顶板条件下采用垮落法长壁工作面的安全回采，而且注入水或定向水力压裂水还使得岩尘、煤尘减少，节约截齿消耗量，对防止煤层自燃有利。定向水力压裂技术有效控制坚硬顶板的同时，避免给我矿XV号煤综采工作面的正常回采带来影响，避免由于过度压裂和软化导致工作面顶板维护困难，避免由于水力压裂给巷道支护带来困难，避免其它可能的灾害。
定向水力压裂采用倒退式压裂法，首先在68m处利用封孔器进行封孔，上下封孔器位于开槽两侧，然后分别在60m、50m、40m、30m、20m、10m处封孔压裂。
封孔器的安装：连接安装封孔器，然后接静压水对封孔器进行排气、试压，保证运作正常，通过高压胶管将连接好的手动泵和储能器与封孔器连接，连接处“O”型密封圈密封，连接采用快速连接方式。
水压仪安装在高压胶管和注水钢管连接处。
下面是具体的施工工艺：
安装、连接、调试工作结束后，连接注水钢管将封孔器推送至预定位置（预裂缝处），封孔、注水压裂采用倒退式压裂法，即从钻孔底部开槽处向外依次进行压裂；
手动泵加压封孔器，待压力达到10MPa后停止加压，观察钻孔并监测压力表，检验封孔器能否保压，若钻孔中有水流出或压力下降明显，说明封孔失效，检查封孔器各个连接处及封孔器本身，找出并解决问题，确保封孔器正常工作；
为保证压裂控顶效果，并防止钻孔变形（将导致压裂无法正常进行），需在工作面安装设备（液压支架、刮板输送机等）前完成定向水力压裂。
图1综采工作面切眼水力压裂钻孔布置
（2）XV号煤综采工作面顺槽水力压裂钻孔布置
为加强水力压裂的效果，缩小综采工作面初次垮落步距、周期垮落步距、工作面机头机尾悬顶面积，XV号煤综采工作面顺槽钻孔分两组布置。
图3综采工作面顺槽钻孔布置（第二组）
（3）钻孔开槽及封孔工艺
为保证钻孔质量，使用保径钻杆，钻孔完成后可近似为一条直线，有利于封孔器的推入，钻孔长度为27m时，利用KZ54开槽钻头分别在10m、20m、27m处开槽；钻孔长度为50m时，利用KZ54开槽钻头分别在10m、20m、30m、40m、50m处开槽；钻孔长度为70m时，利用KZ54开槽钻头，分别在10m、20m、30m、40m、50m、60m、68m处开槽，68m开槽后钻孔继续钻进至70m，然后用静压水冲洗钻孔，用窥视仪观察开槽效果。
⑶、开槽处需选择顶板坚硬完整段。开槽过程中，当开槽钻头到达钻孔底部时，减小钻机进给力，使开槽刀片缓慢张开，避免开槽钻头受到冲击；开槽需彻底，开槽刀片完全张开并切割钻孔后方可停止。
⑷、开槽后用循环水冲洗钻孔。
⑸、封孔器分隔段必须为钻孔预开槽段。
⑹、高压水泵需调试正反转，运转时总是先通水后通电，停止运转时总是先断电后停水；高压泵首次运转30小时后需更换润滑油，以后每工作约200小时换油一次；使用前检查水泵各部位上的螺栓、螺母，确保拧紧。
开启水压仪，给高压水泵先通水再通电，然后慢慢加压，同时记录水泵压力表、流量计以及手动泵压力表数据，继续加压直至预裂缝开裂，这时压力会突然下降，保压注水使裂纹继续扩展，保压注水压裂时间根据现场压裂情况确定，前三处（68m，60m，50m）压裂时间一般不少于30min，后几处压裂时间一般不少于20min，沿与裂纹方向形成横向裂纹。若巷道顶板，煤帮或钻孔中有水渗出或冒出时，立即停止压裂；
⑺、压裂前拉警戒线，检查接头部位密封情况，确保无误后方可开始压裂。
⑻、高压泵运行过程中，操作人员应时刻注意观察各管路接头是否正常，有无异常现象，如有异常应及时停止作业，对存在的隐患及时处理，一切正常后方可继续施工。
⑼、压裂过程中，保证一定的注水时间，确保压裂、软化充分，同时注意观察压裂孔周围顶板，煤壁，若有水渗出，立即停止压裂。
⑵设计依据：根据XV号煤综采工作面顶板围岩强度、围岩性质与结构、地质构造、水文地质和地应力场特征，结合在一盘区、二盘区、三盘区及XV5301综采工作面的压裂经验等进行的定向水力压裂进行设计。
2、XV号综采工作面坚硬顶板定向水力压裂设计
（1）XV号综采工作面切眼水力压裂钻孔布置
XV号煤综采工作面切眼水力压裂钻孔布置布置如图1所示。切眼内煤壁侧钻孔长度为50m，仰角10°；切眼老塘侧钻孔长度为30m，仰角17°，切眼内钻孔共计18个。另在机头机尾再补充四个钻孔,如图1所示，补充钻孔从综采工作面切源自文库两端处顶板进行补打。工作面机尾煤壁侧补充钻孔长度为50m，仰角10°，切眼老塘侧钻孔长度为30m，仰角17°；工作面机头煤壁侧补打钻孔长度为50m，钻孔水平投影与巷道夹角为15°,切眼老塘侧钻孔长度为30m，仰角17°；钻孔采用直径为Φ56mm的钻头进行钻进，钻孔方向朝综采工作面切眼前方及后方顶板方向。以上四个钻孔的布置方式为皮带巷为主进风时的布置方式，当轨道巷为主进风时，机头机尾两个钻孔布置方式进行对调。
压裂结束后，高压水泵先断电再停水，封孔器泄压，然后退出钻孔，利用窥视仪观察压裂效果。
3、施工技术要求及安全措施：
⑴、试验过程为高压注水压裂过程，为保证安全，作业地点80m范围内拉警戒，试验期间严禁人员通过，操作人员及设备应距离压裂点50m以上。
⑵、定向水力压裂技术要求完成钻孔的轴线近似为一条直线，要求在钻进过程中尽量降低钻进速度，减小钻机进给力，同时使用保径钻杆，保证钻孔的直线性。
①第一组
如图2所示，钻孔长度为70m，孔间距为25m，钻孔仰角为10°，钻孔水平投影与巷道夹角为70°，钻孔采用直径为Φ56mm的钻头进行钻进，钻孔方向朝综采工作面采空区。
图2综采工作面顺槽钻孔布置（第一组）
②第二组
为减小综采工作面机头、机尾顶板悬顶面积，特在综采工作面两顺槽进行补充钻孔，补充钻孔布置为双侧布置，如图3所示，钻孔长度为27m，孔间距为25m，第二组钻孔与第一组钻孔交错布置，钻孔仰角为22°，钻孔水平投影与巷道夹角为15°，钻孔采用直径Φ56mm的钻头进行钻进，钻孔方向朝综采工作面采空区。
高压水泵的调试：根据JC3090型水泵电机功率为90KW，配备相应的防爆开关，给水泵接电；水泵进水口接静压水，出水口接压力为80MPa的高压胶管，高压胶管的另一端连接注水钢管，其中：高压胶管与水泵出水口的连接为A型扣压连接方式，与注水钢管的连接为快速连接方式，连接处“O”圈密封；检查各个连接处，连接无误后给高压水泵先通水再通电，调整正反转，观测水泵是否正常运作。
XV号煤
1、设计原则与设计依据
⑴设计原则：定向水力压裂技术可有效控制我矿XV号煤综采工作面坚硬顶板的垮落，最大程度削弱顶板的整体性，使得采空区顶板呈分层垮落、垮落高度增加、垮落块度减小、碎涨系数增加、垮落角增大、老顶初次来压及周期来压步距缩短、采空区悬顶减少、工作面端头三角区悬板面积减少，消除了大面积冒落的恶性事故，同时也使动压系数减少、消除来压冲击载荷、来压显现缓慢，避免支架损坏，这样可确保坚硬顶板条件下采用垮落法长壁工作面的安全回采，而且注入水或定向水力压裂水还使得岩尘、煤尘减少，节约截齿消耗量，对防止煤层自燃有利。定向水力压裂技术有效控制坚硬顶板的同时，避免给我矿XV号煤综采工作面的正常回采带来影响，避免由于过度压裂和软化导致工作面顶板维护困难，避免由于水力压裂给巷道支护带来困难，避免其它可能的灾害。
定向水力压裂采用倒退式压裂法，首先在68m处利用封孔器进行封孔，上下封孔器位于开槽两侧，然后分别在60m、50m、40m、30m、20m、10m处封孔压裂。
封孔器的安装：连接安装封孔器，然后接静压水对封孔器进行排气、试压，保证运作正常，通过高压胶管将连接好的手动泵和储能器与封孔器连接，连接处“O”型密封圈密封，连接采用快速连接方式。
水压仪安装在高压胶管和注水钢管连接处。
下面是具体的施工工艺：
安装、连接、调试工作结束后，连接注水钢管将封孔器推送至预定位置（预裂缝处），封孔、注水压裂采用倒退式压裂法，即从钻孔底部开槽处向外依次进行压裂；
手动泵加压封孔器，待压力达到10MPa后停止加压，观察钻孔并监测压力表，检验封孔器能否保压，若钻孔中有水流出或压力下降明显，说明封孔失效，检查封孔器各个连接处及封孔器本身，找出并解决问题，确保封孔器正常工作；
为保证压裂控顶效果，并防止钻孔变形（将导致压裂无法正常进行），需在工作面安装设备（液压支架、刮板输送机等）前完成定向水力压裂。
图1综采工作面切眼水力压裂钻孔布置
（2）XV号煤综采工作面顺槽水力压裂钻孔布置
为加强水力压裂的效果，缩小综采工作面初次垮落步距、周期垮落步距、工作面机头机尾悬顶面积，XV号煤综采工作面顺槽钻孔分两组布置。
图3综采工作面顺槽钻孔布置（第二组）
（3）钻孔开槽及封孔工艺
为保证钻孔质量，使用保径钻杆，钻孔完成后可近似为一条直线，有利于封孔器的推入，钻孔长度为27m时，利用KZ54开槽钻头分别在10m、20m、27m处开槽；钻孔长度为50m时，利用KZ54开槽钻头分别在10m、20m、30m、40m、50m处开槽；钻孔长度为70m时，利用KZ54开槽钻头，分别在10m、20m、30m、40m、50m、60m、68m处开槽，68m开槽后钻孔继续钻进至70m，然后用静压水冲洗钻孔，用窥视仪观察开槽效果。
⑶、开槽处需选择顶板坚硬完整段。开槽过程中，当开槽钻头到达钻孔底部时，减小钻机进给力，使开槽刀片缓慢张开，避免开槽钻头受到冲击；开槽需彻底，开槽刀片完全张开并切割钻孔后方可停止。
⑷、开槽后用循环水冲洗钻孔。
⑸、封孔器分隔段必须为钻孔预开槽段。
⑹、高压水泵需调试正反转，运转时总是先通水后通电，停止运转时总是先断电后停水；高压泵首次运转30小时后需更换润滑油，以后每工作约200小时换油一次；使用前检查水泵各部位上的螺栓、螺母，确保拧紧。