新景矿北九掘进工作面水力压裂实施方案资料

山西新景矿煤业有限责任公司北九正巷掘进工作面顺层钻孔水力压裂实施方案2017年11月目录一、前言 (3)二、掘进工作面水力压裂试验 (4)1、压裂地点概况 (5)2、压裂钻孔布置 (5)3、压裂孔及辅助孔封孔工艺 (6)4、井下水力压裂工艺参数 (7)5、水力压裂试验 (7)三、掘进工作面水力压裂效果考察 (8)1、基本参数考察 (8)2、抽采效果考察 (8)3、压裂试验准备、材料 (9)4、时间进度安排 (10)5、人员组织及安排 (11)四、水力压裂安全技术措施 (11)（一）通风管理措施 (12)（二）监测监控系统管理 (12)（三）安全防护设施 (13)（四）水力压裂钻孔施工规定 (13)（五）撤人警戒范围 (22)（六）压裂施工安全技术措施 (22)（七）保压处理措施 (28)（八）灾害应急措施及避灾路线 (29)（九）组织保障设施 (32)一、前言煤层水力压裂技术是以高压水为动力，使煤体裂隙畅通的一种措施。

水力压裂增透技术就是通过钻孔向煤层压入高压水，当水压入的速度远超过煤层的自然吸水能力时，由于流动阻力增加，进入煤层的液体压力逐渐上升，当超过煤层上方的岩压时，煤层内原来的闭合裂隙就会被压开形成新的流通网络，煤层渗透性就会增加。

当压入的液体被排出时，压开的裂隙就为煤层瓦斯的流动创造了良好的条件。

水力压裂从以下三方面降低煤层的突出危险性：⑴对煤层的物理力学性质改变作用：具有压裂作用，通过水力压裂可以使裂隙不断贯通、扩大，扩大润湿半径，并产生“膨胀－收缩－膨胀”的反复作用，最大范围地改变煤层的物理力学性质；⑵对瓦斯的驱替作用：通过水力压裂最大限度的使水渗入到不同孔径的裂隙、孔隙中，最大限度地增加煤体的润湿性，会将不同孔内的瓦斯气体驱替出来；⑶改变地应力的分布规律：水力压裂可以使得工作面前方应力通过水压的传递作用变得更加均匀，从而降低由于应力不均匀分布造成的煤层突出的危险性。

含瓦斯煤体实施水力压裂后，抽采钻孔短时间内瓦斯浓度与抽采量均大幅增加，加快了抽采速度，降低了煤层瓦斯含量，是提高瓦斯抽采效率的有效技术手段之一。

新景矿3#煤层瓦斯压力大，瓦斯含量高，钻孔工程量巨大，掘进速度缓慢，严重制约了矿井的生产接替，因此需寻求一种增透强化抽采工艺技术，提高矿井的生产效率。

为提高顺煤层钻孔的预抽效果，在新景矿北九正巷（3216辅助进风巷）进行掘进工作面顺层钻孔水力压裂试验。

方案编制及设计的主要依据如下：(1) 《煤矿安全规程》，国家安全生产监督管理局\国家煤矿安全监察局，2012年；(2)《防治煤与瓦斯突出规定》，国家安全生产监督管理总局，2009年；(3)《煤矿瓦斯抽放规范》，国家安全生产监督管理总局，AQ1027-2006,2006年；(4) 《煤矿瓦斯抽采指标暂行规定》，国家安全生产监督管理总局、国家发展和改革委员会、国家能源局、国家煤矿安全监察局，2011年；(5) 《煤矿井下煤层瓦斯压力的直接测定方法》（2007版），AQ/T1047-2007；(6) 《煤层瓦斯含量井下直接测定方法》(2009版)，GB/T 23250-2009(7) 新景煤矿提供的相关资料。

二、掘进工作面水力压裂试验通过对基础资料分析，在试验地点进行掘进工作面顺层钻孔水力压裂试验，增加煤层的透气性，提高低透煤层瓦斯抽采效果，缩短抽采达标时间，提高掘进速度，保障采掘安全。

1、压裂地点概况北九正巷（3216辅助进风巷）为矩形断面，净宽5m，净高2.8m，净断面积14m2。

根据瓦斯基本参数资料，3#煤层坚固性系数f：0.38～0.52，煤层透气性系数为0.0188～0.1377（m2/MPa2•d），钻孔百米流量衰减系数为0.0687～1.5942（d-1），为较难抽放煤层，煤层平均瓦斯含量为18.17m3/t，瓦斯压力为1.3MPa～2.26MPa。

3#煤层顶板为深灰色粉砂质泥岩约3.42m，灰白色中粒砂岩5.1m，有时变为粉砂岩与细砂岩互层；底板为深灰色或灰黑色粉砂质泥岩，约为4.6m。

2、压裂钻孔布置本次压裂试验布置1个压裂钻孔，每个压裂钻孔布置12个预抽辅助孔，预抽辅助孔用于在压裂后测试基本参数及预抽瓦斯，预抽辅助孔终孔间距为5m。

压裂孔及预抽辅助孔布置图见图2-2，钻孔参数见表2.1。

图2-2 压裂孔及抽放钻孔布置图表2.1 钻孔施工参数表注：此处方位角为与巷道中心线夹角。

3、压裂孔及辅助孔封孔工艺压裂钻孔需送入Φ25mm内径的压裂管，压裂管每根长1.5m，采用特制接头连接，压裂煤层底板以上至终孔位置采用筛管。

孔外的一根无缝钢管尾端焊接Φ25mm高压直通快速变径接头，确保能正常与Φ51mm内径高压缠绕钢编管连接。

为保证压裂均匀，在压裂孔孔内下放40m左右的筛管，孔口端使用压裂管。

本次水力压裂钻孔封孔工艺采用K344型水力压裂专用封隔器，为减少漏水提高封孔质量，压裂时使用2～3个封隔器串联，封隔器间隔5m以上，最里端封隔器下放到距离孔口40m位置处，压裂孔孔口使用钢丝绳进行固定。

压裂孔封孔示意图见图2-3。

图2-3 压裂孔封孔示意图预抽辅助孔孔内下放PE管18m，使用“两堵一注”进行封孔，封孔长度为9～17m，钻孔全长下筛管。

压裂后施工预抽辅助孔必须执行“打一、封一、连一、抽一”规定，同时预抽辅助孔接抽时安装自动放水器。

4、井下水力压裂工艺参数压裂参数设计涉及到压裂设备选型、压裂施工参数及压裂效果。

其主要涉及泵注压力及注入液量的设计。

⑴泵注压力的确定：煤层起裂压力在10～15MPa左右，泵注压力在15～20MPa。

⑵压裂用液量的设计：压裂孔煤层注水量为100m3左右。

5、水力压裂试验根据现场试验条件，选择合适的试验地点安装高压泵组。

在试验地点回风侧安设瓦斯浓度传感器，监测压裂孔周边的瓦斯浓度变化情况。

在压裂孔孔口安装摄像头，实时观察孔口情况为更好的取得压裂效果，压裂实施过程中，须时时监测注水压力与流量。

由于试验中采用远距离操作，由于高程落差，管路摩阻等因素的存在，在压裂泵处监测到的压力仅为泵注压力，与压裂孔内的压力相差甚远，为精确计算并实施监测孔内压力变化，试验中设计在压裂孔孔口安装压力传感器，实现孔内压力变化的远距离精确监测。

流量及累计注入量可在泵注系统管路中安装流量计，实现时时监控。

由于水力压裂过程中，泵组、高压胶管、压裂孔内均为高压水，为了保证安全，在试验地点巷口位置和压裂泵前后50m位置处设置警戒线，试验过程中，禁止无关人员进入试验区域。

准备工作完成后开始进行水力压裂工作。

水力压裂试验过程中，实时记录试验参数，观察试验现象。

三、掘进工作面水力压裂效果考察压裂完成后必须至少保压2天且保压压力不低于8Mpa，然后施工预抽辅助孔进行基本参数测点和连接抽放瓦斯。

1、基本参数测定预抽辅助孔施工过程中，每隔20m取一次煤样，测定煤层瓦斯含量、煤样含水率、K1值等参数，与原始煤体瓦斯参数进行对比，判断水力压裂影响范围。

2、抽采效果考察预抽辅助孔施工完成后，将掘进工作面所有钻孔（压裂孔、预抽辅助孔）进行封孔，接负压进行瓦斯抽放，瓦斯抽放过程中观测抽放数据，待抽采达标后，再进行掘进。

3、压裂试验装备、材料本次水力压裂增透试验需要准备以下装备及材料：泵组、压裂封孔管、高压胶管、高压阀门、高浓度光学瓦检仪、DGC瓦斯含量测定仪、钻机、抽放管路、孔板、压差计、矿用电缆、瓦斯抽采管等，材料清单见表4-1。

表4-1 水力压裂增透设备及材料清单4、时间进度安排根据现场条件及材料备货周期，预计50天内完成掘进工作面水力压裂100m试验巷道的压裂、考察、掘进工作，现预计压裂试验进度如下：（1）水力压裂增透实施方案编制与审核 3天；（2）设备运输安装，压裂孔钻孔施工 5天；（3）压裂孔压裂试验 2天；（4）预抽辅助孔施工、参数测定、瓦斯预抽 25天；（5）压裂孔100m掘进 15天；5、人员组织及安排此次水力压裂试验由新景矿与重庆煤科院共同实施，具体分工如下：重庆煤科院：（1）根据现场试验条件，与矿方共同制定水力压裂实施方案；（2）为水力压裂提供技术支持，指导现场水力压裂钻孔封孔、水力压裂泵组调试、设备管路连接等相关工作；（3）参与新景煤矿现场试验瓦斯抽采参数监测；（4）编制新景煤矿水力压裂增透试验报告。

新景矿：（1）负责提供试验研究所需的技术基础资料和图纸；（2）与科研院校共同制定水力压裂增透试验实施方案；（3）负责提供水力压裂增透试验及压裂效果考察所需的相关材料；（4）负责项目现场组织、协调现场工作，包括现场试验条件、设备运输、设备安装调试、钻孔施工及封孔等；（5）负责水力压裂增透效果考察瓦斯抽采参数监测。

四、水力压裂安全技术措施为确保新景公司北九正巷水力压裂工作安全顺利进行，保证水力压裂过程中“一通三防”管理及施工人员人身安全，现从防治煤与瓦斯突出、通风瓦斯管理、人员安全防护、高压设备管理及防治灾害等方面采取相应的安全措施，压裂期间新景公司各部门及相关人员必须严格执行。

（一）通风管理措施通防工区负责监管及维护压裂试验地点及周边通风系统，确保通风系统稳定可靠。

1、所有人员必须佩带自救器并能熟练使用。

2、进入施工地点应先检查巷道支护（执行敲帮问顶制度）及通风等情况，发现问题及时汇报处理。

3、施工现场必须满足钻孔施工要求，通风良好，无瓦斯积聚、不得在无风及微风环境下作业，停风时必须停止作业，撤出人员。

（二）监测监控系统管理水力压裂过程中，要安装以下监控设施：1、在水力压裂地点回风侧安设T测瓦斯传感器，T测探头安装在压裂点回风侧5～10m处，并实现巷道及其回风系统内瓦斯电闭锁。

2、T测≥0.8%时，能自动切断巷道内及回风流中全部非本质安全型电气设备电源。

3、在水力压裂操作台附近安设专用电话，保证通讯正常。

4、开泵前由瓦检员检查工作面、回风流、乳化泵、开关附近的瓦斯浓度，当瓦斯浓度小于0.5%时，方可开泵注水。

（三）安全防护设施水力压裂前应具备以下安全防护设施：1、试验地点必须配备安全可靠的压风自救系统。

2、压裂泵前后50m范围内设置警戒栅栏，试验过程中禁止无关人员进入。

警戒线位置处派专人把守。

3、进入该相关区域的人员必须随身携带完好的自救器，并熟练使用。

（四）水力压裂钻孔施工规定1、钻机稳固压裂钻孔开孔前钻机必须保持稳固，需注意以下事项。

1、钻机安装前，首先清理好钻场，钻场周围的岩层应安全可靠，且具有足够的空间，通风良好，如有隐患，应处理好后方可进入施工。

2、保证配有与钻机相适应的水源、压风、电源等相应的配套设备。

3、钻机施工前，须将钻机的锚固油缸撑到巷道顶底板，防止施工过程中钻机移位影响施工安全及钻孔质量。

4、施工现场杂物应清理干净，保证退路畅通。

5、钻进过程中要经常检查钻机的固定情况，发现问题立即停止钻进进行处理。