煤层水力压裂技术
煤矿井下水力压裂技术及在围岩控制中的应用
煤矿井下水力压裂技术及在围岩控制中的应用摘要：煤矿井下水力压裂技术是非常重要的，该技术主要是坚硬顶板弱化和高应力巷道围岩卸压。
针对煤矿水力压裂理论，结合国内的真三轴水力压裂试验，对压裂技术进行数据分析和研究。
另外，根据水力压裂技术的过程及在围岩控制过程中的数据探讨和分析。
关键词：煤矿水力压裂技术围岩控制水力压裂技术一直是煤矿井下的重要施工技术，尤其是在围岩控制方面起到非常重要的作用。
根据下面对水力压裂技术的分析以及相关应用的探索，同时涉及水力压裂技术的设备进行着重分析强调，可以让相关人员更能抓住该技术的使用重点。
除了围岩压裂的原理、参数，还需要对机具与施工工艺及压裂进行效果检测，还要根据岩体物理力学性质和岩体结构对施工方向和应力范围进行数据分析。
一、水力压裂技术及其理论研究水力压裂技术是从1950年研发出来的，直到现在，该技术已经逐渐发展和成熟，作为常规低渗油气增透技术，在很多领域深受欢迎，例如非常规油气开采、页岩油气开发、煤层气开发、地应力测量、地热资源开发、核废料处理、CO2封存等领域，具有广泛的工业价值。
本文也是针对煤矿井下领域的研究，水力压裂技术的应用效果主要体现在围岩控制和低渗透煤层的增透这两个领域。
主要是针对回采工作面坚硬难垮顶板控制、高应力巷道围岩卸压及冲击地压防治。
这种技术的实质是在钻孔中注高压水，在坚硬顶板中形成裂缝而弱化顶板，使其能及时垮落。
但在试验初期，由于对水力压裂技术缺乏深入的认识，施工机具也存在较大问题，致使该项技术在很长一段时间内没有得到推广应用。
水力压裂技术理论国内外的学者都曾在油气系统地面钻井压裂、煤炭行业中应用过程中进行深入的分析，但在该技术上仍有很大的分歧，在水力压裂效果上不尽如人意。
随着我国煤炭技术的发展以及煤炭行业的技术设施的配备，水力压裂技术也得到了大范围推广应用，促进了水力压裂技术理论的进一步研究。
二、水力压裂技术设备及压裂效果分析下面分析压裂机具与设备，我们以煤炭科学研究总院开采研究分院开发的水力压裂机具为例进行介绍。
煤层气井水力压裂技术
适用于低渗透煤层，能够提高煤 层的渗透性，增加天然气产量， 是煤层气开发中的关键技术之一 。
技术原理
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高压水流注入
通过高压水泵将高压水流 注入煤层，利用水压将煤 层压裂。
支撑剂填充
在压裂过程中，向裂缝中 填充支撑剂，如砂石等， 以保持裂缝处于开启状态。
气体流动
压裂后，煤层中的天然气 通过裂缝和孔隙流动，被 开采出来。
智能化发展
利用人工智能、大数据和物联网技术，实现水力压裂过程 的实时监测、智能分析和自动控制，提高压裂效率和安全 性。
绿色环保
研发低污染或无污染的压裂液和支撑剂，降低压裂过程对 环境的影响，同时加强废弃物的处理和回收利用。
多层压裂和水平井压裂
发展多层压裂和水平井压裂技术，提高煤层气开采效率， 满足市场需求。
煤层孔隙度
孔隙度决定了煤层的储存空间和吸附能力，孔隙度高的煤层有利于 气体的吸附和扩散。
压裂液性能
பைடு நூலகம்
粘度
粘度是压裂液的重要参数，它决 定了压裂液在煤层中的流动阻力， 粘度越高，流动阻力越大。
稳定性
压裂液的稳定性决定了其在高压 和高剪切条件下保持稳定的能力， 稳定性好的压裂液能够保持较好 的流动性和携砂能力。
解决方案
为了降低水力压裂技术的成本，研究 人员和工程师们正在探索新型的压裂 液和支撑剂，以提高其性能并降低成 本。同时，优化压裂施工方案、提高 施工效率也是降低成本的有效途径。 此外，加强设备的维护和保养、提高 设备的利用率也是降低水力压裂成本 的重要措施之一。
06
水力压裂技术的前景展 望
技术发展方向
能力和导流能力。
裂缝网络设计
裂缝走向
水力压裂综采工作面安全技术措施
水力压裂综采工作面安全技术措施1.通风技术措施：水力压裂综采工作面需要将瓦斯等有害气体及时排走，确保工作面通风良好。
要在工作面进眼处设置风门，防止有害气体回流；在采煤面和回采巷道上部设置人工送风机，增加通风量；定期对风机进行检查和维护，确保风机正常运转。
2.支护技术措施：水力压裂综采工作面需要采用合适的支护技术，确保工作面的稳定。
常用的支护方式有锚杆支护、锚索支护和合成材料支护等。
支护设备要按照规定的标准进行安装和使用，支护材料要选用质量合格的产品。
3.瓦斯抽放技术措施：矿井中常常存在瓦斯，水力压裂综采工作面的运行会产生更多的瓦斯。
为了防止瓦斯积聚，需要采取瓦斯抽放措施。
可在工作面的回采巷道设置抽排管道，通过抽风机将瓦斯抽出矿井外。
同时要定期对抽排设备进行检查和维护，确保设备的正常运行。
4.火灾防治技术措施：水力压裂综采工作面的工作环境容易引发火灾。
为了防止火灾的发生，首先要做好火灾防治宣传教育工作，提高职工的防火意识。
同时要加强对电气设备的管理，防止电气设备引起火灾。
在工作面和回采巷道设置水枪等消防设备，以便在火灾发生时能够及时进行灭火。
5.安全监测技术措施：水力压裂综采工作面需要对矿井的地质构造、地应力和瓦斯浓度等进行实时监测，及时发现问题并采取措施处理。
可以采用地声波监测、应力监测和瓦斯浓度监测等技术手段，对工作面进行全面监测。
此外，水力压裂综采工作面还需制定科学合理的作业方案，明确作业顺序和步骤，并在作业过程中加强对职工的培训和安全教育，提高职工的安全意识和技能水平。
同时，加强对设备的巡检和周期性维护，确保设备的正常运行。
煤矿井下水力压裂增透抽采技术
水力压裂提出的背景
4 煤层气开发与瓦斯治理的现状并不乐观
1）煤层气技术现状 对于非突出煤： ◆少数地区实现了局部商业化开发； ◆而支撑整个煤层气行业的是地面垂直井压裂完井工艺； ◆可以实现水力压裂强化增透抽采 对于突出煤： 地面煤层气开发的禁区、井下瓦斯产出的低效率区
煤矿井下水力压裂增透抽采技术
主要内容
1
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水力压裂提出的背景
水力压裂技术简介
水力压裂技术装备及工艺
水力压裂的应用
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1《防治煤与瓦斯突出规定 》要求区域消突先行
水力压裂提出的背景
第六条规定：防突工作坚持区域防突措施先行、局部防突措施补充的原则。突出矿井采掘工作做到不掘突出头、不采突出面。未按要求采取区域综合防突措施的，严禁进行采掘活动。 区域防突工作应当做到多措并举、可保必保、应抽尽抽、效果达标。
渝阳煤矿水力压裂
2
压裂地点定为N3704西瓦斯巷(下)
钻孔布置
为了准确地获取煤层参数，并检验压裂效果及测试抽采半径。本次陆续共布置标准孔2个、压裂孔1个、检验孔15个
压裂过程
压裂的有效时间为10小时30分。分两个阶段，第一阶段压裂第一阶段压裂持续时间为278分钟，第二阶段持续350分钟。煤岩层产生破裂时间为第111分钟，此时压力从45.1MPa突降至36.1MPa，流量从1.2m3/h升至2.6m3/h。
——水力压裂是实现区域消突和局部消突的有效技术
单一突出煤层区域消突困难
水力压裂提出的背景
2 提高预抽瓦斯浓度的需求
抽采瓦斯浓度、抽采量、抽采率抽采时间取决于煤层透气性以及抽采工艺 ——压裂是煤层增透的有效途径、是提高预抽瓦斯浓度抽采的有力保证
水力压裂提出的背景
煤层水力压裂典型裂缝形态分析与基本尺寸确定
煤层水力压裂典型裂缝形态分析与基本尺寸确定煤层水力压裂是一种通过高压水将煤层破裂的方法，常用于煤层气开采。
在水力压裂过程中，裂缝形态及其尺寸的确定对于煤层气开采有着重要的影响。
下面将对煤层水力压裂典型裂缝形态分析与基本尺寸确定进行阐述。
典型裂缝形态分析：1.折曲型裂缝：在煤层水力压裂过程中，若煤层中存在节理或含有岩层，则容易出现折曲型裂缝。
这种裂缝多为弯曲、交叉，长度较短，裂缝宽度较窄。
2.平直型裂缝：若煤层中不含岩层或较少含有节理，则容易形成平直型裂缝。
这种裂缝多为直线状，裂缝宽度较宽，长度较长。
3.网状型裂缝：网状型裂缝是由多个交叉的裂缝组成的，这种裂缝一般出现在煤层中含有多个节理的情况下。
裂缝的宽度和长度不一定相同，形态较复杂。
基本尺寸确定：1.裂缝高度：裂缝高度是指水力压裂后形成的煤层裂缝的高度。
裂缝高度的确定主要受煤层性质和水力压裂参数的影响。
煤层的厚度和裂缝高度的比率应在合理的范围内。
2.裂缝宽度：裂缝宽度是指水力压裂后形成的煤层裂缝的宽度。
裂缝宽度的大小决定了裂缝的通透性，因此选择合适的水力压裂参数是保证裂缝宽度的关键。
3.裂缝长度：裂缝长度是指水力压裂后形成的煤层裂缝的长度。
裂缝长度主要受煤层性质、水力压裂参数和裂缝类型的影响。
选择合适的水力压裂参数以及了解裂缝类型，对裂缝长度的确定十分重要。
总之，在进行煤层水力压裂前，了解煤层的结构性质和地质构造，选择合适的水力压裂参数，以及合理地确定裂缝形态和基本尺寸是非常必要的。
只有经过科学合理的设计，才能通过水力压裂技术更好地实现煤层气开采的目标。
煤矿井下钻孔高压水力压裂技术研究与应用研究报告
煤矿井下钻孔高压水力压裂技术研究与应用研究报告1. 引言煤矿井下钻孔高压水力压裂技术是一种通过利用高压水将岩层破碎以提高煤矿开采效率的方法。
本研究旨在对这一技术进行深入研究，并探索其在实际应用中的潜在效益。
2. 研究背景煤矿开采过程中，传统的机械采矿方法在某些复杂岩层条件下存在效率低下的问题。
钻孔高压水力压裂技术作为一种新兴的开采方法，被认为能够显著提高煤矿的开采效率。
3. 技术原理3.1 高压水力压裂原理高压水力压裂技术利用高压水通过钻孔进入岩层，形成高压水射流。
高压水射流对岩层施加压力，导致岩层破碎。
通过不断重复压裂操作，可以将煤层有效地破碎。
3.2 技术流程矿井井下钻孔高压水力压裂技术一般包括以下流程： 1.钻孔：选择合适位置进行钻孔，通过钻孔设备将钻孔深入到目标煤层。
2. 压裂液的配制：根据煤层的特性和压裂需要，选取合适的压裂液成分和浓度。
常见的压裂液成分包括水和添加剂等。
3. 高压水射流压裂：将压裂液通过钻孔注入到煤层中，通过高压水射流将煤层进行压裂。
4. 压裂效果评估：通过对压裂后的煤层进行评估，判断压裂效果是否满足预期。
4. 技术优势煤矿井下钻孔高压水力压裂技术具有以下优势： - 提高煤矿开采效率：通过将煤层破碎，增加煤层与水的接触面积，提高了煤层的可开采性。
- 减少煤尘产生：钻孔高压水力压裂技术采用水力破碎岩层，相比传统机械破碎方法，能够有效减少煤尘的产生，改善井下工作环境。
- 降低能耗：相比传统机械破碎方法，钻孔高压水力压裂技术在能耗方面有一定的优势，因为其主要依靠高压水射流进行破碎。
5. 应用案例5.1 煤矿井下开采煤矿井下钻孔高压水力压裂技术广泛应用于煤矿井下的煤炭开采过程。
通过在煤层中进行钻孔并施加高压水射流，可以显著提高煤炭的采取率与产量。
5.2 土壤改良除了煤矿开采外，钻孔高压水力压裂技术也可以应用于土壤改良领域。
通过在土壤中进行钻孔并施加高压水射流，可以改良土壤的结构和渗透性，提高土壤的可利用性。
煤矿地面水力压裂增透技术研究及应用
煤矿地面水力压裂增透技术研究及应用随着煤矿深度的增加和采空区的扩大，煤层裂隙的连通性逐渐减弱，导致煤层透水性下降。
为了提高煤层透水性，一些煤矿企业通过地面水力压裂技术来实现增透，取得了很好的效果。
本文以某煤矿为例，介绍了其水力压裂增透技术的研究及应用情况。
地面水力压裂增透技术是一种通过喷射高压水流将水平煤层裂隙强制扩张的技术。
其原理基于以下三个方面：1.地应力效应。
煤层深度越深，地应力越大。
在高压水流的冲击下，煤层裂隙会逐渐扩大，破裂面积增大，导致煤层透水性增加。
2.水流冲刷效应。
高压水流在进入煤层裂隙后，会引起局部水流速度的剧烈变化。
这种水流速度变化会产生剪切力和摩擦力，使煤层裂隙周围的颗粒产生磨蚀和冲刷，促进煤层裂隙的扩大和连通。
3.压缩弹性效应。
在高压水流的作用下，煤层内的孔隙和裂隙会遭受水压力和应力的双重作用，从而产生弹性变形。
当水流停止喷射后，孔隙和裂隙会恢复原状，形成较大的空隙和缝隙，进而改善煤层透水性。
二、技术应用过程1.制定施工计划。
根据煤层地质条件和透水性要求，制定施工计划，明确水力压裂方案、施工工艺和设备配置等内容。
2.选择施工点位。
选取煤层透水性较差的地段，确定水力压裂的施工点位和井点位置，同时进行现场勘察和测量，明确煤层深度、倾角、孔隙度和裂隙特征等参数。
3.布设压裂管网。
根据地质条件和水平煤层裂隙的特点，选择合适的压裂管径和喷嘴数量、排列方式，在施工点位井筒内布设压裂管网，并将其与高压水泵和控制系统连接。
4.试压和压裂。
先进行试压，检测管道系统的密封性和耐压性，并根据煤层特点和地质结构参数调整水流压力和流量。
然后开始压裂作业，根据水力压裂方案逐级进行压裂，使煤层裂隙扩张，直到达到要求的透水性。
5.井筒修复和安全措施。
水力压裂后，需要对井筒进行修复和加固，确保井壁的完整性和稳定性。
同时，应选派专人进行安全监测和管道维护，以确保压裂作业的安全性和顺利性。
某煤矿应用地面水力压裂增透技术后，取得了以下几个明显的效果：1.煤层透水性显著提高。
煤矿井下水力压裂技术进展及展望
目前，井下水力压裂使用的压裂泵大多是煤矿 用乳化液泵，额定压力一般为 31． 5 MPa、额定流量 为 400 L / min 左右。三缸柱塞泵也可作为压裂泵， 其最大 工 作 压 力 50 MPa，最 大 工 作 排 量 1． 5 m3 / min，具有多档变速的特点，可以实现压力和泵排量 等参数的瞬时数据实时记录和历史曲线显示的功 能。河南省煤层气开发利用有限公司根据井下作业 环境的实际情况，研制了大流量、高压力、体积小、可 远距离操 控 的 井 下 专 用 压 裂 泵 组，该 泵 电 机 功 率 315 kW，最 高 压 力 52． 8 MPa，最 大 流 量 1 128 L / min，满足了井下压裂大流量、高压力的需求［17 － 18］。 1． 3ห้องสมุดไป่ตู้ 2 高压封孔技术
翟成等在普通水力压裂和脉动注水技术的基础 上，提出了煤层脉动水力压裂卸压增透技术，该技术 是将具有一定频率的脉动水持续注入钻孔中，由峰 值压力与谷底压力构成周期性的脉动波，对煤体裂 隙产生交变或重复荷载，逐渐使煤体出现疲劳损伤， 促使煤层中的微小孔裂隙形成和逐渐张开，宏观裂 隙扩展联通，最终形成新的裂隙网［15］。 1． 2． 4 井下点式水力压裂
富向提出了一种井下点式水力压裂技术，该技
术是将常规水力压裂中压裂作用“面”改为“点”，利 用特制的封孔器将整个钻孔分为数段，每次将压力 集中在一“点”上按一定的顺序分段实施压裂，由于 作用点比较集中，较小的流量即可获得好的压裂效 果，减少水 流 量，从 而 降 低 了 对 压 裂 水 力 系 统 的 要 求，设 备 的 体 积 大 大 减 小，可 以 适 应 井 下 巷 道 条 件［16］。 1． 3 井下水力压裂装备
矿井煤层水力压裂增透技术
水力压裂技术在中平能化集团的应用目前在水力压裂方面的研究只局限在油、油气藏、煤层气藏，以及地热井资源的开采中，主要以现场应用中裂缝扩展技术研究为主，只局限在地面钻井条件下，对于本煤层瓦斯抽放集中采用水力压裂措施来增大煤层的渗透率的机理研究上处于尝试阶段。
中平能化集团十矿大胆设想采用水力压裂技术提高煤层透气性系数，通过在己15-24080工作面工业性试验，取得了良好的瓦斯抽放效果为我国类似条件下使用该项技术提供借鉴。
1、工作面概况十矿目前开采三组煤层为戊组、己组和丁组，戊、己两组煤层透气性差，透气性系数只有0.0013mD(毫达西)，介于勉强和难以抽放煤层之间。
在勉强抽放的煤层中往往需要很长的抽放时间和布置较多的钻孔，才能达到抽放目的。
为增加煤层透气性，提高低透气性煤层钻孔瓦斯抽放浓度，在己15-24080机巷进行煤层水力压裂增透。
同时通过煤体注水，使煤体应力向深部转移和水含量增加，在一定范围内起到消突作用和降低开采过程中煤尘产生量。
己15-24080采面（图1-1所示）位于十矿己四采区西翼第三阶段，该采区东靠己四轨道，西至26勘探线，南邻己15-24060采面，北部为未开采区。
地面标高：+150～+280m,工作面标高：-580～-626m. 设计走向长度1804 m，倾斜长度180 m，煤层厚度1.6～2.3m之间，一般在2m左右。
煤层结构简单，煤层倾角在采区东部较缓，一般在10°左右，中上部倾角较大，在25°～30°之间，西部一般在20°左右。
采面地质构造比较简单，该煤层为突出煤层。
2、水力压裂作用机理原生煤层内部具有很多微裂隙、多孔隙结构，瓦斯在煤体内以游离态或吸附态两种状态存在，对于裂隙比较发育，煤体坚固系数较大的煤层透气性系数较大，便于瓦斯抽放，而对于煤质比较松软，裂隙发育不发达的煤层透气性系数较低，不便于瓦斯抽放，抽放效果差，采用水力压裂方法，使煤体深部原生裂隙扩张，延伸，空隙增大，从而提高煤层的透气性系数，使得原生裂隙相互沟通，在水力作用下，吸附状态的瓦斯从煤层表面逐渐剥离变成游离态的瓦斯，提高了瓦斯在煤体内部的流动性，从而提高瓦斯抽放效果，裂缝起裂受诸多因素的控制，裂缝起裂效果主要取决于时间效应和压力效应。
综采工作面水力压裂采煤技术分析
当代化工研究Modem Chemical Research81 2021•07技术应用与研究综采工作面水力压裂采煤技术分析*武勇龙(西山煤电官地煤矿山西030022)摘耍：官地煤矿8#煤层28418工作面的顶板整体较为坚硬，根据探测发现，存在上下两层硬度较高的石灰岩层，完整性也相对较好，这就导致工作面在开采时，出现了较为明显的初次垮落的步距非常大，若不采取强制放顶措施，根据测算表明，步距能够超过40m,带来的 后果较为严重.同时，本矿井属于瓦斯相对较高的矿井，选择使用传统的深孔爆破的方式，危险性相对较高，因此，可选择使用高效水力压裂顶板餉方式，提升工作面的安全效果”关键词：综采工作面；水力压裂；采煤技术；分析中图分类号：TD文献标识码：AAnalysis of Hydraulic Fracturing Mining Technology in Fully Mechanized CoalMining FaceWu Yonglong(Guandi Coal Mine of Xishan Coal and Electricity,Shanxi,030022)Abstracts The roof o f28418working f ace in8#coal seam of Guandi Coal Mine is relatively hard as a whole.According to the detection, there are two limestone layers with higher hardness,and the integrity is relatively good,which leads to the obvious initial caving step in the working face during mining.If the forced caving measures are not taken,the calculation shows that the step distance can exceed40m,resulting in serious consequences.At the same time,this mine is a mine with relatively high gas content.If t raditional deep-hole blasting is used,the risk is relatively high. Therefore,high-efficiency hydraulic f racturing can be used to improve the safety effect of t he working f ace.Key words：fitlly mechanized coal mining f ace^hydraulic f racturings coal mining technology\analysis仁工程概况28418工作面井下位于官地煤矿中四、南四、南五采区之间，煤层倾角1-14°,平均8。
煤层水力压裂增透技术施工安全措施2
11021工作面煤层水力压裂增透技术施工安全措施二〇一三年三月一、压裂地点概况11021回采工作面为该矿首采面，位于采区上部西翼，走向长壁后退式分层回采。
回风巷，运输机巷均沿走向布置在煤层中，均末沿顶掘进，巷道距顶板距离5-16米不等，预压裂段煤层厚度在20~30米。
11021工作面回风巷走向长107米，运输机巷走向长272米，切眼长度97米。
风巷下帮布置有3个抽放钻场，其中1＃钻场距切眼30米，1＃、2＃、3＃钻场中对中间距35米。
11021工作面回风巷支护为部分木支护、部分工字钢支护，压裂时全部替换为工字钢梯形棚支护；运输机巷为工字钢梯形棚支护；切眼为木支护。
11021工作面煤层倾角25°，煤层赋存稳定，结构简单，薄厚不均。
二、钻孔布置：实施水力压裂措施时，应首先布置压裂钻孔，然后封孔实施压裂。
11021工作面本煤层水力压裂设计（1）钻孔位置风巷压裂孔位置：根据11021工作面现场施工情况，工作面风巷下帮施工有1#、2#、3#三个钻场，其中1#钻场距切眼30米，三个钻场间距35米，风巷压裂孔布置在钻场内，钻孔垂直巷道，沿煤层倾向向上（俯角8-15°）施工。
三、安全防护技术措施：严格遵循四位一体综合防突措施，同时贯彻执行河南省煤层气开发利用有限公司的“区域定向控制压裂、施工危险等级划分、多重安全综合防护、压裂施工组织管理和突发事件应急救援”五位一体安全施工体系，严格按照施工组织施工，确保安全。
1、为使水力压裂顺利进行，确保安全，成立井下水力压裂领导小组（1）压裂领导指挥小组组成组长：郭峰副组长：杨彬袁柱刘广何勇刘阳成员单位：通防科调度室安检科技术科机电科办公室施工队工程公司平项山项目部指挥小组下设四个职能小组○1机电设备组：组长：刘阳成员：高站平、有功、孟水及机电科所属员工职责：1）负责压裂前南翼全部断电并上锁等工作；2）对打钻期间电力供应、钻机维护及完好状况负责，严禁出现失爆失保等现象；3）负责平地压裂泵体、水箱管路等安装和管路调试维护；4）在压裂期间一旦出现瓦斯动力等异常情况时，负责反风或停止主扇的操作，保证及时有效；5）负责压裂抽放期间高压注水泵、瓦斯抽放泵及其附属装置的管理、维护等工作。
浅谈煤矿井下的水力压裂技术
浅谈煤矿井下的水力压裂技术随着我国煤矿开采深度逐步增加，瓦斯灾害日益突出，为保证煤矿安全生产，人们越来越重视瓦斯灾害的治理研究。
目前瓦斯抽放是瓦斯治理最有效的措施，但由于国内煤层具有低渗透率的特点，瓦斯抽放效果有限，如何提高煤层的渗透率，增大透气性系数，成为目前瓦斯治理工作研究的重点。
当前常用的方法主要有深孔松动爆破和煤层高压注水压裂两种，前者虽然能够提高煤层的渗透率，但在应用过程中易产生哑炮而留有安全隐患。
目前淮南矿业集团正大力推广水力压裂增透技术，提高钻孔抽采效果，减少钻孔施工数量，实现技术经济一体化。
1 水力压裂增透技术基本原理煤矿井下水力压裂是一种使低渗煤层增透的技术，其基本原理是借助高壓水通过钻孔以大于煤岩层滤失速率的排量向煤岩体注入，克服最小地应力和煤岩体的抗拉强度，在煤层各种原生弱面内对弱面两壁面产生的劈裂或支撑作用使弱面发生张开、扩展和延伸，从而对煤层形成内部分割，这种分割过程一方面通过原生弱面的张开和扩展，增大了裂隙等弱面的空间体积，增加了煤体孔隙率；另一方面原生孔裂隙等弱面的延伸增加了孔裂隙之间的连通，形成相互交织的多裂隙连通网络，增加了瓦斯的运移通道，正是由于这种裂隙连通网络的形成，致使煤层的渗透率大大提高，在负压抽采过程中，使得吸附瓦斯得以快速解吸，从而提高低渗煤层的抽采效果。
2 施工背景淮南潘一矿东井西一（13-1）盘区顶板回风上山揭13-1煤预计瓦斯压力达到5MPa左右，突出危险性较大，为提高揭煤消突钻孔的预抽效果，达到快速消突的目的，确保安全、高效地揭过13-1煤层。
选择对该处揭煤采取水力压裂增透技术。
3 钻孔施工3.1 水力压裂钻孔设计本次压裂试验压裂半径按30m进行设计，共设计5个压裂钻孔，分别为压1、压2、压3、压4与压5，其中压2与压5均穿过13-1煤层1m，即进入13-1煤层顶板1m。
5个压裂钻孔分两个地点进行压裂，其中压1、压2、压3孔在1252（3）底板巷施工，压4与压5在揭煤巷道施工至法距15m处施工。
煤矿水力压裂总结报告
煤矿水力压裂总结报告摘要本报告对煤矿水力压裂技术进行了总结和分析。
水力压裂是一种利用高压水将裂缝注入煤层，以增加煤层透气性的技术。
通过实践和研究，我们总结出水力压裂在煤矿开采中的优势和应用情况，并对其未来发展进行了展望。
引言煤矿水力压裂技术是一种有效的煤层开采工艺，在近年来得到了广泛的应用。
水力压裂可以增加煤层渗透性，提高瓦斯抽采效果，降低煤层爆炸的风险。
本文将对水力压裂技术的原理和应用进行深入探讨，并总结实际应用中的经验和问题。
1. 水力压裂技术原理水力压裂技术是利用高压水将裂缝注入煤层，以增加煤层透气性的方法。
通过将高压水注入煤层，可以产生裂缝，改变煤层渗透性并提高瓦斯抽采效果。
水力压裂技术主要包括以下几个步骤：1.确定水力压裂层位：根据地质勘探和矿井实际情况，确定适合水力压裂的煤层层位。
2.配制压裂液：选择合适的压裂液，调配出符合要求的压裂液。
3.建立压裂系统：布置压裂泵、管道和阀门等设备，建立完整的压裂系统。
4.进行水力压裂：将高压液体通过压裂系统注入煤层，产生裂缝并提高煤层渗透性。
5.监测裂缝扩展情况：使用地下测量技术监测裂缝的扩展情况，评估压裂效果。
2. 水力压裂技术在煤矿开采中的应用水力压裂技术在煤矿开采中有着广泛的应用。
主要包括以下几个方面：2.1 提高煤层透气性水力压裂技术可以改变煤层的渗透性，提高煤层的透气性。
通过增加煤层的透气性，可以提高瓦斯抽采效果，降低煤矿瓦斯爆炸的风险。
2.2 提高煤矸石开采效率煤矸石是煤矿开采过程中产生的一种废弃物，水力压裂可以提高煤矸石开采效率，并减少对地下水的污染。
2.3 降低煤层开采难度部分煤矿存在煤与矸石夹层的情况，煤矿开采难度较大。
水力压裂技术可以破坏煤与矸石的结合，降低开采难度。
2.4 提高煤层开采率水力压裂技术可以促使煤层裂缝扩展，提高煤层的开采率。
通过水力压裂，可以有效利用煤矿资源，提高矿井的经济效益。
3. 水力压裂技术的优缺点水力压裂技术有着一些优点，但同时也存在一些不足之处。
煤矿瓦斯治理中水力压裂技术的应用分析
煤矿瓦斯治理中水力压裂技术的应用分析摘要：本文通过阐述在煤矿瓦斯中使用水力压裂技术治理的优势，进一步分析如何在煤矿瓦斯治理中应用水力压裂技术，并通过技术应用原理、选定技术设备、布置压裂孔、制备压裂和封孔材料、实施注浆及封孔、检验压裂效果等方面对要点进行阐述，以期能为水力压裂技术在煤矿瓦斯治理中的应用，做以参考。
关键词：煤矿瓦斯；治理；水力压裂；技术前言：煤矿瓦斯又称煤层瓦斯和煤层气，是一种有害气体，其主要是由于在开采煤层时，煤体遭到破坏导致造成煤和围岩之中所产生的甲烷、二氧化碳以及氮产生混合气体，最终形成煤矿瓦斯，对开采人员的人身安全威胁极大，严重时还会造成爆炸。
因此，要通过水力压裂技术进行治理，并提高作业的安全性。
1煤矿瓦斯中使用水力压裂技术治理的优势第一，提升煤层透气性。
在进行开采作业时，由于受到环境以及条件的限制，开采区域的密封性较强，并且空气流动性较差，容易造成瓦斯等有毒气体的累积进而对作业人员产生危害。
使用水力压裂技术，可以将煤层之间的缝隙加大，这样就能够保证煤层中的透气性，有利于瓦斯等有害气体的顺利排放。
第二，消除瓦斯危险性。
水力压裂技术主要是依靠将大量的水和剂液注入到煤层之中，这样有利于将积块之中所存储的瓦斯进行密封，这种通过改变瓦斯传播状态结构的方式，能够降低瓦斯的流动性，也就避免了煤层中瓦斯所可能出现的突发性危险，因此采用水利压裂技术能够有效控制煤矿中的瓦斯。
第三，改善煤体的强度。
原状态结构下的煤体强度较高，这样不利于开采工作的顺利进行，而水利压裂技术主要是通过在煤层中形成裂缝并注入水力的方式控制瓦斯，在煤层之中能够通过孔洞以及裂缝，形成网格状，并进一步破坏煤层原有强度和结构，这种情况之下能够大幅度降低煤体抗拉强度并便于开采。
第四，平衡煤层地应力。
地应力主要存在于地壳之中，简单的来说就是岩石形变所引起介质内部单位面积上的作用力。
在煤矿开采时，煤体本身的重量就容易引起地应力，因此在瓦斯就可能出现形成不均匀的现象。
水力压裂工艺技术
调整方案制定
根据评估结果，制定调整 方案，包括重新注入支撑 剂、增加裂缝长度或改变 压裂液类型等。
04
水力压裂技术的关键技术及创新 发展
支撑剂的选择与性能评价
支撑剂的材质与性能
针对不同地层条件，选择合适的支撑剂材质，如陶粒、石英砂等 ，并评估其性能，如硬度、粒径分布等。
支撑剂的表面改性
通过物理或化学方法对支撑剂表面进行改性，提高其润湿性、渗透 性和抗破碎能力。
报, 2016, 37(3): 1-10.
[2] 李四. 水力压裂设计优化 及效果评价[J]. 岩石力学与工 程学报, 2018, 37(6): 1-15.
[3] 王五. 水力压裂技术在*油 田的应用研究[J]. 地球物理学
报, 2020, 63(7): 1-12.
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井筒准备
清洗并准备井筒，包括通井、洗井等 操作，确保井筒内无杂质，为压裂作 业做好准备。
压裂液的配制与注入
01
02
03
压裂液选择
根据地质条件和目标需求 ，选择合适的压裂液，如 瓜胶、羟丙基瓜胶、石英 砂等。
压裂液配制
按照一定的比例和顺序将 压裂液的各成分混合在一 起，确保压裂液的各项性 能指标达到要求。
03
水力压裂技术的工艺流程
压裂前的准备
目标确定
明确压裂的目的和目标，如提高石油 或天然气的产量，改善井筒周围的应 力场等。
地质评估
收集并评估与目标区域相关的地质数 据，如岩石类型、地层厚度、地层破 裂压力等。
设备检查
确保压裂设备（如压裂车、混砂车等 ）处于良好的工作状态，并准备好所 需的物资和器材。
02
水力压裂技术的基本原理
水力压裂(安徽理工大学)
Conventional
Alaska
5 0
2015
1995
2025
美国非常规天然气产量增加，主要依赖于致密砂岩气 （Tight gas）、页岩气（Shale gas）和煤层气（Coalbed gas）
1999年以来页岩气储量、产量显著增加，导致天然 气总量增加。
Significant increase in gas reserves and production from shales starts in 1999
Injection Wells
Water Gas Steam Chemical Fire
Pumped into the reservoir to force additional petroleum out of the pores in the reservoir rock
GASSINESS OF COAL SEAMS
从油藏工程的观点出发
它以建立的油藏注水开 发井网与水力裂缝优化 整体压裂 组合的渗流系统实现单 井产能与扫油效率的提 高为其主要内容 。
1947-1948 : 水力压裂的发展
• 1947. 7 – 美国开始第一口井的压裂施 工，用交联的煤油/汽油混合油。 • 1948 - 获得专利， 在商业应用前压裂 了 23 口井
压裂
S1
S2 S3
图1 压裂过程示意
压裂液
种类
水基压裂液、泡沫压裂液、油基压裂液、乳化压裂液 清洁压裂液，纯气体压裂液（液化）。
发展
40、50年代，矿场原油、凝胶油、粘性乳化液； 60年代瓜尔胶稠化剂的问世——现代压裂液化学的诞生； 70年代，水基压裂液迅速发展，占主导作用； 80年代泡沫压裂液技术取代了部分水基压裂液 。 目前，泡沫压裂液、液体CO2压裂液、液氮压裂液也开始应用。
煤矿井下定向钻孔水力压裂岩层控制技术及应用
煤矿井下定向钻孔水力压裂岩层控制技术及应用随着煤矿采掘深度的加深，煤与矸石间的岩层压力越来越大，岩层破坏和顶板事故的风险也随之增大，严重影响了采煤的安全和效益。
井下定向钻孔水力压裂技术是目前防治岩层破坏和顶板事故的一种较有效的方法之一。
本文以某煤矿为例，介绍井下定向钻孔水力压裂技术及其应用。
一、定向钻孔的准备工作1.钻孔设备准备为保证钻孔的定向性和精度，应选择适合的钻孔设备，其工作性能稳定、生产能力大。
一般可选择射流钻头等设备。
2.现场勘测井下岩层勘测工作是保证钻孔定向精度的关键。
应对煤层厚度、含沙岩层、断层等地质条件进行综合考虑，选取适宜的钻孔位置和钻孔方向。
二、水力压裂工作1.水射压力设定根据现场钻孔的情况、岩层的物理力学性质和压力状态，对水射压力进行设定，一般情况下水射压力应在10MPa-20MPa之间。
2.水泵选用需要选择一台功率大、排量大、压力高、稳定可靠的水泵设备，根据水射压力的不同进行调节。
3.水射管的安装在控制区域内选择钻孔位置，安装水射管，定向孔径一般为φ50mm，孔深一般为160m-320m之间。
钻孔安装完毕后，按照孔深进行龙骨式管道的安装。
4.水力压裂材料的准备现场要充分准备水力压裂的材料，材料应具有压力和韧性，能固化和嵌填裂缝。
（1）进水：将水泵调整到设定的水射压力，将水从水射管注入到岩层内。
（2）压裂：在确定的压力下，用水力破碎机使岩层发生裂缝，使水流沿裂缝深入到岩层中。
（3）压裂液固化：在裂缝中注入固化液，使其形成固体体系，填充已裂缝道。
（4）检验：在压裂完毕后，进行钻孔侧壁的核查，若发现裂缝未充满，可采取补缝方法。
三、应用效果通过某煤矿的试验，井下定向钻孔水力压裂技术表现出了良好的效果，有效地控制了岩层破坏和顶板事故的发生。
同时还对矿井的正常生产和经济效益起到了积极的作用。
煤层水力压裂技术
2.42.4.1水力压裂技术的机理水力压裂是在石油天然气工业中成熟的，用以提高油、气井生产能力的技术。
在美国已经把它应用到好几个煤田的瓦斯排放工作中（杜尔，1989）。
它的基本原理是：选定压裂的煤层后在地面上用泵产生高压水流，从钻孔进入煤层，把煤层中原有的裂缝撑开，继续压入水流，使煤层中被撑开的裂缝向四周发展，与此同时，在水中加入筛过的沙子，把它当作支撑剂，送进煤层中被撑开的裂缝里，当压裂结束，压裂用水返排后沙子仍然留在煤层中支撑开的裂缝中。
水力压裂造成瓦斯流动的通道从钻孔底部向四周延伸到一百多米远的地方。
使煤层的钻孔排放瓦斯范围扩大，因而瓦斯涌出量也增加。
煤层内天然裂缝对水力压裂是有影响的。
主要的天然裂缝是垂直于煤层层面的。
井下实际观察资料表明，水力压裂所造成的裂缝多数是垂直于煤层层面，其方向与重要的天然裂缝平行，偏差不过10°。
它们常常与次裂缝的方向垂直。
但是在335.28m深的钻井内，压裂的压力超过地层的垂直覆盖的压力时，也可以在，煤层内造成平行于煤层层面的水平裂缝。
煤层与顶、底板岩层的接触面对压裂的裂缝也会有影响，对压裂孔作井下实地观测表明压裂形成的裂缝通常是在煤层内，或者是沿煤层与顶、底板接触面而发展，也不垂直进入岩层，这可能是因为接触面的机械强度比较弱，阻力比较小。
在美国依州六号煤层内，为了增加压裂液携带沙子的能力，使用轻型胶液作为压裂液在煤层形成的压裂裂缝最长达126.8m。
压裂使用泡沫做压裂液，携带沙子，也能得到比较长的压裂裂缝。
相距152m、305m的钻孔在压裂中沟通，证明泡沫压裂能造成比较长的裂缝。
压裂压力与煤层所受地压力之差值影响压裂裂缝的宽度，差值越大，宽度越大，反之则相反。
压裂液的流量与它的黏度对裂缝的宽度也有影响，用黏性较大的胶液，压裂流量为1.59m3/min时产生的裂缝有63.5mm宽；用黏性小的压裂液时，同样的压裂流量，产生的裂缝宽度只有3.2~9.5mm。
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2.4 煤层水力压裂技术
2.4.1 水力压裂技术的机理
水力压裂是在石油天然气工业中成熟的，用以提高油、气井生产能力的技术。
在美国已经把它应用到好几个煤田的瓦斯排放工作中（杜尔，1989）。
它的基本原理是：选定压裂的煤层后在地面上用泵产生高压水流，从钻孔进入煤层，把煤层中原有的裂缝撑开，继续压入水流，使煤层中被撑开的裂缝向四周发展，与此同时，在水中加入筛过的沙子，把它当作支撑剂，送进煤层中被撑开的裂缝里，当压裂结束，压裂用水返排后沙子仍然留在煤层中支撑开的裂缝中。
水力压裂造成瓦斯流动的通道从钻孔底部向四周延伸到一百多米远的地方。
使煤层的钻孔排放瓦斯范围扩大，因而瓦斯涌出量也增加。
煤层内天然裂缝对水力压裂是有影响的。
主要的天然裂缝是垂直于煤层层面的。
井下实际观察资料表明，水力压裂所造成的裂缝多数是垂直于煤层层面，其方向与重要的天然裂缝平行，偏差不过10°。
它们常常与次裂缝的方向垂直。
但是在335.28m深的钻井内，压裂的压力超过地层的垂直覆盖的压力时，也可以在，煤层内造成平行于煤层层面的水平裂缝。
煤层与顶、底板岩层的接触面对压裂的裂缝也会有影响，对压裂孔作井下实地观测表明压裂形成的裂缝通常是在煤层内，或者是沿煤层与顶、底板接触面而发展，也不垂直进入岩层，这可能是因为接触面的机械强度比较弱，阻力比较小。
在美国依州六号煤层内，为了增加压裂液携带沙子的能力，使用轻型胶液作为压裂液在煤层形成的压裂裂缝最长达126.8m。
压裂使用泡沫做压裂液，携带沙子，也能得到比较长的压裂裂缝。
相距152m、305m的钻孔在压裂中沟通，证明泡沫压裂能造成比较长的裂缝。
压裂压力与煤层所受地压力之差值影响压裂裂缝的宽度，差值越大，宽度越大，反之则相反。
压裂液的流量与它的黏度对裂缝的宽度也有影响，用黏性较大的胶液，压裂流量为1.59m3/min时产生的裂缝有63.5mm宽；用黏性小的压裂液时，同样的压裂流量，产生的裂缝宽度只有3.2~9.5mm。
用黏性大的胶液再加一些防止流失的附加剂作为压裂液时，虽然压裂流量只有1.23m3/min，也能造成127mm宽的裂缝。
显然，压裂液的黏度比压裂液注入的速度对裂缝宽度的影响更为重要。
压裂中使用的沙子是用以支撑压裂所造成的裂缝。
10~40目的沙子是标准支撑材料。
在煤层内沙子的理想分布应是均匀地分布在裂缝中各个部分。
但当压裂结束后，压裂用水返回时，会将部分沙子携带到钻孔底部，形成回流现象。
压裂刚完时，煤层内压力大，压裂液回流速度大，携带沙子的能力强，回流的沙子也多。
水、胶状水及泡沫式常用的几种压裂液，它们各有优缺点。
胶状水已经在21次压裂中使用过。
它是水与植物胶的混合物，用它携带沙子及减少水分流失。
泡沫压裂液是水、氮气、泡沫剂及沙子的混合物。
它比胶状水有好些有点，它可以减少压裂液在煤层
内的流失，也使“砂堵”减少。
操作也很干净，一天之内压裂液都会大部分从煤层流出来，它使用水量要比胶状水压裂少60%~80%。
美国还曾使用过氮气作为压裂液体，在玛丽李煤层从一个335.28m钻孔进行过实验，效果也不好，瓦斯出得很少。
2.4.2 水力压裂的试验效果
在美国，60多次的水力压裂中，有12次已经在井下看到它的效果。
1、波卡洪达斯三号煤层
在西弗吉尼亚州的这个煤层打了5个φ22.86cm直径的钻孔，其中一个孔采用水力压裂，压裂前瓦斯量为23.5m3/d，压裂后14个月期间，瓦斯量达到152.63m3/d的平均值。
由于波卡洪达斯三号煤层的透气性很小，即使进行压裂以后瓦斯量仍不大。
2、匹兹堡煤层
在四个地区向这个煤层打了21个垂直钻孔，四个钻孔都用胶状水加沙子作水力压裂。
压裂前，4个孔的瓦斯量在300~192.6m3/d之间，压裂后瓦斯量上升到0.012~0.0175km3/d之间。
在考察期间4个钻孔总共排出瓦斯1.2Mm3左右。
为考察压裂效果，在这个矿打了另外一个182m深的钻孔，压入27.6m3胶状水及1589kg沙子。
在井下生产见到沙子填充的裂隙：沿主裂缝方向发展的压裂裂缝的宽度是 3.2~12.7mm，长度是6.1m，沿此裂缝方向，它们宽12.7~63.5mm，长10.7m。
3、哈山煤层
在阿州豪也煤矿有50个垂直抽放钻孔打进这个煤层，五个钻孔中有三个出瓦斯，平均瓦斯量在23.22~169.9m3/d之间。
一个孔作了水力压裂，用胶状水作为压裂液，压裂后钻孔瓦斯量最高达232.2m3/d，平均为62.30m3/d。
在37个月期间，共排出瓦斯0.29Mm3。
4、城门三号煤层
犹他州有4个垂直钻孔打进这个煤层，钻孔瓦斯平均在2.83m3 /d以下，有一个钻孔用胶状水进行加砂压裂，压裂后瓦斯量上升到36.8m3/d，七个月时间平均瓦斯量为24.07m3/d。
在11个月中，4个钻孔共排出瓦斯0.007Mm3。
抽出瓦斯量少是因为煤层瓦斯含量小，透气性低和地下水的综合缘故。
在煤层开采过程中，通过对压裂情况进行实地考察发现，大部分压裂所造成的裂缝是垂直的，在煤层之内，垂直的裂缝深入到顶板岩层及煤层顶板接触处的水平裂缝，也都是可以见到的，但是到目前为止还没有发现它们对于顶板的稳定性有什么明显的影响。
通过美国所进行的大量试验来看，水力压裂技术对于埋藏深、瓦斯大的煤层能够取得较好的结果。
在美国的匹兹堡及玛丽里煤层，压裂钻孔的瓦斯流量能超过2.83Mm3/d。
但对于瓦斯含量少，透气性低的煤层，这项技术的应用就很不成功。
操作中的错误也会使瓦斯流量减小，要想油井一样的施工和维护，才能从这些钻孔获得较高的瓦斯流出量
（余申翰，1990）。
由于中国的绝大多数煤层属于低渗透煤层，采用水力压裂技术提高煤层气开采的效果不明显。
1998~1999年间，美国德士古公司在桃园矿、祁南矿、和孙磕矿施工了三口煤层气评价井，在三口井的评价基础上，选择在桃园矿南部气田施工5口煤气先导试验生产井组，后又追加2口井进行压裂排采。
因单井产量低，不具有商业开采价值，美国德士古公司于2002年终止了合同。
压裂井未能商业开发的主要原因是由于淮北矿区构造运动剧烈，煤层原生结构破坏严重，抽采目标煤层渗透性较差。
因此，尽管淮北地区煤层气资源丰富，具有良好的煤层气开发前景，但必须在解决低渗透煤层的煤层气开采技术后，才具有开采价值（吴建国，2005）。