水力割缝(压裂)增透试验效果

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2012 年第 8 期
李
朝： 水力割缝（ 压裂） 增透试验效果分析
总第 200 期
（ 3 ） 将装有喷嘴的水力割缝喷头安装在高压水 射流钻杆的前端， 用钻机带动钻杆将喷头送至孔底 。 在孔口处安装钻孔防喷装置， 使其排渣端向下， 保证 ， 排渣顺畅 并将防喷装置抽放端接入瓦斯抽采系统 。 （ 4 ） 将高压水力泵站 高 压 排 出 端 通 过 高 压 胶 管、 回转式高压旋转接头与钻杆连接 。 （ 5 ） 将高压水泵溢流阀 （ 调压阀 ） 调至最大， 以 便高压水泵开启时排液端的压力最小 。然后开启钻 机， 使钻杆以最低转速旋转。 （ 6 ） 开启高压水力泵站系统的电源， 慢慢调节 调压阀使射流系统压力逐渐上升， 待压力上升至预 利用高压喷头上所安装喷嘴产 定压力（ 25 MPa） 后， 生的高压旋转水射流对钻孔壁的煤体进行旋转切 割。割缝过程中， 利用钻机带动钻杆旋转的同时， 还 要使钻杆在钻孔内缓慢往复运动， 通过改变钻孔内 高压水射流钻杆的长度来控制钻孔割缝段的范围 ， 直到穿层钻孔的整个煤层段全部完成割缝作业 3. 2 水力压裂
［6 ］
3 分别上升到 15. 8% 和 26. 9 m ， 抽采纯量增加了 后， 31. 2 倍。
图2
试验考察曲线割缝过程中， 在孔口处安装钻孔防喷装置， 以有效防止喷孔造成的瓦斯超限 。 （ 2 ） 在采取水力割缝和水力压裂措施后， 抽采 瓦斯浓度和瓦斯流量均比试验前有大幅度的提高 。 采用水力割缝压裂技术后， 瓦斯浓度提高 5. 50 倍， 抽采纯量可提高 1. 75 ～ 4. 00 倍； 采用水力压裂技术 抽采纯量可提高 31. 2 倍。 后瓦斯浓度提高 39. 5 倍， 参考文献：
收稿日期： 2012 － 05 － 08 作者简介： 李 2006 年毕业 朝（ 1980 —） ， 男， 江苏铜山人， 工程师， 于河南理工大学， 现从事瓦斯现场研究管理工作 。
图1
钻孔布置示意
3. 1
高压旋转水射流割缝 （ 1 ） 钻孔完成后， 用清水冲洗钻孔， 确保高压旋
转水射流割缝过程中带有煤渣的回水有畅通的排泄 通道。 （ 2 ） 在钻孔的开孔段下入长 15 m、 108 mm、 后部带有三通和法兰的无缝钢管， 并在钢管和孔壁 间注入水泥砂浆， 使钢管与孔壁紧密结合。
2012 年第 8 期
中州煤炭
总第 200 期
水力割缝 （ 压裂 ） 增透试验效果分析
李 朝
（ 淮南矿业集团有限公司， 安徽 淮南 232001 ） 摘要： 为了提高煤层透气性， 增加抽采量， 缩短抽采时间， 减轻对采掘接替压力的影响， 在底板穿层钻孔中采 取增透技术， 先对穿层钻孔的煤层段进行水力割缝， 再对割缝后的钻孔进行水力压裂 。结果表明， 该技术效 达到了预期目的。 果明显， 关键词： 增透工艺； 煤层透气性； 水力割缝（ 压裂） 中图分类号： TD712． 6 文献标志码： B 文章编号： 1003 － 0506 （ 2012 ） 08 － 0026 － 02
3 P c ＜ 0. 74 MPa、 2煤 残余瓦斯含量 W c ＜ 8 m / t。11层瓦斯压力为 1. 36 MPa， 煤层透气性系数 0. 007 3
在每组钻孔的试验过程中， 首先施工各考察钻 孔， 待考察钻孔施工完成后， 下入 50 mm 的封孔 管， 并用聚氨酯或水泥砂浆封孔， 每个钻孔均安设阀 门。在所 有 考 察 钻 孔 封 孔 完 成 后， 开始施工割缝 （ 压裂） 试验钻孔。割缝（ 压裂） 试验钻孔前 15 m 的 开孔段孔径为 133 mm， 后段用 113 mm 的钻头钻 并将整个钻孔打至煤层顶板以上 0. 5 m 处。 钻 进， 孔施工完毕后， 在孔口段下入108 mm 的无缝钢管 15 m 作为套管， 并在钢管与钻孔之间的环形缝隙内 注入水泥砂浆， 使套管与钻孔壁紧密结合， 套管外部 并将其连入矿井瓦斯抽采系统， 连接钻孔防喷装置， 以防止割缝期间发生喷孔时大量的瓦斯进入巷道 ， 造成瓦斯超限。钻孔布置如图 1 所示。
d） ， m2 / （ MPa2· 透气性差， 预抽率 η 达到 35% 的时 间长， 在采场接替紧张的情况下， 必须选择增透技 提高煤层透气性， 增加抽采量， 缩短抽采时间。 术， 2 运输大巷进行水力割缝（ 压裂） 增 为此， 在西一 11透试验
［13 ］
。
2
水力割缝（ 压裂） 试验装备
2 运输大巷标高 － 880 m， 西一 11在巷道内向 2 煤层穿层钻孔后， 上施工 11采用高压水射流对穿 层钻孔的煤层段进行水力割缝， 再对割缝后的钻孔 ， 20 进行水力压裂 共布置钻孔 组， 施工钻孔 102 个， 其中水力割缝（ 压裂） 试验钻孔 20 个， 考察钻孔 （ 兼 作为水力压裂控制钻孔） 82 个。 水力割缝及压裂的设备由 RBW400 /31. 5 型高 压泵、 高压旋转接头 （ 耐压 50 MPa ） 、 高压水射流钻 杆（ 耐压 50 MPa） 、 高压水射流喷头和喷嘴、 高压胶 ［45 ］ 。 管、 封孔管和高压接头等辅助设施等组成
1
问题提出
3
水力割缝（ 压裂） 工艺流程
丁集煤矿属于煤与瓦斯突出矿井， 绝对涌出量 3 3 93. 17 m / min， 相对涌出量 13. 1 m / t， 立井开拓， 中 2煤 央并列式通风， 水平标高 － 826 m。 主采的 11层结构较简单， 顶板为砂质泥岩， 为关键保护层。开 采时， 采取底板穿层钻孔区域预抽措施 ， 并对消突效 果进行评价， 即瓦斯预抽率 η ≥35 % 、 残余瓦斯压力
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