义煤集团水力压裂实施方案

义煤集团公司矿井水力压裂技术

实施方案

义煤集团公司

二00 九年五月八日

义煤集团公司水力压裂技术实施方案

义煤集团公司现有5 对突出矿井，主要煤层二1 煤赋存极不稳定，全层未构造煤，透气性差，煤质松软，打钻成孔困难，预抽效果差，瓦斯治理难度大、治理任务困难。

中部义马煤田的5 对矿井为集团公司骨干矿井，主采煤层为侏罗纪长焰煤，煤质硬脆，厚度大，其顶板为巨厚砾岩层，随着开采深度增加，矿井冲击地压危急性增大，且属于简洁自燃发火煤层，煤层自然发火期15—30 天，最短7 天。

定向高压水力压裂技术在煤矿中的尝试应用，取得了初步的成效。为进一步提高突出矿井瓦斯抽采效果，搞好煤与瓦斯突出防治工作；利用水力压裂技术为中部矿井的冲击地压防治增加的技术手段和开拓的预防途径；在防治煤层自燃发火和综合防尘方面，也会带来明显的效果。为加快井下水力压裂技术的推广范围和扩大应用力度，

使水力压裂技术在义煤集团全面推动，特制定本实施方案。

一、水力压裂技术机理简介

井下压裂的根本原理与地面煤层气井压裂一样，马上压裂液高压注入煤〔或岩〕体中原有的和压裂后消灭的裂缝内，抑制最小主应力和煤岩体的裂开压力，扩宽并伸展和沟通这些裂缝，进而在煤中产生更多的次生裂隙，从而增加煤层的透气性以便于进展瓦斯气体的抽

放；在高压水的作用下，利用人造裂缝与裂隙的通道进展煤体的潮湿，从而到达软化煤体、进展煤体卸压的目的。

压裂液具有不行压缩性，其在煤层中的流淌压裂过程是有确定挨次的，即由张开度比较大的层理或切割裂隙等一级弱面开头，而后是二级裂隙弱面，依次下去，直到煤层的原生微裂隙；压裂液的压裂分解作用是通过水在裂隙弱面内对壁面产生内压作用下，导致裂隙弱面发生扩展、延长以至相互之间发生联接贯穿，形成了相互交织的贯穿裂隙网络，从而到达了提高煤层渗透率，增加钻孔瓦斯抽出率的目的。见压裂裂缝网络示意图1

图1 压裂裂缝网络示意图

压裂设备系统主要由压裂泵、混砂装置、水箱、指挥舱、高压管路、实时监测记录系统等组成。

压裂设备系统主要由压裂泵、混砂装置、水箱、指挥舱、高压管

路、实时监测记录系统等组成。见压裂设备连接流程示意图2 和压裂系统布置示意图3

避灾指挥舱

储液罐

支撑剂混砂装置添加剂

压

裂

泵

组

压裂孔

图2 压裂设备连接流程示意图

图 3 压裂系统布置示意图

二、河南省井下水力压裂技术试验状况

1、河南省煤层气开发利用试验状况

该公司针对省突出煤层极难抽采的状况进展了区域瓦斯治理研 究工作，借鉴地面油气井压裂施工阅历，对煤层的物性特征和煤矿井下压裂前后煤体应力状态进展分析争论，把增透消突作为争论目标， 提高抽采率和缩短预抽时间作为争论重点，系统进展煤矿井下定向压裂增透消突成套技术争论。2023 年 10 月以来在平煤集团、鹤煤集团和郑煤集团等矿区进展屡次工业性试验，试验说明：在改善松软煤层的透气性、延长有效抽采时间、提高瓦斯抽采量、消退煤与瓦斯突出和冲击地压危急性、采掘过程中的粉尘防治、阻挡煤层自然发火等方 面取得了确定效果。

2、义煤集团义矿水力压裂技术初步试验状况

水管

连接收

压力表

水表 专用封孔器

水 箱

卸压阀 注 水 泵

高压管线

3 月20 日—

4 月6 日省煤层气公司、瓦斯争论所和义矿联合在11041 工作面轨道运输顺槽进展水力压裂试验，初步试验状况如下：于3 月20 日开头施工两个压裂钻孔(7#﹑9#)和一个观看孔，孔径φ70mm，压裂孔孔深22.2m 和26m，封孔深度20m，封孔器长度10m，3 月23 日正式开头压裂，压裂过程中从小到大，最大注水压力25Mpa, 最大注水流量0.37m3/min。压裂完毕后,于3 月26 日施工了7 个抽放孔对压裂效果进展检验。

压裂试验效果分析：

1）压裂后现场状况

压裂后，现场压裂缝沿巷道掘进方向向上延长15m，向下延长20m，裂缝宽度最大宽达20mm，平均宽度10mm 左右，压裂孔所在的巷帮消灭裂开，岩体外移30mm。

2）压裂后抽放参数分析

1#、2#、3#孔在9#压裂孔影响范围内，4#、5#、6#孔在7#压裂孔影响范围内，8#孔在压裂影响范围之外。从3 月30 日到4 月6 日21 小班统计共抽瓦斯5435.341m3，抽放参数如下表：

孔号平均浓度〔%〕平均瓦斯纯量〔m3/min〕抽放量(m3)平均负压〔kpa〕

1 14.73 0.376 3765.066 35.5

2 1.52 0.034

3 419.31

4 35.5

3 2.2

4 0.1 1011.128 35.9

4 0.377 0.00742 80.647 36

5 0.29 0.0057 75.685 36

6 0.24 0.00509 51.403 36.5

8 0.174 0.00318 32.098 37.4

通过压裂，煤层的透气性得到增大，单孔抽放浓度、抽放量大幅

度提高，单孔平均抽放量增加13—117 倍，平均增加87 倍。如：1#

孔单孔抽放量达3765.066m3，是压裂区外8#孔抽放量的近117 倍；

2#孔抽放量约为8#孔的13.1 倍，说明压裂试验预期效果明显。

三、水力压裂技术实施方案

依据集团公司安、义马煤田的不同治理重点、不同矿井及不同矿井不同区域的特点，结合矿井采掘部署的实际状况，表达以点带面、点面

结合、稳步实施、总体推动的思路，集团公司水力压裂技术实施分三个阶段：

第一阶段：选点试验阶段，时间为2023年5---8月

1、集团公司、矿井制定水力压裂技术实施方案。

2、在防突出、防瓦斯方面义、孟津矿为试点矿；在冲击地压防

治方面千秋、跃进矿为水力压裂技术实点矿。

3、宣传、发动，提高矿井对水力压裂技术重要性的生疏。

4、由集团公司组织召开三次现场阅历沟通会，可聘请院校、省

煤层气公司专家参与，分别在义、千秋、孟津矿召开，总结试验结果，查找存在问题，相互学习、沟通。

5、水力压裂技术争论立项为2023 年重点科研工程。

其次阶段：稳步推动阶段，时间为2023 年9---12 月