K1煤层水力压力技术在增产中的应用供参习.docVIP

K1煤层水力压裂技术在增产中的应用 董国福，黄 松，钟定云 （重庆能源集团松藻煤电有限责任公司同华煤矿，重庆 綦江 401442） 摘要：通过水力压裂增透技术在低透气性K1煤层的应用，增加煤层透气性，提高单孔瓦斯抽采浓度和流量，减少防突施工对掘进影响时间，日抽采量增加120%以上、日掘进单进增加80%以上，从而达到增产的目的。 关键词：水力压裂 增透 日抽采量 日掘进单进 增产 1前言 同华煤矿井田属上二叠统龙潭组，含煤11层，开采K1、K3b煤层，煤层倾角23 o～27o，埋藏深度343m～428m；K1煤层厚度0.55m～1.2m，平均厚度0.7m，属一般性突出煤层，作为下保护层首先开采，煤层原始瓦斯含量16.5814m3/t、瓦斯压力1～3Mpa、煤层透气性系数D=0.08～0.15m2/Mpa2.d、普氏硬度系数f=0.5～2；K3b煤层为强突出煤层，作为被保护层开采。 随着矿井向深部水平延伸开采，煤层埋藏深度加深，矿山压力、地应力、瓦斯压力越来越大，瓦斯含量也逐渐增加，发生煤与瓦斯突出事故机率与强度也随之增强，瓦斯治理难度也越来越难。瓦斯抽采严重制约K1煤层石门揭煤及其工作面掘进，从而造成“三超前”部署脱节。为此，我矿2011年引进了高压水力压裂增透技术，对K1煤层掘进条带进行高压水力压裂增透试验取得一定成效，并在2012年全面推广该项技术应用于K1煤层石门揭煤及掘进条带，大大缩短K1煤层石门揭煤及巷道掘进时间，瓦斯抽采量及掘进单进均大幅度增加，杜绝瓦斯事故发生，确保矿井安全生产。 2 压裂增透原理及系统组成 2.1 压裂增透原理 井下水力定向压裂增透技术基本原理是借助高压水流对煤层渗透作用，通过气、固、液多相多场耦合，使弱面发生张开、扩展和延伸形成裂隙，一方面原生孔裂隙的张开和扩展，增加了煤体孔隙率，另一方面原生孔裂隙的延伸增加了裂隙之间的连通，从而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，致使煤层渗透率大大提高，煤体实现整体均匀卸压，吸附瓦斯快速解析，从而增加瓦斯抽采量。 2.2 压裂系统组成 水力压裂系统由供电系统、供水系统、压裂系统三部分组成，其中压裂系统由注水泵、水箱、远方控制箱、监控系统、钻孔孔内压裂管、高压连接胶管及相关装置连接接头等组成，核心设备选用南京六合煤机厂生产的BZW56/200型高压煤层注水泵提供系统压力，如图1、图2所示。 图1 压裂系统示意图 图2 BZW56/200型高压煤层注水泵现场安装图 3 压裂增透关键技术 3.1 高压水力压裂钻孔布置 压裂钻孔布置在K1煤层底板茅口巷灰岩浅钻场，岩柱10m以上，压裂半径≤100m，控制预处理整个区域。如图3所示。 图3 压裂钻孔剖面图 3.2 高压水力压裂封孔 3.2.1 封孔材料 钻孔内压裂管采用重庆迈尔公司生产的无缝高压钢管。孔底端为1根2m长、内径25mm、外径42mm、螺纹连接且分布直径为12mm筛孔的筛管；筛管下方通过螺纹连接直管，连接直管长度为1.6m/根，壁厚为8.5mm，连接直管通过一根变径管连接1.6m×25mm×13mm孔口连接管，孔口连接管下端安装有孔口连接底座。底座一端连接孔口连接管，一端带一个内径25mm的快速接头。孔口连接座上的快速接头连接高压钢编管即可，为确保封孔过程中钢管不从孔内向下滑，还需在孔口最后一根钢管外露段加工支撑块。孔内连接管如图4所示，封孔示意如图6所示。 注浆管为φ16mm阻燃胶管，孔内密封材料为水泥浆，水泥浆按照水泥：白水泥：膨胀剂：水=56:16:7:30的比例进行配置,并需迅速搅拌均匀,严禁将大颗粒送入封孔泵内。 图4 孔内压裂管总成 图5 BFK-15/2.4型高压封孔泵 3.2.2 封孔工艺 压裂钻孔施工成功后，用Φ91mm钻头扩孔至K1煤层底板，并用常压水清洗钻孔。 压裂管采用钻机送入，直接送入压裂钻孔孔底，压裂管孔内连接顺序为：筛管→连接直管→变径管→孔口连接管。筛管下部50～100mm段使用纱布将筛孔蒙住，以防止水泥砂浆进入压裂管造成堵塞。筛管与第一根连接管连接处，使用12#铁丝将棉纱缠绕于钢管上，棉纱缠绕长度为20cm左右，棉纱缠绕厚度以缠绕后该部分刚好能通过Φ91mm钻孔为宜，且保证在将压裂管送入孔底过程中棉纱不下滑。此处棉纱起到封堵水泥砂浆及过滤水的作用。 注浆管采用φ16mm胶管，筛管以下2m与孔内直管一同捆扎同时送入钻孔内。将压裂管及注浆管都送达指定位置后，再将他们一齐后退2m，然后将最后一根压裂连接直管与注浆管使用棉纱缠绕在一起，然后使用马丽散浇灌在棉纱上，马丽散必须混合均匀，且充分浇