xxx礦Ⅱ10310底抽巷水力壓裂實(shí)施

1、xxx煤礦10310底抽巷水力壓裂增透實(shí)施方案xxx煤礦2014年9月xxx煤礦10310底抽巷水力壓裂增透實(shí)施方案為進(jìn)一步提升抽放效果，實(shí)現(xiàn)抽放最大化，朱仙莊煤礦擬在10310底抽巷9#鉆場(chǎng)內(nèi)實(shí)施“高壓水力壓裂技術(shù)”。以期達(dá)到“增透、卸壓、消突”的作用，從而真正實(shí)現(xiàn)快速達(dá)標(biāo)、經(jīng)濟(jì)防突的目的。一、組織保障措施為確保水力壓裂工作安全順利進(jìn)行，礦成立水力壓裂領(lǐng)導(dǎo)小組。組長(zhǎng)： 副組長(zhǎng)： 成員：小組成員職責(zé)組長(zhǎng)：負(fù)責(zé)水力壓裂工作的總體實(shí)施安排；壓裂進(jìn)行前，由總工程師組織所有相關(guān)人員召開水力壓裂實(shí)施專題會(huì)，對(duì)壓裂工作進(jìn)行統(tǒng)一安排。副組長(zhǎng)：協(xié)助組長(zhǎng)進(jìn)行水力壓裂各項(xiàng)工作實(shí)施安排。瓦斯辦：負(fù)責(zé)編制水力壓裂實(shí)施

2、方案，考察收集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)水力壓裂各項(xiàng)工作進(jìn)行日常監(jiān)督協(xié)調(diào)。技術(shù)科:負(fù)責(zé)安排隊(duì)伍對(duì)壓裂地點(diǎn)巷道圍巖進(jìn)行噴注漿加固。防突區(qū)：負(fù)責(zé)按照設(shè)計(jì)施工水力壓裂鉆孔，并編制專項(xiàng)鉆孔施工安全技術(shù)措施。機(jī)電科：負(fù)責(zé)監(jiān)督落實(shí)機(jī)電設(shè)備管理等要求。保運(yùn)二區(qū)：負(fù)責(zé)水力壓裂設(shè)備井下安裝及調(diào)試工作，水力壓裂期間每班安排專人負(fù)責(zé)水力壓裂以及高壓管路維護(hù)。安監(jiān)處：負(fù)責(zé)監(jiān)督本措施落實(shí)情況。掘進(jìn)二區(qū)：負(fù)責(zé)按照設(shè)計(jì)要求加固壓裂地點(diǎn)的巷道圍巖；負(fù)責(zé)在水力壓裂打鉆地點(diǎn)施工一個(gè)水漾子及排水管路的鋪設(shè)。二、試驗(yàn)地點(diǎn)基本概況1、試驗(yàn)地點(diǎn)概況10310底板抽排巷撥門施工位置位于礦井3采區(qū)837瓦斯抽排巷內(nèi)，巷道設(shè)計(jì)全長(zhǎng)415.48m（平）,從8

3、37瓦抽巷L(fēng)15點(diǎn)后9米處撥門按327°5323方位施工97.82m（平），再按309°1359方位施工251.18m（平），最后再按275°87施工66.48m(平)與水平軌道大巷貫通。10310底抽巷設(shè)計(jì)為半圓拱形斷面，斷面尺寸為4.2×3.5m，設(shè)計(jì)支護(hù)形式采用一次錨網(wǎng)噴支護(hù)，過斷層、近煤層掘進(jìn)、近一灰等特殊地段采用架棚+噴漿復(fù)合支護(hù)。目前該巷道已掘進(jìn)300m，并按照設(shè)計(jì)施工了10個(gè)巷幫鉆場(chǎng)，鉆場(chǎng)分布于巷道兩幫，間距15m。巷道下幫鉆場(chǎng)負(fù)責(zé)施工機(jī)巷條帶孔，鉆孔控制范圍為上下15m；上幫鉆場(chǎng)負(fù)責(zé)施工工作面內(nèi)部鉆孔。鉆孔間排距均按5×5m布置

4、。目前2#、3#、4#鉆場(chǎng)的穿層鉆孔已施工結(jié)束，正在施工5#、6#鉆場(chǎng)的穿層鉆孔。2、水力壓裂地點(diǎn)煤層頂?shù)装迩闆r10310底板抽排巷位于10煤層下1044m，標(biāo)高-716.8m，施工巖性以砂巖、砂質(zhì)泥巖為主，局部段在泥巖中施工。根據(jù)現(xiàn)有地質(zhì)資料來看，煤巖層傾向?yàn)?5°55°，傾角為22°28°，沿巷傾角4°21°。10煤老頂為中、細(xì)粒砂巖，厚度2.04.0m；直接頂為層厚不穩(wěn)定的深灰色泥巖，厚度1.02.0m。老底為細(xì)砂巖，厚度6.012.0m；直接底為深灰色砂質(zhì)泥巖，厚度1.03.0m。附圖1：10310底抽巷綜合柱狀圖。10310

5、底抽巷綜合柱狀圖 3、瓦斯地質(zhì)情況十層煤為穩(wěn)定煤層,宏觀煤巖類型以半亮煤為主，亮煤次之，油脂光澤，塊狀、鱗片狀等構(gòu)造。平均煤厚2.5m，煤層傾角21°35°。根據(jù)實(shí)測(cè)情況，原始瓦斯含量5.61m3/t，瓦斯壓力1.1MPa。Mad:2.32，Aad:7.83,Ad:8.02。4、通風(fēng)情況根據(jù)掘進(jìn)施工設(shè)計(jì)要求，將10310底抽巷局部通風(fēng)機(jī)安裝在二水平大巷內(nèi)，采用兩臺(tái)2×30KW對(duì)旋局扇單路直徑600mm風(fēng)筒供風(fēng)，一臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)一臺(tái)備用，局扇供電實(shí)行 “三專三閉鎖”。通風(fēng)路線如下：底抽巷進(jìn)風(fēng)：地面副井一采軌道大巷二水平副暗斜井二水平軌道大巷二水平大巷局部通風(fēng)機(jī)838進(jìn)架聯(lián)巷

6、掘進(jìn)工作面。底抽巷回風(fēng)：掘進(jìn)工作面837瓦斯抽排巷回風(fēng)聯(lián)巷3回風(fēng)上山3回風(fēng)平巷水平總回風(fēng)上山南二回風(fēng)井地面。掘進(jìn)工作面進(jìn)風(fēng)直接取自二水平大巷局扇，回風(fēng)自回風(fēng)聯(lián)巷進(jìn)入3回風(fēng)上山，無串聯(lián)通風(fēng)，具有獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)，符合供風(fēng)要求。5、抽采系統(tǒng)10310底抽巷預(yù)抽鉆孔并入南二地面永久抽采系統(tǒng)。瓦斯抽放管徑設(shè)計(jì)為200mm，孔口抽放負(fù)壓不小于-13kPa，為保證抽采瓦斯參數(shù)的準(zhǔn)確性，利用礦KJ90NB監(jiān)控系統(tǒng)子系統(tǒng)對(duì)抽采瓦斯量進(jìn)行監(jiān)控和統(tǒng)計(jì)，即在抽放管路上安裝V錐流量計(jì)，并在V錐旁路安設(shè)孔板流量計(jì)。每周對(duì)V錐進(jìn)行比對(duì)調(diào)校，確保計(jì)量準(zhǔn)確。6、巷道加固方案為防止壓裂時(shí)圍巖裂隙漏水，水力壓裂地點(diǎn)及其前后30m范

7、圍進(jìn)行噴注漿加固。二、水力壓裂設(shè)備選型安裝及相關(guān)設(shè)備材料1、壓裂泵選型水力壓裂設(shè)備選型為南京六合煤礦機(jī)械公司生產(chǎn)的BRW200/31.5型乳化液泵，額定壓力31.5MPa，額定流量200L/min。2、相關(guān)設(shè)備材料高壓水力壓裂系統(tǒng)由壓力表、高壓管及相關(guān)裝置連接接頭等組成。表1 水力壓裂設(shè)備、材料明細(xì)序號(hào)用途設(shè)備名稱規(guī)格型號(hào)備注1鉆井設(shè)備礦用鉆機(jī)ZDY-3200S2鉆頭3鉆桿73.5*100060m4封孔 設(shè)備高壓封孔管25*8mm厚壁管5膨脹封孔劑宿州金鼎6聚氨酯宿州金鼎7注漿泵8壓裂 設(shè)備高壓管接頭25mm9高壓膠管25mm3、高壓系統(tǒng)安裝水力壓裂泵安設(shè)在底大巷內(nèi)，井下供水管連接至乳化液箱進(jìn)

8、水口，通過壓裂泵加壓后，用25mm高壓膠管，連接到壓裂鉆孔的無縫鋼管上，將高壓水流輸送至鉆孔內(nèi)，壓裂孔孔口處的高壓封孔管上必須安設(shè)高壓閘門、泄壓閥等。三、水力壓裂實(shí)施方案1、水力壓裂原理水力壓裂技術(shù)主要機(jī)理：即將壓裂介質(zhì)高壓注入煤體中原有的和壓裂后出現(xiàn)的裂縫內(nèi)，克服最小主應(yīng)力和煤巖體的破裂壓力，擴(kuò)寬并伸展和溝通這些裂縫，進(jìn)而在煤中產(chǎn)生更多的次生裂隙，從而增加煤層的透氣性，以便于進(jìn)行瓦斯氣體的抽放。同時(shí)高壓水進(jìn)入煤層微裂隙，置換部分煤層吸附瓦斯。2、水力壓裂工藝流程、水力壓裂工作工藝流程壓裂設(shè)備安裝壓裂鉆孔設(shè)計(jì)與施工測(cè)定煤層原始瓦斯含量及水分壓裂鉆孔封孔水力壓裂壓裂效果檢驗(yàn)施工抽采鉆孔數(shù)據(jù)分析、

9、各工序工作標(biāo)準(zhǔn)及要求壓裂設(shè)備安裝保運(yùn)二區(qū)根據(jù)設(shè)計(jì)要求安裝乳化泵、高壓水管路系統(tǒng)，負(fù)責(zé)乳化泵調(diào)試、維修及水力壓裂期間的操作。所有系統(tǒng)安裝、調(diào)試完成，經(jīng)機(jī)電科驗(yàn)收合格后，方可開始水力壓裂。壓裂鉆孔設(shè)計(jì)與施工由于10310機(jī)巷條帶孔存在部分下向孔，為便于抽采效果考察及不影響正在施工的5#、6#鉆場(chǎng)穿層鉆孔，計(jì)劃在9#鉆場(chǎng)實(shí)施水力壓裂。根據(jù)技術(shù)科設(shè)計(jì)的鉆場(chǎng)注漿方案，首先進(jìn)行淺孔圍巖預(yù)注漿，采用注漿泵注水泥漿液，水泥漿按水灰比0.90.75:1進(jìn)行配比，封堵鉆場(chǎng)周圍裂隙，注漿壓力為24MPa。壓裂鉆孔施工前，先按設(shè)計(jì)參數(shù)采用94mm鉆頭施工鉆孔，鉆進(jìn)至距待測(cè)煤層2米時(shí)停鉆，撤出鉆桿。改用133mm鉆頭擴(kuò)

10、孔至孔底，撤出鉆桿，自孔口下108mm套管6m。鉆孔施工完畢，進(jìn)行全孔注漿封堵周邊裂隙。采用多次加壓方式注漿（最少不低于兩次），第一次注漿，注漿壓力不小于2MPa，間隔兩小時(shí)左右，加注第二次，依次加壓注漿，待泵壓穩(wěn)定在6MPa以上注漿結(jié)束。水泥漿按水灰比0.90.75:1進(jìn)行配比。待水泥漿凝固24h后，用孔徑94mm的鉆頭沿原孔中心施工至距頂板0.5m時(shí)即可起鉆，不穿過10煤層。起鉆前使用壓風(fēng)將鉆孔內(nèi)煤巖粉吹盡，確保孔內(nèi)暢通。鉆孔必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行施工，并詳細(xì)記錄見煤巖情況。附圖2：水力壓裂鉆孔布置示意圖圖2 水力壓裂鉆孔布置示意圖表2 壓裂鉆孔設(shè)計(jì)參數(shù)表 參數(shù)孔號(hào)方位（°）傾

11、角（°）見止煤深度（m）孔深（m）1#壓裂孔2175623.330.530.5測(cè)定煤層原始瓦斯含量及水份壓裂鉆孔施工期間，瓦斯辦安排防突員做好瓦斯含量測(cè)定工作，鉆孔見煤后，采用DGC瓦斯含量快速測(cè)定煤層原始瓦斯含量，并收集煤樣進(jìn)行煤層水份測(cè)定，并做好相關(guān)記錄。壓裂鉆孔封孔鉆孔施工完成后孔內(nèi)下入1.0吋無縫鋼管，實(shí)管下至見煤點(diǎn)0.5m位置，其余見煤段為高壓篩管（最上段篩管帶堵頭，且篩管采用紗布包裹），孔口外漏不得小于400mm，采用特制接頭連接； 6注漿管下三路，第一路4m，第二路8m，第三路下至進(jìn)入10煤層0.5m，孔口采用聚氨脂封孔2m。采取多次加壓注漿工藝注漿封孔，先注第一路注漿

12、管，第二路注漿管返漿后，關(guān)閉第一路注漿管閘閥，進(jìn)行孔口8m段固管，并從第二路注漿管注適當(dāng)清水后關(guān)閉返漿管閘閥，注水防止注漿管堵塞；第一次注漿2h后，打開閘閥放水然后注第二路注漿管，第三路注漿管返漿后停注約1h后，再加壓注漿；注第三路注漿管壓裂管返漿后停約1h，再加壓注漿，注漿壓力為6MPa，水灰比0.7:1，帶壓注漿結(jié)束后打開壓裂管閘閥，將壓裂管內(nèi)水泥漿放掉，并使用壓裂管注清水，注水壓力不小于6MPa，防止壓裂管端頭的花眼堵塞，注漿凝固48小時(shí)后打開壓裂管閘閥放掉清水，即可進(jìn)行水力壓裂工作。壓裂孔封孔見圖3。圖3 水力壓裂鉆孔封孔示意圖水力壓裂通風(fēng)區(qū)在壓裂孔下風(fēng)側(cè)10m范圍內(nèi)安設(shè)瓦斯?jié)舛葌鞲衅?/p>

13、，監(jiān)測(cè)壓裂孔鉆孔回風(fēng)流內(nèi)的瓦斯?jié)舛茸兓７饪淄瓿刹⒅辽倌?8小時(shí)后，方可開始對(duì)該壓裂鉆孔進(jìn)行高壓水力壓裂。壓裂過程中，應(yīng)安排專人對(duì)乳化泵的壓力變化情況、注水水量情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。如壓力泵上升到31.5PMa時(shí)且水位不再下降時(shí)，暫停壓裂工作。在壓裂過程中，如壓裂壓力上不去或壓力急劇下降到15MPa以下時(shí)，停止壓裂工作。設(shè)計(jì)每個(gè)壓裂鉆孔注入高壓水200m³后，即為壓裂結(jié)束。壓裂鉆孔保水10天后，打開孔口球形截止閥控制壓力、流量進(jìn)行放水，并記錄放水量。放水結(jié)束后施工抽采鉆孔，鉆孔施工至終孔點(diǎn)后，先將鉆桿退至煤見煤點(diǎn)，在過煤段降低鉆進(jìn)速度，利用礦井靜壓水進(jìn)行反復(fù)進(jìn)退、沖洗，直到孔內(nèi)返清水為止，

14、記錄沖煤量。水力壓裂影響半徑考察待壓裂結(jié)束后，在預(yù)計(jì)的壓裂影響范圍內(nèi)沿走向、傾向30m布置考察鉆孔，以此來考察壓裂影響范圍。若未達(dá)到預(yù)期壓裂范圍，則采取由遠(yuǎn)及近向壓裂孔位置重新布孔。在壓裂孔軸線方向施工C6、C8組檢驗(yàn)孔，巷道走向方向施工C15、C35 、C55、C75、C95、C115和C135檢驗(yàn)孔（兼作抽放孔），取樣測(cè)定含水率、煤層堅(jiān)固性系數(shù)和瓦斯含量，檢驗(yàn)孔布置見圖4。圖4 水力壓裂半徑考察鉆孔設(shè)計(jì)圖沖孔段與壓沖段抽采效果考察5#、6#鉆場(chǎng)采用水力沖孔增透措施，9#鉆場(chǎng)采用壓裂沖孔沖增透措施，瓦斯辦選取部分鉆孔主要對(duì)抽采濃度、抽采純量進(jìn)行考察、分析。四、安全技術(shù)措施為確保10310底抽

15、巷水力壓裂工作安全順利進(jìn)行，保證水力壓裂過程中施工人員安全，從通風(fēng)瓦斯管理、人員安全防護(hù)、高壓設(shè)備管理及防治災(zāi)害等方面采取相應(yīng)的安全技術(shù)措施，壓裂期間各單位及相關(guān)人員必須嚴(yán)格執(zhí)行。1、通風(fēng)系統(tǒng)必須確保水力壓裂地點(diǎn)的局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，且必須保證巷道內(nèi)風(fēng)量不小于600m³/min，鉆孔施工及水力壓裂期間必須安設(shè)專職局扇司機(jī)。通風(fēng)區(qū)負(fù)責(zé)監(jiān)管及維護(hù)通風(fēng)系統(tǒng)，確保通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。2、監(jiān)測(cè)監(jiān)控通風(fēng)區(qū)負(fù)責(zé)在水力壓裂地點(diǎn)回風(fēng)測(cè)5-10m處安設(shè)瓦斯傳感器，并實(shí)現(xiàn)巷道及其回風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)瓦斯點(diǎn)閉鎖，瓦斯?jié)舛却笥?.8時(shí)，能自動(dòng)切斷巷道內(nèi)及回風(fēng)流中全部非本質(zhì)安全型電器設(shè)備電源。通訊科在水力壓裂操作臺(tái)及乳化泵

16、附近安設(shè)專用電話，保證通訊正常。開泵前由測(cè)氣員檢查工作面迎頭、回風(fēng)流、乳化泵、開關(guān)附近的瓦斯?jié)舛龋?dāng)瓦斯?jié)舛刃∮?.5時(shí)，方可開泵注水。3、安全防護(hù)措施進(jìn)入該相關(guān)區(qū)域的人員必須隨身攜帶隔離室自救器。通風(fēng)區(qū)負(fù)責(zé)在水力壓裂鉆孔施工地點(diǎn)安設(shè)一組壓風(fēng)自救裝置，供風(fēng)量符合規(guī)程要求。4、高壓管路系統(tǒng)管路連接必須完好可靠，每間隔5m固定在風(fēng)水管路上或其他固定的大型管路上，且高壓管接頭必須進(jìn)行固定，并保證高壓膠管平直，不得彎曲；開乳化泵以前必須由泵站司機(jī)對(duì)管路系統(tǒng)進(jìn)行逐一檢查、排查隱患。5、水力壓裂鉆孔施工規(guī)定鉆孔施工前必須確認(rèn)安全設(shè)施是否完好，確保安全施工。通風(fēng)區(qū)按規(guī)定檢查巷道瓦斯，鉆孔施工期間必須安設(shè)測(cè)氣

17、員，當(dāng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.8時(shí)，必須立即停止作業(yè)，切斷電源、撤出人員至新鮮風(fēng)流處，并及時(shí)向安全生產(chǎn)信息中心匯報(bào)。鉆孔施工期間若出現(xiàn)噴孔、卡鉆、頂鉆、瓦斯忽大忽小、瓦斯持續(xù)上升、礦壓顯現(xiàn)等明顯的突出預(yù)兆時(shí)，必須立即停止作業(yè)、切斷電源，并及時(shí)向安全生產(chǎn)信息中心匯報(bào)。鉆孔施工應(yīng)按以下原則進(jìn)行：開孔位置應(yīng)選在巖石完整的位置，施工要保證鉆孔平直、孔形完整。鉆孔施工好后，立即清洗鉆孔，保證鉆孔暢通。在鉆孔施工中，要準(zhǔn)確記錄鉆孔方位、傾角、長(zhǎng)度、鉆孔開始見煤長(zhǎng)度及鉆孔在煤層中的長(zhǎng)度，鉆孔開鉆時(shí)間、見煤時(shí)間及完工時(shí)間等。鉆孔施工期間當(dāng)班負(fù)責(zé)人必須攜帶便攜式瓦斯報(bào)警儀和CO報(bào)警儀，并將其吊掛在距施工地點(diǎn)回風(fēng)側(cè)5m范

18、圍內(nèi)，當(dāng)瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.8時(shí)，必須立即停止作業(yè)，切斷電源、撤出人員至新鮮風(fēng)流處，并及時(shí)向安全信息中心匯報(bào)。6、警戒、撤人嚴(yán)格人員撤離及警戒制度。水力壓裂實(shí)施前，由防突區(qū)負(fù)責(zé)對(duì)水力壓裂試驗(yàn)無關(guān)人員進(jìn)行撤離，人員全部撤至10310斜巷上口。嚴(yán)禁無關(guān)人員進(jìn)入試驗(yàn)地點(diǎn)，并切斷回風(fēng)區(qū)域的所有非本質(zhì)安全型設(shè)備電源。警戒撤人及斷電到位后，方可開始執(zhí)行水力壓裂施工。警戒范圍為水力壓裂高壓管路經(jīng)過的范圍及高壓泵體周圍前后20m范圍內(nèi)不得有人。7、避災(zāi)路線若發(fā)生火、瓦斯災(zāi)害時(shí)，應(yīng)立即帶好自救器，沿最短路線轉(zhuǎn)移到新鮮風(fēng)流中，并沿如下路線撤退：迎頭838進(jìn)架聯(lián)巷二水平軌道大巷3進(jìn)風(fēng)行人上山南二風(fēng)井地面。發(fā)生水災(zāi)時(shí)，人員應(yīng)立即撤離迎頭，并設(shè)法通知受水威脅的人員撤離危險(xiǎn)區(qū)域，并沿避水災(zāi)路線撤退：迎頭回風(fēng)聯(lián)巷3回風(fēng)上山三、五采大巷五采大巷五采行人進(jìn)風(fēng)下山南二風(fēng)井地面。8、其他安全注意事項(xiàng)鋪設(shè)高壓注水管時(shí)，所有管頭必須用專用連接件扣緊，防止壓裂過程中漏水。水力壓裂系統(tǒng)安裝、調(diào)試完成，經(jīng)機(jī)電科驗(yàn)收合格后，方可開始?jí)毫压ぷ?。?shí)施注水壓裂當(dāng)班，保運(yùn)二區(qū)安排專人在中央變電所值班。高壓