瓦斯治理攻堅(jiān)經(jīng)驗(yàn)交流材料

1、2022/9/21保障平安關(guān)愛生命1瓦斯抽采水力壓裂增透技術(shù)應(yīng)用情況單位：六枝工礦集團(tuán)公司化處煤炭分公司 瓦斯治理攻堅(jiān)年交流材料時(shí)間：2021年4月20日2022/9/21保障平安關(guān)愛生命2引言 根據(jù)省煤監(jiān)局安排，現(xiàn)就瓦斯抽采水力壓裂增透技術(shù)在六枝工礦集團(tuán)化處煤炭分公司的應(yīng)用情況進(jìn)行介紹，不妥之處敬請(qǐng)?jiān)u判指正。2022/9/21保障平安關(guān)愛生命3主要內(nèi)容 一、礦井概況二、煤層瓦斯情況三、煤層壓裂實(shí)施背景四、水力壓裂增透情況2022/9/21保障平安關(guān)愛生命4礦井概況一、礦井概況化處煤炭分公司為六枝工礦集團(tuán)有限責(zé)任公司下屬公司，以下簡(jiǎn)稱化處煤礦位于六枝特區(qū)大煤山背斜西翼，行政區(qū)域隸屬于貴州省六枝

2、特區(qū)大用鎮(zhèn)和落別鄉(xiāng)，礦區(qū)總面積11.1698km2，1970年12月開始建設(shè)，并于1974年12月建成后簡(jiǎn)易投產(chǎn)。主采煤層為7號(hào)煤層。設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力30萬(wàn)t/a，核定生產(chǎn)能力36萬(wàn)t/a。2022/9/21保障平安關(guān)愛生命5煤層瓦斯情況 二、煤層瓦斯情況 主采煤層為7號(hào)煤層，為貧煤，煤層厚度由0.339.80m，一般34m，平均傾角22度，瓦斯放散初速度P16、透氣性系數(shù)0.32620.7601m2/MPa2.d、吸咐常數(shù)a=30.6102、b=1.1164、鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù) 0.05620.8167d-1、鞏固性系數(shù)f 0.11。采區(qū)瓦斯壓力對(duì)超過(guò)了1.3MPa，瓦斯含量在15 m3/t以

3、上，7號(hào)煤層煤塵有爆炸危險(xiǎn)，煤層易自燃，自燃傾向等級(jí)為二類自燃，最短發(fā)火期為一個(gè)月。2022/9/21保障平安關(guān)愛生命6煤層壓裂實(shí)施背景 三、煤層壓裂實(shí)施背景 化處煤礦主采7號(hào)層屬單一煤層開采，不具備保護(hù)層開采條件，為解決煤層透氣性差、瓦斯抽采工藝有待提高、現(xiàn)有瓦斯抽采技術(shù)預(yù)抽困難，煤層松軟，抽采鉆孔經(jīng)常出現(xiàn)塌孔、卡鉆、噴孔現(xiàn)象，鉆孔流量不穩(wěn)定、衰減很快，流量只能穩(wěn)定在一月內(nèi)，有的甚至更短，難以保證抽采效果，瓦斯治理投入大等問(wèn)題，我礦于2021年底分別在2372機(jī)巷、機(jī)巷磧頭和1470底板抽放巷實(shí)施了本煤層及底板穿層水力壓裂增透技術(shù)。2022/9/21保障平安關(guān)愛生命7水力壓裂增透情況 一壓裂

4、鉆孔的布置和壓裂情況 1. 2372機(jī)巷本煤層壓裂時(shí)，施工本煤層上行鉆孔，壓裂孔間距25m和30.6m，3個(gè)壓裂孔控制壓裂區(qū)域110米左右，整個(gè)區(qū)域內(nèi)共布置近40個(gè)常規(guī)抽采孔，壓裂區(qū)域施工的抽采孔孔間距有以前的2米提高到3米。2022/9/21保障平安關(guān)愛生命8水力壓裂增透情況 圖1 水力壓裂鉆孔布置圖2022/9/21保障平安關(guān)愛生命9水力壓裂增透情況圖2 水力壓裂鉆孔布置圖2022/9/21保障平安關(guān)愛生命10水力壓裂增透情況表1 本煤層壓裂孔情況表類型孔深/m孔徑/mm封孔深度/m方位角/傾角/本煤層1#5589306723本煤層2#6089306723本煤層3#558930672320

5、22/9/21保障平安關(guān)愛生命11水力壓裂增透情況 2. 在施工完1、2、3#壓裂孔后，在迎頭施工了4、5掘進(jìn)壓裂孔，見表2、圖3，化學(xué)方式封孔，封孔深度在30m。表2 壓裂孔施工參數(shù)表類型孔深/m孔徑/mm封孔深度/m與巷道掘進(jìn)方向/傾角/迎頭4#618930-11-5迎頭5#60.58930602022/9/21保障平安關(guān)愛生命12水力壓裂增透情況圖3 迎頭壓裂孔布置示意圖2022/9/21保障平安關(guān)愛生命13水力壓裂增透情況表3 壓裂孔施工參數(shù)壓裂孔封孔長(zhǎng)度/m時(shí)間/min壓力/MPa壓裂液用量/m31#30148.47.22#30218.793#3015012.6724#25245.5

6、5.55#308212.135.92022/9/21保障平安關(guān)愛生命14水力壓裂增透情況3. 在1470中巷19、20、21#鉆場(chǎng)中施工1個(gè)壓裂孔、1個(gè)卸壓孔，并在鉆場(chǎng)間巷道中部施工高角度孔各1個(gè)，共計(jì)5個(gè)壓裂孔，各孔的詳細(xì)情況如下。2022/9/21保障平安關(guān)愛生命15水力壓裂增透情況圖4 1470中巷壓裂孔布置平面示意圖2022/9/21保障平安關(guān)愛生命16圖5 19#鉆場(chǎng)鉆孔布置剖面示意圖水力壓裂增透情況2022/9/21保障平安關(guān)愛生命17水力壓裂增透情況圖6 高位壓裂孔布置剖面示意圖圖7 封孔示意圖2022/9/21保障平安關(guān)愛生命18水力壓裂增透情況表4 各孔參數(shù)表2022/9/2

7、1保障平安關(guān)愛生命19水力壓裂增透情況壓裂孔孔深/m封孔長(zhǎng)度/m時(shí)間/min壓力/MPa壓裂液用量/m3中1#54.5381441842.1中2#23.4222115.99.1中3#45.528.29816.341中4#25235212.917.1中5#36.527.87338.230.4表5 壓裂孔施工參數(shù)2022/9/21保障平安關(guān)愛生命20水力壓裂增透情況圖8 壓裂孔附近瓦斯?jié)舛惹€2022/9/21保障平安關(guān)愛生命21水力壓裂增透情況 二壓裂效果考察 主要從常規(guī)瓦斯抽采濃度、瓦斯抽采量、區(qū)域瓦斯預(yù)抽率、有效抽采時(shí)間、剩余瓦斯壓力、剩余瓦斯含量、防突指標(biāo)效檢、防突措施工程量、裂隙溝通情況

8、等方面進(jìn)行了考察。 1. 瓦斯抽采分析 1 本煤層1、2、3#壓裂孔壓裂完成后在1月18日開始聯(lián)網(wǎng)抽采，抽采孔半徑由以前的2m調(diào)整為3m，其中2、3#壓裂孔間施工9個(gè)抽采孔，1、2#壓裂孔間施工8個(gè)，1、3#壓裂孔外各施工5個(gè)。自抽采以來(lái)，壓裂孔、壓裂區(qū)域的抽采孔濃度、瓦斯抽采總量一直保持良好的態(tài)勢(shì)。2022/9/21保障平安關(guān)愛生命22水力壓裂增透情況圖9 1#壓裂孔抽采曲線2022/9/21保障平安關(guān)愛生命23水力壓裂增透情況圖10 2#壓裂孔抽采曲線2022/9/21保障平安關(guān)愛生命24水力壓裂增透情況圖11 3#壓裂孔抽采曲線2022/9/21保障平安關(guān)愛生命25水力壓裂增透情況圖12

9、 封孔25m的抽采孔抽采曲線2022/9/21保障平安關(guān)愛生命26水力壓裂增透情況圖13 2、3#壓裂孔間的2#抽采孔濃度曲線2022/9/21保障平安關(guān)愛生命27水力壓裂增透情況圖14 壓裂段支管抽采濃度曲線2022/9/21保障平安關(guān)愛生命28水力壓裂增透情況圖15 壓裂段支管日抽采瓦斯純量曲線2022/9/21保障平安關(guān)愛生命29 自開始抽采以來(lái)，壓裂孔瓦斯?jié)舛葹?5%以上，抽采100天后未明顯衰減，仍在70%以上。壓裂范圍內(nèi)抽采孔，大局部抽采效果明顯，抽采90天后，局部抽采孔濃度仍維持在30%以上。 2372機(jī)巷壓裂控制段內(nèi)抽采總管為10寸管路，濃度一般在1535%，負(fù)壓在1520KP

10、a，壓差一般為20Pa左右，依據(jù)皮托管計(jì)算公差，計(jì)算結(jié)果為壓裂控制區(qū)域日抽采瓦斯純量一般在5000方以上，抽采期延長(zhǎng)到100天以上，壓裂區(qū)域抽采總量80萬(wàn)方，區(qū)域預(yù)抽率到達(dá)50%，實(shí)現(xiàn)抽采達(dá)標(biāo)，純瓦斯流量到達(dá)3方/分鐘，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定工業(yè)化氣流。水力壓裂增透情況2022/9/21保障平安關(guān)愛生命30 煤層厚度6.5m，瓦斯含量20 m3/t取1620中的上限，煤層密度1.4t/ m3，壓裂控制區(qū)域?yàn)殚L(zhǎng)110m，寬70m的矩形區(qū)域，那么瓦斯儲(chǔ)量為：1107061.420=1401400140萬(wàn)方。那么區(qū)域瓦斯預(yù)抽率為80140=57%。 壓裂前后的比較 壓裂前2372機(jī)巷外段施工的常規(guī)抽采孔間距在2

11、m，又補(bǔ)充局部抽采孔，有些區(qū)段瓦斯抽采半徑缺乏1m，抽采初期瓦斯?jié)舛榷嘣?0%以上，抽采10天左右即呈現(xiàn)衰減趨勢(shì)，30天左右就衰減到有效濃度30%以下，極少有抽采40天有效期的，壓裂后各種抽采參數(shù)效果顯著。水力壓裂增透情況2022/9/21保障平安關(guān)愛生命31水力壓裂增透情況未壓裂區(qū)域壓裂影響區(qū)域備注抽采半徑/米234減少50%以上，防突鉆孔措施工程量減少30%50%百米鉆孔瓦斯抽采量m3/min.hm0.277抽采濃度/%20天內(nèi)30%以上壓裂孔100天內(nèi)70%，壓裂區(qū)域內(nèi)大量抽采孔100天內(nèi)30%增幅顯著（瓦斯?jié)舛瘸^(guò)30%為有效抽采期）有效抽采期/天50100開抽，壓裂孔目前抽采110天

12、，壓裂區(qū)域抽采孔100天預(yù)抽率/%30左右50實(shí)現(xiàn)抽采達(dá)標(biāo)煤層瓦斯壓力/兆帕1.3實(shí)現(xiàn)工作面預(yù)抽消突瓦斯含量/立方/噸167表6 本煤層抽采情況表表6 本煤層抽采情況表2022/9/21保障平安關(guān)愛生命32 壓裂抽采后，瓦斯部測(cè)試了2372工作面壓裂區(qū)域本煤層剩余瓦斯壓力小于0.74MPa，剩余瓦斯含量小于4.3m3/t，說(shuō)明壓裂抽采區(qū)域消除了突出危險(xiǎn)性。 22372機(jī)巷掘進(jìn)磧頭壓裂抽采在施工完4、5#壓裂孔后，開始抽采迎頭瓦斯，抽采時(shí)間為8天，測(cè)試迎頭支管抽采參數(shù)如下。水力壓裂增透情況2022/9/21保障平安關(guān)愛生命33日期負(fù)壓/KPa壓差/Pa濃度/%純流量/m3/d2011.2.716

13、.03.008.610002011.2.816.03.008.610002011.2.915.02.007.26842011.2.1014.02.008.07602011.2.1115.02.005.04752011.2.1215.02.005.04752011.2.1315.02.005.4513總計(jì)4907 m3水力壓裂增透情況表7 2372機(jī)巷掘進(jìn)抽采參數(shù)2022/9/21保障平安關(guān)愛生命34 在壓裂以前的掘進(jìn)循環(huán)中，一般要抽采15天以上，本次壓裂后抽采僅用了7天，抽采時(shí)間大幅度減少，為2372機(jī)巷掘進(jìn)提供了珍貴的時(shí)間；抽采量與常規(guī)掘進(jìn)抽采總量相當(dāng)，且略有提高。 31470中巷壓裂抽采壓

14、裂后及時(shí)測(cè)試常規(guī)10#瓦斯抽采鉆場(chǎng)，監(jiān)測(cè)瓦斯?jié)舛?、抽采?fù)壓、管路壓差，并計(jì)算鉆場(chǎng)的瓦斯抽采總量，做為壓裂區(qū)域的比照參考孔，在測(cè)試的21天內(nèi)，共抽采瓦斯42141m3，日均抽采量2000 m3。水力壓裂增透情況2022/9/21保障平安關(guān)愛生命35 壓裂后由于1470機(jī)巷鉆機(jī)等其他原因19、20#壓裂鉆場(chǎng)直到一個(gè)月后才打鉆聯(lián)網(wǎng)抽采，壓裂后停滯時(shí)間較長(zhǎng)，監(jiān)測(cè)了瓦斯抽采參數(shù)， 19#鉆場(chǎng)測(cè)試23天內(nèi)，共抽采瓦斯73688 m3，日均抽采量3200 m3；20#鉆場(chǎng)測(cè)試23天內(nèi)，共抽采瓦斯57643 m3，日均抽采量2500 m3。水力壓裂增透情況圖17 壓裂19#鉆場(chǎng)抽采參數(shù)情況2022/9/21保

15、障平安關(guān)愛生命36 據(jù)施工過(guò)程中的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，10#鉆場(chǎng)煤層在2.2m左右，19、20#鉆場(chǎng)處于1470中巷的薄煤帶區(qū)域，煤厚為1m左右，對(duì)應(yīng)控制區(qū)域瓦斯儲(chǔ)量相差大，同時(shí)在壓裂停滯30天沒有抽采的不利因素影響下，由于壓裂區(qū)域煤層透氣性大幅提高，裂隙、孔隙網(wǎng)絡(luò)發(fā)育，綜合抽采效果提高了50%。水力壓裂增透情況圖18 常規(guī)20#鉆場(chǎng)抽采參數(shù)情況2022/9/21保障平安關(guān)愛生命37 2. 掘進(jìn)效檢分析在2372機(jī)巷掘進(jìn)位置施工4#、5#壓裂孔進(jìn)行掘進(jìn)工作面壓裂，經(jīng)抽采后進(jìn)行了掘進(jìn)。在壓裂前，掘進(jìn)工作面放炮后瓦斯?jié)舛榷嘣?.60.85%，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)瓦斯超限等情況；壓裂后掘進(jìn)期間，炮后瓦斯?jié)舛绕毡榻档?.

16、30.4%，大幅降低了炮后瓦斯超限的可能性，為掘進(jìn)提供了良好的工作環(huán)境。 3. 防突措施工程量分析12372機(jī)巷情況2372機(jī)巷外段施工的常規(guī)抽采孔間距在2m，后期補(bǔ)充局部抽采孔，使得大局部區(qū)段瓦斯抽采半徑缺乏1m。壓裂后在1、2、3#壓裂區(qū)域瓦斯抽采孔調(diào)整為3m，并顯現(xiàn)顯著的抽采效果，在后期的壓裂工程實(shí)踐中，瓦斯抽采孔的間距應(yīng)顯著大于3m。水力壓裂增透情況2022/9/21保障平安關(guān)愛生命3821470中巷情況在1470中巷的常規(guī)鉆場(chǎng)多施工3050個(gè)以上，19、20、21#鉆場(chǎng)為壓裂試驗(yàn)區(qū)域，均施工18個(gè)抽采孔，防突鉆孔措施工程量至少減少40%以上，經(jīng)濟(jì)效益顯著。水力壓裂增透情況鉆場(chǎng)抽采孔/

17、個(gè)備注145 壓裂前孔期間為，壓裂孔孔底間距調(diào)整為，仍控制預(yù)掘進(jìn)巷道兩幫各。220335430530636191820182118表8 1470中巷防突鉆孔施工情況2022/9/21保障平安關(guān)愛生命39 4. 鉆場(chǎng)卸壓效果分析 1470中巷2#壓裂孔壓出細(xì)粒煤粉3噸多，4#壓裂孔壓出細(xì)粒煤粉6噸多。 4#壓裂孔控制范圍為傾向40m，走向20m壓裂孔間距，煤厚1.1m，經(jīng)計(jì)算壓裂孔控制區(qū)域內(nèi)煤體卸壓率計(jì)算為4.8，大于保護(hù)層開采3的卸壓率要求，到達(dá)了區(qū)域消突的效果。 5. 影響范圍分析 從壓裂現(xiàn)場(chǎng)壓裂孔相互貫穿、大量煤水混合物涌出來(lái)看，壓裂直觀效果顯著，壓裂范圍在2372機(jī)巷為30m以上，147

18、0中巷施工時(shí)，相距2#壓裂孔60m間距以外的16#鉆場(chǎng)大量煤水混合物涌出，壓裂范圍在3060m范圍內(nèi)。 示蹤劑測(cè)試1470中巷壓裂裂隙、縫隙網(wǎng)絡(luò)溝通情況時(shí)，各壓裂孔、抽采孔相互連通，示蹤劑均可以檢測(cè)到，綜合測(cè)試效果驗(yàn)證了壓裂范圍內(nèi)增加了煤層透氣性，裂隙范圍增大的效果。水力壓裂增透情況2022/9/21保障平安關(guān)愛生命40 6. 經(jīng)濟(jì)效益分析壓裂材料主要包括封孔無(wú)縫鋼管30m/煤孔、化學(xué)封孔藥劑150180KG/孔、送液管等，雙料注漿泵，中巷封孔可使用水泥砂漿封孔。 結(jié)合實(shí)際情況，煤孔綜合本錢，44元/米；巖孔綜合本錢75元/米；壓裂孔綜合本錢以5000元計(jì)。 以長(zhǎng)500m，寬75m的工作面區(qū)段

19、為例，壓裂半徑30m，施工壓裂孔孔間距50m。抽采孔半徑以4m計(jì)算，成孔平均55m。工作面共施工10個(gè)壓裂孔，125個(gè)抽采孔。那么節(jié)省煤孔125個(gè)，為1255544=302500元，節(jié)約本錢25萬(wàn)元以上。水力壓裂增透情況2022/9/21保障平安關(guān)愛生命41 三壓裂的結(jié)論與建議 經(jīng)化處礦實(shí)施水力壓裂試驗(yàn)證明，經(jīng)過(guò)壓裂的煤體，整體卸壓、透氣性大幅度提高，瓦斯得到釋放，抽采瓦斯總量提高，抽采達(dá)標(biāo)；剩余瓦斯壓力、瓦斯含量大幅度降低，突出危險(xiǎn)性得到有效消除；掘進(jìn)有效時(shí)間增加，掘進(jìn)速度提高；中巷壓裂瓦斯能量大量釋放，從根本上消除了瓦斯動(dòng)力現(xiàn)象的能量來(lái)源，同時(shí)該技術(shù)具有較強(qiáng)可操作性和實(shí)用性，綜合來(lái)看，工程完成了預(yù)定的技術(shù)要求，創(chuàng)新性使用了示蹤劑測(cè)試裂隙范圍、抽采范圍。 經(jīng)過(guò)深入研究和屢次壓裂實(shí)踐，形成了化處礦的壓裂工藝，包括壓裂方案的編制、封孔方式、壓裂方式等，化處礦探索出了本煤層、掘進(jìn)、中巷壓裂的工藝，探索出了瓦斯區(qū)域治理的新途徑，同時(shí)仍需要進(jìn)一步的研究、應(yīng)用，并不斷完善。水力壓裂增透情況2022/9/21保障平安關(guān)愛生命42 1. 通過(guò)成功實(shí)施了10次壓裂，完成了預(yù)定內(nèi)容。這些嘗試