超高壓水力壓裂提高煤層透氣性應用研究技術報告

.Word資料超高壓水力壓裂提高煤層透氣性應用研究技術報告1前言 12研究目的與意義 32.1問題的提出 32.2研究內(nèi)容 42.3研究意義 53高壓水力壓裂提高煤層透氣性原理及適用性分析 93.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 93.2水力壓裂原理及適用性分析 103.2.1高壓水對煤體結構力學作用的定性分析 123.2.2水力壓裂的適用性分析 144渝陽煤礦及7號煤層概況 154.1礦井概況 154.27號煤層基本物理性質及實驗測試 174.37號煤層基本力學性質實驗測試 244.47號煤層穿層鉆孔水力壓裂的可行性 265HTB500型壓裂泵組簡介及調(diào)試 295.1HTB500型壓裂泵組簡介 295.2HTB500型煤層壓裂泵泵組接收與地面調(diào)試 325.3高壓泵組的管路及其連接 336渝陽煤礦超高壓水力壓裂實驗方案 366.1實驗地點 366.2鉆孔布置方案 386.3壓裂孔封孔及注漿設計 406.3.1壓裂孔封孔設計及注意事項 406.3.2注漿封孔工藝 426.4壓裂監(jiān)控設備布點 446.5壓裂效果考查及參數(shù)測試方案 446.6其他配套方案設計 457高壓水力壓裂過程及分析 477.1前言 477.2高壓水力壓裂過程 477.3高壓水力壓裂的壓力曲線分析 518壓裂效果考察及其分析 528.1前言 528.2壓裂后檢驗孔施工參數(shù)及數(shù)據(jù)記錄 528.3壓裂后鉆孔參數(shù)對比 598.4壓裂有效范圍的考察 618.5壓裂效果總結 649主要研究成果與創(chuàng)新點 669.1研究成果 669.2創(chuàng)新點 67重慶市能源投資集團科技有限責任公司成立于2010年4月，為重慶市能源投資集團下屬二級子公司，獨立法人，注冊資本2000萬元。下設工程勘察子公司，工程設計院，瓦斯研究院、項目管理部、技術服務部、資產(chǎn)結算中心、綜合辦公室等部門。在集團公司領導下，科技公司圍繞集團公司工作部署，按“實施科技興企戰(zhàn)略，支撐集團跨越式發(fā)展”思路，不等不靠，一邊建章建制，一邊開展科研工作。2010年7月，集團公司下達了“突出煤層高效抽采關鍵技術研究”科研項目計劃，2011年2月，科技公司引進了HTB500型高壓煤層瓦斯壓裂泵組。經(jīng)集團公司和科技公司研究協(xié)商，決定在松藻煤電有限責任公司渝陽煤礦進行首次超高壓水力壓裂試驗，將集團公司水治瓦斯水平提高到新的高度?？萍脊靖鶕?jù)集團公司水治瓦斯的指導思想，在松藻煤電有限責任公司及其所屬渝陽煤礦、河南理工大學、寶雞航天動力泵業(yè)有限責任公司的協(xié)助下，于2011年2月份在渝陽煤礦用HTB500型煤層壓裂泵泵組開展了超高壓水力壓裂試驗。渝陽煤礦超高壓水力壓裂試驗在N3704西瓦斯巷(下)進行，埋深約750m，目的是對7號煤層（保護層）進行穿層超高壓水力壓裂，實現(xiàn)增大煤層透氣性、提高瓦斯抽采率、降低瓦斯災害事故的效果。試驗過程中，共施工壓裂孔1個、標準孔1個（補充標準孔1個）、檢驗孔15個（因施鉆不到位、卡鉆，其中2個報廢）。渝陽煤礦超高壓水力壓裂試驗表明，壓裂地點的起裂壓力在40~45MPa之間，延伸壓力在36~39MPa之間，壓裂后瓦斯抽采純量效率提高10倍以上，煤層由難以抽采煤層及可抽煤層變?yōu)榭沙椴擅簩?，煤層透氣性系?shù)提高50倍以上。7號煤層在該埋深條件下，壓入水量109.72m3時，壓裂范圍達到50~70m。

煤層瓦斯是一種潔凈能源，但對煤礦生產(chǎn)而言是一種災害源。如何實現(xiàn)采煤之前瓦斯的預抽，達到資源開發(fā)利用和煤礦減災的雙重目的，一直是人們關注的焦點。隨著資源需求的日益強烈、礦井開采深度的增加以及國家一系列關于煤礦瓦斯災害治理強制措施和煤層氣開發(fā)利用鼓勵政策的出臺，都迫切要求有一套系統(tǒng)的、完整的瓦斯抽采工藝技術。新的防突規(guī)定更加強調(diào)了區(qū)域瓦斯治理的重要性，要求“不掘突出頭、不采突出面”，以往突出煤層掘進的“四位一體”方案已經(jīng)難以滿足新規(guī)定的要求。重慶能投有限責任公司所屬的渝陽煤礦所采煤層為突出煤層，瓦斯災害是制約煤礦安全、高效生產(chǎn)的第一因素，現(xiàn)行的瓦斯治理措施已難以滿足高效生產(chǎn)的需求，迫切需要一種新型區(qū)域和局部治理工藝，以徹底改變目前消突困難、工作面接替緊張的局面。水力壓裂是一種集區(qū)域和局部瓦斯治理為一體的新工藝。該工藝是將地面煤層氣開發(fā)的一種成熟技術移植到井下，根據(jù)煤體結構的不同采用不同的壓裂方案，達到增透、提高抽采效率、縮短抽采時間的目的。水力壓裂是一種適應性強、增透效果明顯的工藝技術，但還存在一系列問題需要解決，最突出的是封孔技術，無論是封隔器封孔、水泥砂漿封孔、化學材料封孔都存在一定的局限性，是制約水力壓裂大規(guī)模推廣的關鍵。在鉆孔方向與裂隙方向、地應力方向不匹配時的壓裂設計也是制約壓裂效果的重要因素。渝陽煤礦煤層瓦斯含量大，煤層透氣性系數(shù)低，井下鉆孔抽采效果差，嚴重制約了瓦斯治理和防突效果，影響了工作面的銜接和安全生產(chǎn)。為增大煤層的透氣性和提高抽采效果，進一步解放生產(chǎn)力，保證礦井的建設和發(fā)展，通過大量的調(diào)查、研究和翻閱各種技術資料，決定實施井下高壓水力壓裂。本次在渝陽煤礦N3704西瓦斯巷(下)實施穿層鉆孔水力壓裂，力求增大7號煤層透氣性，提高7號煤層的瓦斯抽采效率，進而通過解放7號煤層對主采8號煤層形成保護作用，改善由于瓦斯制約而不利于生產(chǎn)的被動局面，加強安全生產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，積極探索通過水力壓裂治理瓦斯的新途徑。本項目的研究主要內(nèi)容包括：（1）研究煤巖層高壓水力壓裂的基本原理及水高壓力壓裂技術的適用性，調(diào)試HTB500型煤層壓裂泵組，為應用高壓水力壓裂技術增大煤層透氣性試驗做好準備（2）測定渝陽煤礦考察地點的7號煤層基本物理力學參數(shù)，主要包括7號煤層的透氣性系數(shù)、瓦斯含量、吸附常數(shù)、堅固性系數(shù)、抗壓強度等；（3）制定渝陽煤礦高壓水力壓裂方案，設計最佳注漿、封孔工藝，并研究考察高壓水力壓裂效果方案；（4）沿煤層走向和傾向上，在壓裂孔周邊通過施工檢驗孔，考察高壓水力壓裂的范圍；（5）沿煤層走向和傾向上，在壓裂孔周邊通過施工檢驗孔，考察高壓水力壓裂后瓦斯抽放濃度、抽放純量和鉆孔瓦斯衰減情況；（6）在上述研究的基礎上，總結高壓水力壓裂增大煤層透氣性、提高瓦斯抽放率的效果，為應用高壓水力壓裂技術增大煤層透氣性、提高瓦斯抽采效率推廣做好準備工作。項目研究思路：先施工標準孔（或借助相鄰瓦斯巷穿層孔），測定未進行水力壓裂的7號煤層參數(shù)。用HTB500型煤層壓裂泵組對壓裂孔進行高壓水力壓裂，使7號煤層中形成裂隙，通過施工一系列檢驗孔并考察各孔參數(shù)及出水情況，與原始標準孔或相鄰瓦斯巷穿層孔的參數(shù)進行對比。從而考察高壓水力壓裂前后煤層透氣性系數(shù)變化和瓦斯抽放情況的區(qū)別，得出高壓水力壓裂技術增大煤層透氣性、提高瓦斯抽采率的結論。煤儲層的低滲特性是煤礦瓦斯抽采的瓶頸，提高煤儲層的滲透性是解決問題的關鍵。傳統(tǒng)的低滲煤儲層瓦斯抽采只有依靠降低鉆孔間距、增加鉆探工程量、延長抽采時間等措施來實現(xiàn)，但抽采效果并不理想，表現(xiàn)在抽采濃度低，抽采率不達標，造成煤礦采掘接替緊張，回采和掘進過程中瓦斯超限頻繁，安全隱患嚴重，這與構建本質安全型礦井不相符合，亟需新的瓦斯抽采手段來改變這種困境。本項目旨在將地面煤層氣開發(fā)的水力壓裂工藝移植到井下，建立一種新型的瓦斯抽采工藝——煤礦井下鉆孔水力壓裂抽采瓦斯的理論與技術，實現(xiàn)未卸壓狀態(tài)下的煤儲層增透，從根本上解決瓦斯抽采困難的局面。進行水力壓裂增大煤層透氣性、提高瓦斯抽放率的研究意義如下：（1）水力壓裂是一項在未卸壓條件下實施煤儲層增透技術，有利于煤礦瓦斯抽采，實現(xiàn)區(qū)域消突。我國95%以上的高瓦斯和突出礦井所開采的煤層屬于低透氣性煤層，滲透性系數(shù)在10-3～10-4md數(shù)量級上，瓦斯抽放（特別是預抽）半徑小、封孔困難，瓦斯抽采濃度低，造成抽采率低下，瓦斯超限頻繁，對煤礦通風造成巨大壓力，嚴重威脅煤礦的生產(chǎn)安全。將地面煤層氣開發(fā)的水力壓裂強化技術移植到井下，實現(xiàn)未卸壓條件下煤層增透、增大抽放半徑，減少鉆探工程量，提高抽采濃度和抽采效率，縮短抽采時間、最大限度消除瓦斯災害，具有節(jié)省資金，減少投資，見效快的特點，為煤礦安全、高效生產(chǎn)提供保障。（2）水力壓裂注入水對煤基質內(nèi)部的瓦斯有“封堵”作用，增加煤層瓦斯殘余量，減少煤炭回采過程中瓦斯的瞬時大量涌出，有利于煤礦井下瓦斯抽采。水力壓裂增透僅僅是新形成的裂縫附近滲透率得到極大改善，即導流能力得到加強，但是煤基質內(nèi)部的滲透率并沒有發(fā)生變化，而煤層注水后形成的水化膜和毛細管壓力又增加了啟動壓力梯度，滲透率越低啟動壓力梯度越大，對瓦斯涌出的抑制作用越明顯。煤層注水抑制瓦斯涌出在“水法采煤”中也得到了佐證，其瓦斯的相對涌出量一般要比“旱法采煤”低30%以上，因此水力壓裂在增透的同時而降低了煤層瓦斯的涌出量，兩者并不矛盾，而是相輔相成。因此煤礦井下水力壓裂在增透的同時還起到抑制瓦斯涌出的作用，有利于煤礦井下瓦斯的抽采。（3）水力壓裂注入水能夠煤的力學性質，減弱了“硬煤”的力學強度，有利于井下采煤，增強了“軟煤”的力學強度，有利于防治煤與瓦斯突出。煤層如果屬于“硬煤”（原生結構煤和碎裂煤），煤體結構致密，力學強度對采煤效率影響較大，例如放頂煤采煤時，如果煤體強度過大還可能出現(xiàn)放頂困難，而煤層注水后，水順著裂隙、孔隙進入煤中，濕潤煤塊。水分子的侵入，削弱了顆粒間的聯(lián)系，使得煤的力學性質降低，將提高放頂煤開采中頂煤回收率。煤層如果屬于“軟煤”（碎粒煤甚至糜棱煤），力學強度很小，易發(fā)生煤與瓦斯突出，又稱“突出煤”，但煤層注水后，煤顆粒之間隨著散體含水量的增大，整體的剪切強度增加，對防治煤與瓦斯突出是有利的。（4）高壓水能改變局部原始應力狀態(tài)，促使瓦斯壓力和地應力兩場實現(xiàn)“均一化”，有助于防治煤與瓦斯突出和沖擊地壓的發(fā)生。煤礦井下水力壓裂是在高壓水作用下，劈開煤儲層形成裂縫的一種“外載荷作用”，水力壓裂的高壓水將在一定范圍內(nèi)改變煤儲層的原始應力狀態(tài)，對其應力場都是一種嚴重的擾動。這種高壓外載荷有助于使煤儲層的應力場和壓力場在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)均一化，避免在某一點或某一方向過于集中，在某種程度上也是實現(xiàn)區(qū)域消突的有力手段。因此井下水力壓裂有助于煤儲層應力場和壓力場的均一化，是防治煤與瓦斯突出和沖擊地壓的有效手段。（5）水力壓裂泵注入的大量清水濕潤煤體，有助于降低煤塵，改善工作環(huán)境，避免煤塵爆炸。煤塵是煤礦主要災害之一，超標的煤塵不但損害井下工人健康，增加塵肺發(fā)病率，甚至導致煤塵爆炸，特別是瓦斯爆炸時，煤塵一旦參與，事故會更加嚴重，因此井下降塵是避免煤塵災害的重要措施。水力壓裂泵注的大量水可以濕潤煤體，煤塵間的液體橋聯(lián)力促使塵粒凝聚變大，并迅速沉降，起到井下防塵的作用。（6）實施煤礦井下水力壓裂增透可以提高抽采瓦斯?jié)舛龋瑢崿F(xiàn)抽采瓦斯商品化，減少排空對環(huán)境的污染。我國特別是南方礦井煤儲層滲透性低，鉆孔抽采瓦斯存在封孔難，漏氣嚴重，抽采瓦斯的濃度達不到商品要求而被大量排空，既浪費資源又污染環(huán)境。甲烷濃度低于30%就屬低濃度瓦斯，目前國內(nèi)主要用于輔助燃燒，但利用率極低，安全輸送（主要有細水霧輸送和氣水二相流輸送）仍是亟待解決的難題。通過水力壓裂改變儲層低滲狀態(tài)對提高抽采瓦斯?jié)舛扔兄匾囊饬x。綜上所述，研究水力壓裂移植到井下進行瓦斯抽采的相關理論和技術，在理論和生產(chǎn)實際兩個方面都具有重要意義。用高壓水力壓裂的方法增大煤層透氣性、提高瓦斯抽采率，還有以下資源意義和經(jīng)濟意義：（1）資源意義隨著經(jīng)濟的發(fā)展、人民生活水平的提高，將會對瓦斯這種潔凈能源的需求將越來越大。井下水力壓裂顯著增加了煤層的透氣性，在無需過高抽采負壓的情況下即可實現(xiàn)有效抽采，加上封孔技術的改進，可最大限度降低抽采過程中的漏氣現(xiàn)象，提高抽采瓦斯?jié)舛龋瑸橥咚沟睦玫於ɑA。（2）經(jīng)濟意義①減少了瓦斯抽采鉆探工程量和采煤過程中的通風量，進而產(chǎn)生直接與間接經(jīng)濟效益；②減少巖巷掘進量；③獲取較高濃度瓦斯，便于加工利用，能夠獲取直接經(jīng)濟效益；④通過CDM出售減排指標獲取間接經(jīng)濟效益；⑤提高煤礦安生成產(chǎn)效率，產(chǎn)生間接經(jīng)濟效益。在煤礦井下煤層增透抽采瓦斯領域，現(xiàn)行的抽采工藝可概括為兩個方面：卸壓增透抽采和未卸壓抽采。前者需要采掘工程先行，如保護層開采、高位鉆孔抽采、地面采動區(qū)抽采等。未卸壓抽采完全取決于煤層透氣性。本項目實施的水力壓裂實現(xiàn)了未卸壓增透抽采。目前，在未卸壓抽采煤礦瓦斯（煤層氣）領域國內(nèi)外取得了如下進展。世界煤層氣地面開發(fā)經(jīng)歷了30余年的歷史，基本形成了一套系統(tǒng)的工藝技術。我國在經(jīng)歷了20余年艱苦探索后，在山西的沁水盆地、河東煤田、遼寧的阜新等地區(qū)實現(xiàn)了局部商業(yè)化開發(fā)。而支撐整個煤層氣行業(yè)的是地面垂直井水力壓裂完井工藝，盡管叢式井和水平分支井也在積極的試驗，但苛刻的地質與施工要求，在近期內(nèi)難以大規(guī)模推廣。無論是上述哪種完井工藝，都要求煤層氣儲層為原生結構或碎裂結構。因為，只有此類儲層可進行壓裂強化增透。而對于碎粒煤和糜棱煤儲層，由于其自身的力學性質決定了無法煤層本身進行壓裂改造，目前還是地面煤層氣開發(fā)的禁區(qū)。針對這種軟煤，河南理工大學、中國礦業(yè)大學等提出了虛擬儲層強化工藝，即對不可進行本煤層壓裂的煤層，對其頂板或底板圍巖進行壓裂，煤層中的瓦斯以擴散形式運移到頂?shù)装辶严吨袕亩怀椴?。這種工藝近期在山西古交、陜西韓城地面煤層氣開發(fā)井得到了成功試驗，在河南鶴壁、陽泉井下鉆孔煤層壓裂取得的初步成功，在河南鶴壁井下鉆孔虛擬儲層壓裂試驗取得初步效果。瓦斯治理方法眾多，如區(qū)域治理措施中的保護層開采、地面采空區(qū)抽采等，但局限性大，效果差異懸殊。瓦斯治理主要手段為抽采，最常用的是把煤層作為抽采對象。但是，對于原生結構和碎裂煤而言，天然裂隙的連通性較差，且鉆進過程中井孔附近存在污染，如果不采取增透措施，抽采效果差。突出煤層往往為滲透性極差、強度極低的碎粒煤和糜棱煤，直接從其中抽采瓦斯不僅鉆進困難，而且抽采效果差，鉆孔抽采半徑非常小、封孔困難致使抽采瓦斯?jié)舛入y以長期穩(wěn)定。往往以密集布孔、高工程投入為代價進行抽采。各種水力化措施，特別是水力擠出在煤巷掘進消突中起到了一定作用，但也存在不盡人意的方面。目前井下鉆孔水力化增透盡管取得了一定效果，但不夠顯著，尚沒有達到期望的效果，且存在誘發(fā)突出的可能，所以難以得到廣泛推廣。從井下鉆孔本煤層水力擠出試驗看，當壓力經(jīng)過最大值，煤體破裂后，注入流量急劇增加，這時正是裂縫延伸階段，但卻停泵。原因有三：一是觀念上的錯誤，認為此時煤體已經(jīng)破裂，透氣性已經(jīng)增加，無需進一步壓裂；二是由于泵的能力有限，沒有采用大排量泵注，壓裂液嚴重濾失，達不到擴展、延伸裂縫的目的。如果此時采用大排量泵繼續(xù)注入，裂縫會大規(guī)模延伸，可能還會出現(xiàn)第二次破裂，這樣才可達到增加單孔抽采半徑和抽采效率的目的。這正是以往壓裂存在的核心問題，也是本項目要重點突破的難題；第三是對煤層水力壓裂原理認識還不夠深入，從水力擠出的封孔位置、壓裂對象、壓裂結果而言，還存在不能用壓裂原理解釋的現(xiàn)象。同時水力擠出為淺孔、在軟煤中進行，以松動煤體增透為基礎。井下水力壓裂的基本原理將壓裂液（清水）高壓注入煤巖層，克服最小主應力和煤巖體的破裂壓力，使得煤層中原有的裂縫充分張開、延伸、相互溝通，達到增透、導流的目的。水力壓裂的壓力時間曲線反映了水力壓裂的原理，典型的水力壓裂（加砂）曲線如圖3-1所示。圖3-1典型水力壓裂的壓力曲線在圖3-1中，各符號意義如下：延伸壓力PE應為：PE=PE、+△Pf-PW（3-1）式中：PE——延伸時的壓力；△Pf——壓裂孔中的摩擦壓降；PW——壓裂孔中靜液柱壓力；在施工結束或在其他時間停泵時的壓力成為瞬時關閉壓力PISI。瞬時關閉壓力加上靜液柱壓力即為停泵后瞬時井底的延伸壓力，即PE、=PISI+PW（3-2）停泵后壓裂孔及裂縫中的流動全部停止，可以看出，停泵前后的壓力差PE-PISI正是各處的流動阻力。裂縫的閉合壓力PC是裂縫剛剛能夠張開或恰好沒有閉合的壓力，縫中閉合壓力應為：PC=σ、min+PS（3-3）式中：σ、min——地層中最小有效主應力；PS——裂隙液壓力。由于σ、min=σmin-PS，因此有:PC=σmin-PS+PS=σmin（3-4）上式說明裂縫閉合壓力等于地層最小主應力。由壓裂曲線可知，在壓裂初期施工壓力急劇增加，當達到破裂壓力（F點）后，煤巖體發(fā)生破裂，施工壓力下降。但此時僅僅是裂縫破裂而已，還沒有充分延伸，如果此時中斷壓裂，增透效果并不明顯，還需繼續(xù)注入壓裂液使裂縫充分延伸。當壓裂泵停止工作之后，由于注水壓力迅速降低，裂縫開始閉合，但在這個過程中裂縫還在延伸，圖中C點對應裂縫閉合的壓力。隨著壓力再次降低，壓力時間曲線在S點之后趨于平穩(wěn)，S點對應地層壓力。由壓裂曲線可知，在壓裂初期施工壓力急劇增加，當達到破裂壓力后，煤巖體發(fā)生破裂，施工壓力下降。但此時僅僅是裂縫破裂而已，還沒有充分延伸，如果此時中斷壓裂，增透效果將不會明顯。還需繼續(xù)注入壓裂液使裂縫充分延伸。理論上只要裂縫能夠在壓裂層段內(nèi)延伸，不進入頂?shù)装?，注入的壓裂液越多越有利。實驗室試驗也得到了同樣的結論，在壓力最大、聲發(fā)射最強時，氣體產(chǎn)出速率最低，當破裂后壓力降低階段（也是裂縫延伸階段），氣體產(chǎn)出速率快速增加。3.2.1高壓水對煤體結構力學作用的定性分析高壓水注入煤層中存在兩種情況：一種是進入具有彈性的原生結構煤和碎裂煤，一種是進入塑性的碎粒煤和糜棱煤。（1）原生結構煤和碎裂煤水力壓裂對于彈性體水力壓裂而言，其原理是將流體以大于地層濾失速率的排量、克服最小地應力、流體壓力和巖體抗拉強度注入煤巖體，使原有的裂縫進一步的擴張、并形成新的裂縫，造成一個相互連通的裂縫體系，最終增加煤體的滲透性，達到加速瓦斯產(chǎn)出的目的。高壓水進入此類煤體時，壓裂過程可描述為“壓裂—充水張開—再壓裂—再充水張開……”。煤層注水壓裂破壞正是借助流水在煤層各級弱面壓裂充水，借助弱面兩壁面的支撐作用，使弱面發(fā)生張開、擴展和延伸，從而對煤層形成內(nèi)部分割。圖3-2高壓水進入彈性煤體壓開示意圖（1—級弱面；2—二級弱面；3—三級弱面）高壓水在具有彈性的原生結構煤和碎裂煤層中的運動過程可表示為圖3-2。通過以上分析，高壓水在彈性煤體中的壓裂過程，主要依賴于煤體的彈性作用以及弱面的支撐作用。（2）塑性階段煤體水力壓裂高壓水進入此類煤體時時，可描述為“尋找最弱縫隙—撐開—再尋找最弱裂縫……”，但值得注意的是，這個過程是在很小尺度上進行的。圖3-3高壓水進入塑性煤體“壓開”示意圖（1—壓力集中點；2—最弱面；3—穿刺點）經(jīng)過積累最終形成宏觀。由于煤體被破壞成塑性材料，已經(jīng)不存在原生的規(guī)則裂隙，高壓水進入后不能“循規(guī)蹈矩”，而是在某點形成壓力集中，當壓力再次上升，又尋找下一個壓力集中點，這些壓力集中點的軌跡就形成了高壓水的“壓裂裂縫”，由于在每個點只能存在一個最弱裂縫，因此“壓裂裂縫”也表現(xiàn)為單一樣式，可表示為圖3-3。3.2.2水力壓裂的適用性分析通過以上分析，煤體破碎程度在BD段（見圖3-4）時，煤層氣最易產(chǎn)出，此段稱之為最佳滲透率煤體結構窗口，所有水力壓裂工作的目標就是要使煤體結構達到這個窗口階段，位于該階段的煤體進行壓裂可使裂縫寬度和連通性進一步增加。由于煤體處于不同的結構階段，因此，水力壓裂也具有一定的適用性（見表2-1）。圖3-4煤體結構與應力應變的關系表2-1水力壓裂的適用性煤體結構是否適用于水力壓裂原因原生結構煤適用需要開啟裂縫碎裂煤較適用可通過壓裂增透碎粒煤不適用無法產(chǎn)生有用裂縫糜棱煤不適用無法產(chǎn)生有用裂縫渝陽煤礦屬南桐煤田大坪子井田范圍。位于重慶市松藻礦區(qū)中部，緊臨渝黔交界處，行政區(qū)劃屬重慶市綦江縣安穩(wěn)鎮(zhèn)和石壕鎮(zhèn)所轄。地理坐標為東經(jīng)106°40′～106°46′，北緯28°34′～28°40′。主井口坐標X：3167255.169，Y：36373136.887。高程：470.045m。評價區(qū)：南以原勘探標高±0m為界，西以羊叉河與打通一礦為界，北以-200m標高與小漁沱井田為界，東以羊叉灘背斜軸為界。評價區(qū)呈一東西向長條帶形分布，走向長5700m，傾向寬710～940m，面積4.70Km2。渝陽煤礦始建于1966年，1971年投產(chǎn)，設計井型45萬噸/年，采用斜井開拓。工業(yè)廣場及主、副斜井和回風平硐建在金雞巖，在楊地灣設副工業(yè)廣場，建有副井一對（供人行及提矸石用）和310總回風斜井。運輸大巷設計在距M12煤層之下40m的茅口石灰?guī)r中。開采方式為傾斜長壁式。薄煤層、中厚煤層均為綜采，機械通風，水泵排水，膠帶輸送機連續(xù)運煤、電機車運矸，絞車提升、礦燈照明。圖4-1北三區(qū)地層綜合柱狀圖渝陽煤礦所在礦區(qū)含煤地層為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M屬海陸過渡帶潮坪～深湖～碳酸鹽臺地內(nèi)側海沉積體系成煤環(huán)境,煤系地層見圖4-1。渝陽煤礦投產(chǎn)以來，主采煤層為8號和7號煤層，6-3號和11號煤層次之，采空面積10.25Km2。采區(qū)回采率85.3%，礦井回采率61%，投產(chǎn)以來產(chǎn)出煤量1787.03萬噸。開采煤層厚度：6-3號煤層0～1.13m，平均0.54m；7號煤層0～1.40m，平均0.80m，在N3704西瓦斯巷上方位置處，厚度為0.84m；8號煤層0.9～4.44m，平均2.35m；11號煤層0～1.20m，平均0.70m。8號煤層為全區(qū)可采，7號為大部分可采，6-3號和11號煤層為局部可采。該礦主要可采的為8號煤層，大部分可采的7號煤層，局部可采的6-3號煤層、11號煤層。各煤層厚度最小值、最大值及平均值見表4-1。表4-1渝陽煤礦各煤層厚度表煤層6-3781112最小-最大（m）0~1.450.66~1.032.36~3.780.27~1.760.42~0.93平均（m）1.020.842.960.670.60該礦井為煤與瓦斯突出礦井，保護層以7號煤層為主，6-3號煤層及11號煤層為次、8號煤層為被保護層。目前開采最低水平為+150m，最大開采深度555m；茅口運輸大巷已下至標高-200m，為延深開拓作準備。2002年隨著安穩(wěn)電廠（坑口電站）的建設，該礦于安穩(wěn)電站附近又開拓了皮帶斜井，斜井井口坐標X：3169927.22，Y：36377551.47，H：492.24m，井口層位為三疊系下統(tǒng)嘉陵江組四段上部（T1j4），坡度16°，落平標高+150m，準備開采+150～+355m和+150～-200m標高間煤層，直接供安穩(wěn)電廠發(fā)電。4.2.17號煤層基本性質（1）概述7號煤層總厚0.66～1.03m，平均0.84m，中段136-6、CK4號孔揭露煤層不達可采厚度，其余全部達可采厚度。本煤層為簡單結構薄煤層，半暗型煤、瀝青光澤，性堅硬，參差狀斷口，節(jié)理發(fā)育。煤層可采性指數(shù)0.71，厚度標準差0.266，變異系數(shù)33％，為較穩(wěn)定的大部分可采煤層。整體上看，M7煤層為半亮～半暗型煤，呈碎塊狀～塊狀，較硬，結構簡單。該煤層原煤發(fā)熱量26.21～26.25MJ/kg，屬高熱值煤。發(fā)熱量的高低與煤層灰分含量成正比，即煤層灰分含量低、則發(fā)熱量高，反之，則發(fā)熱量低。根據(jù)國家安全生產(chǎn)重慶礦用設備檢測檢驗中心2009年9月24日對渝陽煤M7煤層的自燃發(fā)火傾向檢驗結論：依據(jù)BG/T217-1996《煤的真相對密度測定方法》、GB/T20104-2006《煤自燃傾向性色譜吸氧鑒定法》所檢樣品煤層的自燃傾向性等級為Ⅲ類，屬不易自燃煤。7號煤層為突出煤層，一般選擇該煤層為上保護層超前開采。礦井各煤層瓦斯含量較高，煤層透氣性極差，瓦斯涌出量大。+335m開采水平實測7號煤層瓦斯壓力為1.94Mpa，瓦斯含量達15.68m3/t，孔隙率達15.652%。在N3704西瓦斯巷進行高壓水力壓力之前進行了施工了標準鉆孔，施工地點埋深750m左右，施工過程中對7號煤層進行了取樣，并測試7號煤層的基本參數(shù)。7號煤層的工業(yè)成分分析見表4-2。表4-27號煤層的工業(yè)成分表MadAdVdFcdStdQgr.ad(MJ/Kg)最小值0.6219.468.6349.462.6122.90最大值2.1439.5111.0370.593.9127.96平均值1.4824.729.6765.602.9826.21（2）吸附常數(shù)及煤層瓦斯含量的測定煤的吸附參數(shù)a、b值測定在煤炭科學研究總院重慶研究院的HCA型高壓容量法吸附系統(tǒng)上進行。實驗時煤樣經(jīng)過粉碎后，用60~80目的篩子進行篩去0.2~0.25mm的煤樣，真空干燥后，在恒溫狀態(tài)下放入吸附缸進行脫氣，向吸附缸內(nèi)沖入一定壓力的甲烷氣，使吸附缸內(nèi)的壓力達到平衡，部分氣體被吸附，部分群體以游離狀態(tài)處于死體積中，已知充入的甲烷體積，扣除死空間的有力體積，即為吸附體積。重復這樣的試驗，就可以得到各壓力段平衡壓力與吸附體積量，連接起來即為吸附等溫線，從而求得吸附參數(shù)a、b值。試驗測定結果表明，7號煤層的a、b值分別為20.4352m3/t、0.9873MPa-1。煤層瓦斯含量是計算瓦斯儲量與涌出量的基礎數(shù)據(jù)，也是考察水力壓裂效果、預測煤與瓦斯突出危險性的重要參數(shù)，準確測定煤層瓦斯含量有重要意義。煤礦一般用DGC瓦斯快速含量測定儀測算煤層瓦斯含量，測定方法如下：=1\*GB3①通過記錄煤樣從鉆孔煤層深部取出到封入煤樣筒中的時間，結合在井下及時測量煤樣筒中煤芯的瓦斯解吸速度及瓦斯解吸量，來推算煤芯封入煤樣筒之前的損失瓦斯含量（W1）；=2\*GB3②將煤樣筒帶到地面實驗室后，測量從煤樣筒中的煤芯瀉出瓦斯量，與井下測得的瓦斯解吸量一起計算出煤芯瓦斯解吸量（W2）；=3\*GB3③稱取煤樣筒中的部分煤芯（與全部煤樣具有相似性）兩份，逐份裝入密封的粉碎裝置中加以粉碎，測量在粉碎過程中（粉碎時間3～5min）及粉碎后一段時間（約5min）內(nèi)所解吸出瓦斯量，并以此為基準計算出全煤芯在粉碎后的瓦斯解吸量（W3）；=4\*GB3④常壓吸附瓦斯含量（Wc）為常壓下煤樣吸附的瓦斯含量，為常壓不可解吸量，可采用朗格繆爾方程在標準大氣壓力條件下進行計算：（4-1）式中：a、b——吸附常數(shù)；P——煤層絕對瓦斯壓力，MPa；Ad——煤的灰分，%；Mad——煤的水分，%；——煤的孔隙率，%；——煤的容重（假比重），t/m3.煤樣可解吸瓦斯含量為Wa=W1+W2+W3，而煤的瓦斯含量為W=Wa+Wc。渝陽煤礦備有重慶煤科院研制的DGC型快速瓦斯含量測定儀，7號煤層的瓦斯含量有礦方自行測定，以從壓裂孔中取得的7號煤樣測試結果為例，測定結果如下。圖4-230分鐘井下瓦斯解吸量及其擬合曲線圖4-2為30分鐘井下瓦斯解吸量及其擬合曲線，測算得到W1=3.4074m3/t，W3=3.1012m3/t，W3=6.6054m3/t，Wa=13.114m3/t，WC=2.5633m3/t，則有W=15.6773m3/t。其他孔的測定結果見表4-3。表4-3檢驗孔煤層瓦斯含量測定結果采樣地點數(shù)據(jù)來源瓦斯含量（m3/t）壓裂孔實測7#煤15.67738#煤18.1613距壓裂孔向北

80m處（檢1孔）實測7#煤\8#煤18.3009距壓裂孔向北

70m處（檢2孔）實測7#煤11.37708#煤12.7720距壓裂孔向北

60m處（檢3孔）實測7#煤16.46558#煤16.3746距壓裂孔向北

50m處（檢4孔）實測7#煤16.31458#煤8.6247距壓裂孔向南

60m處（標準孔1）實測7#煤12.62468#煤9.8866平均值14.2345（3）瓦斯壓力測定7號煤層的瓦斯壓力由位于N3702西瓦斯巷的測壓孔測得，標準孔的設計參數(shù)、封孔及壓力情況如表4-4所示，鉆孔瓦斯壓力上升曲線如圖4-3所示。表4-4標準孔（測壓孔）鉆孔參數(shù)表孔號方位角(°)傾角(°)設計孔深(m)終孔位置封孔長度鉆孔功能壓力測壓孔孔07754.6M7煤層頂板封孔值7號煤層底板壓裂前參數(shù)測試1.94MPa圖4-37號煤層瓦斯壓力測定曲線(4)煤層透氣性系數(shù)的測定煤層透氣性系數(shù)是反應煤層瓦斯流動難易程度的標志，煤層透氣性系數(shù)的測定可以分為實驗室內(nèi)測定和現(xiàn)場測定，由于煤層本身又是非均值各向異性介質，因此，煤層的透氣性系數(shù)必須通過實際測定才能確定?，F(xiàn)場測定煤層透氣性系數(shù)常用的方法是以中國礦業(yè)大學周世寧教授提出的采用鉆孔瓦斯自然排放量隨時間變化規(guī)律進行計算，要求等壓力穩(wěn)定后要對測壓鉆孔進行放氣，記錄鉆孔瓦斯流量隨時間變化規(guī)律，具體做法是首先垂直煤層打一貫煤層的鉆孔，密封鉆孔并測出煤層原始瓦斯壓力，測完壓力后，打開閥門，使鉆孔內(nèi)壓力降至大氣壓力，測定出各個時刻鉆孔自然瓦斯排放量，代入相關公式進行計算就可以得到煤層透氣性系數(shù)；另一種是利用鉆孔瓦斯壓力上升隨時間變化情況進行計算的方法，要求必須是自然升壓，主動式測壓方式無法計算。初期，壓力上升較快，應每天觀測，以后壓力趨于穩(wěn)定，觀測時間可適當延長，直到瓦斯壓力達到最大值，然后用公式計算出煤層的透氣性系數(shù)。由于第一種方法需要對測壓鉆孔進行放氣，有標準孔作為預抽觀測孔，不能進行放氣。鉆孔瓦斯流動是徑向不穩(wěn)定流動，求出其流動方程的解析解是困難的。中國礦業(yè)大學在實驗室用相似模型試驗的方法進行試驗，并以相似準數(shù)表達了試驗的結果。徑向不穩(wěn)定流動的計算公式為：（4-2）式中：Y——流量準數(shù)，無因次；——時間準數(shù)，無因此；a,b——無因次系數(shù)。（4-3）t（4-4）式中：P0——煤層原始絕對瓦斯壓力(表壓力加0.1)，MPa；P1——鉆孔中的瓦斯壓力，一般為0.1Mpa；——煤層透氣性系數(shù)，m2/(MPa2·d)；——鉆孔半徑，m；q——在排放時間為t時、鉆孔煤壁單位面積的瓦斯流量，m3/(m2·d)；(4-5)Q——在時間為t時測出的鉆孔流量，m3/d；L—一鉆孔見煤長度，一般為煤層厚度，m；t——從鉆孔卸壓到測定鉆孔瓦斯流量的時間，d；a——煤層瓦斯含量系數(shù)，；(4-6)X——煤的瓦斯含量，m3/t；P——確定煤瓦斯含量時的瓦斯壓力，MPa。說明：公式（4-6）是一種常見的計算瓦斯含量的方法，該式是經(jīng)驗性公式，在低瓦斯壓力下較準確。由于該式的形式簡單，參數(shù)較少，常被應用在各種形式的計算中。另一種常用的計算瓦斯含量的方法是利用朗格繆爾（Langume）方程計算。為了簡化計算，導出如下計算透氣性的公式：（4-7）（4-8）其中：，t由于流量準數(shù)與時間準數(shù)的關系難以用簡單的公式表達，故按時間準數(shù)分段表示，得出以下專門計算透氣件系數(shù)的公式：由于計算透氣性系數(shù)公式式子較多，須采用試算法來確定選取的計算式。即先選用其中任一個式子計算出值，然后將算出的值代人公式，校驗是否在選用公式的適用范圍內(nèi)。如在試用范圍，則選式正確，算出的值即為煤層透氣性系數(shù)；如不在適用范圍，則需重新選公式計算值，更新校驗值是否在選用公式的適用范圍內(nèi)。測定透氣性系數(shù)時應注意如下事項：（1）打測壓鉆孔時要注意有無噴孔，如有噴孔，應測定噴出煤量，然后折合計算孔徑；（2）測定鉆孔瓦斯流量時，可在不同時間多測幾個瓦斯流量值，以便分析距鉆孔不同距離煤體透氣性的變化規(guī)律；（3）卸壓后到測定流量時間長時，鉆孔見煤長度可不取實測值(如鉆孔與煤層面斜交)，而取等于煤厚；如時間短，則L值可取為鉆孔見煤長度。渝陽煤礦7號煤層透氣性系數(shù)的測定借助N3702瓦斯巷的測壓孔進行測定，測定過程中取得的參數(shù)分別代入相應公式，算的煤層透氣性系數(shù)，計算結果如表4-5所示。表4-57號煤層透氣性系數(shù)計算結果表原始壓力/MPa大氣壓力/MPa孔徑/m煤層厚度/m測試時間/d瓦斯含量系數(shù)/Q/m3/d單位面積瓦斯流量/m3/(m2·d)透氣性系數(shù)/m2/(MPa2·d)1.940.10.03750.863813.337.48836.950.0099煤的力學性質的研究，可為煤礦采、掘機械化及相關參數(shù)的計算提供一定的參數(shù)，在煤與瓦斯突出的礦井中，可通過深人研究煤的力學性質，為瓦斯突出預測和防治獲得定量指標，也將為認識突出機理提供定量參數(shù)。圖4-4堅固性系數(shù)測試裝置7號煤層堅固性系數(shù)f值由重慶煤科科學研究分院測試完成，測試裝置示意圖及實物如圖4-4所示。測試時對7號煤層上、中、下部分別采樣測定，測定結果顯示上部硬分層f值小于0.006，中部軟分層f值小于0.1，下部硬分層f值為0.3947，該煤層總體上較軟。在施工穿層孔過7號煤層時，發(fā)生過輕微的噴孔現(xiàn)象，通過鉆孔套筒取煤芯的方法難以獲得較完整煤樣，因此只能通過實驗室制取型煤樣的方法測試7號煤層的基本力學參數(shù)。型煤樣的制作方法如下：將采集的7號煤層煤樣在實驗室粉碎機上粉碎，并篩取粒徑60～80目的煤樣若干，灑入適量清水，達到手試成團效果后，在萬能材料試驗機上，利用加壓成型裝置以100MPa加壓成型。試件加工尺寸為50mm×100mm，如圖4-5所示。將型煤試件放置于80?C的烘箱內(nèi)烘烤，使試件水份與前述原煤工業(yè)分析水份相當，并及時將煤樣置于塑料袋內(nèi)密封保存，以備實驗用。圖4-5制作的7號煤層型煤樣圖4-6煤樣典型的應力應變曲線表4-6煤樣基本力學參數(shù)煤樣極限強度/彈性模量/GPa泊松比（）7號層0.6713.40.31標準煤樣力學性質測試實驗在重慶大學MTS815巖石力學測試系統(tǒng)上進行。測得的煤樣在單軸狀態(tài)下的應力應變曲線如圖4-6所示，經(jīng)過分析計算得到的煤樣基本力學參數(shù)如表4-5所示。實驗結果表明7號煤層型煤樣單軸壓縮強度僅為0.67MPa，彈性模量較低，泊松比較大，說明該煤層型煤樣極易變形，屬于軟煤層。7號煤層位于煤系中部,上距B44.13～8.08m，平均5.73m，下距B3(M8)5.07～7.80m，平均6.24m。煤層頂板以砂質泥巖、粉砂巖為主，有時有細砂巖；直接底板為灰白色粘土巖。煤層總厚0.66～1.03m，平均0.84m，中段136-6、CK4號孔揭露煤層不達可采厚度，其余全部達可采厚度。本煤層為簡單結構薄煤層，半暗型煤、瀝青光澤，性堅硬，參差狀斷口，節(jié)理發(fā)育。煤層可采性指數(shù)0.71，厚度標準差0.266，變異系數(shù)33％，為較穩(wěn)定的大部分可采煤層。8號煤層位于煤系中部，上距M7-25.07～7.80m，平均6.24m，下距B1輔18.30～28.11m，平均24.72m。煤層頂板巖性以泥巖、砂質泥巖為主，局部為炭質泥巖、泥質粉砂巖；底板以泥巖、砂質泥巖為主。煤層總厚度2.36～3.78m，平均2.96m。M8煤層厚度變化不大，屬中厚－厚煤層，簡單～較簡單結構，半亮型煤，一般為粉末狀，少許為細粒狀，底部為片狀及薄層狀，參差斷口。煤層可采性指數(shù)為1，厚度標準差0.571，變異系數(shù)21％，屬穩(wěn)定型可采煤層。M8煤層含矸石0～1層，矸石單層厚度0.21～0.68m，多為泥巖，局部為炭質泥巖。渝陽煤礦煤體類型主要以碎粒煤和糜棱煤為主，根據(jù)井下本煤層水力壓裂適用性，可知在渝陽煤礦碎粒煤和糜棱煤發(fā)育的區(qū)域，實施水力擠出、本煤層水力壓裂難以大幅提高煤層透氣性系數(shù)，無法抽采煤層中的瓦斯氣體，因此，對于這些碎粒煤和糜棱煤發(fā)育的區(qū)域，要開辟新的途徑。對于煤體嚴重破壞的碎粒煤和糜棱煤而言，本身沒有任何殘余強度，是不可進行本煤層水力壓裂強化的儲層；同時這類儲層中煤層氣的運移產(chǎn)出僅僅是擴散，不可能形成滲流，排采半徑非常有限。因此是目前的常規(guī)煤層氣開發(fā)工藝的禁區(qū)，井下處于瓦斯治理目的的抽放也是以密集布置鉆孔而完成的。但以井下密集布置鉆孔來對碎粒煤和糜棱煤進行井下瓦斯抽放，工作量很大，而且抽放效果不甚理想。為此，河南理工大學等單位1998年提出了虛擬儲層強化工藝。該工藝將煤層頂?shù)装遄鳛槊簩託猱a(chǎn)出的層段，即虛擬儲層。通過對虛擬儲層進行水力壓裂強化增透，使得煤層中的煤層氣只需通過擴散方式運移到頂板裂隙中，以達西流形式運移到鉆孔產(chǎn)出。相當于為煤層氣產(chǎn)出建立了一條高速通道。這一工藝于2007年在山西古交進行了成功工業(yè)性試驗。山西古交兩口煤層氣試驗井揭露了兩層煤，間距為18m，全層為糜棱煤，常規(guī)工藝無法實現(xiàn)強化作業(yè)。為此，將這兩層煤之間的18m巖層進行了壓裂，實現(xiàn)了虛擬儲層強化增透。目前已經(jīng)連續(xù)6個月穩(wěn)定在1000~1500m3/t的產(chǎn)量。這一試驗有力支撐了虛擬儲層強化工藝的工程實施可行性，為突出煤煤層氣地面商業(yè)化開發(fā)開創(chuàng)了一條有效途徑。這一工藝同樣適合于井下實施。對于井下鉆層孔壓裂，無論是本煤層，還是頂?shù)装?，目的在于增加其裂縫長度、寬度與連通性，為瓦斯的產(chǎn)出提供高速通道。只要設備能力能夠達到要求和工藝參數(shù)合理，將取得非常明顯的效果。2011年1月，科技公司從寶雞航天動力泵業(yè)有限責任公司引進一套HTB500型調(diào)速煤層壓裂泵組，準備在渝陽煤礦進行穿層孔水力壓裂試驗。該泵組2011年1月28日運抵渝陽煤礦，科技公司、松藻煤電有限責任公司及其下屬渝陽煤礦對該泵組進行了接收工作。圖5-1HTB500型泵組實物照片HTB500型煤層壓裂泵泵組是寶雞航天泵業(yè)有限責任公司針對煤礦井下壓裂工況設計的礦用壓裂泵組，主要用于煤礦煤層水力壓裂及注水、井下排泥等項作業(yè)，該泵組采用YB2-400M-4、400KW隔爆型電動機作為動力，配有BY610Z液力變速器，經(jīng)球籠式同步萬向聯(lián)軸器通過泵側掛齒輪箱減速驅動泵運轉。整套泵組布置在三塊平板車上，便于整體運輸和組裝。HTB500型煤層壓裂泵泵組實物照片及平面圖如圖5-1、5-2所示。圖5-2HTB500型煤層壓裂泵泵組平面圖該泵組的工作原理為：以隔爆型電動機為原動力，經(jīng)液力變速器變速后，通過十字軸式同步萬向聯(lián)軸器及泵側掛齒輪箱減速驅動泵的曲軸作回轉運動，再經(jīng)泵內(nèi)的曲柄連桿副，帶動柱塞作往復運動。最終將原動機輸入的圓周運動轉換為泵內(nèi)柱塞的往復直線運動。HTB500型煤層壓裂泵泵組由HTB500型壓裂泵、YB2-400M-4隔爆型電動機、液力變速器、傳動軸、冷卻系統(tǒng)、吸入和排除管匯、電氣換擋系統(tǒng)、數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)、平板車底座等組成。其中，HTB500型壓裂泵由動力端、齒輪箱、液力端、動力端潤滑系統(tǒng)、液力端潤滑系統(tǒng)和底座（油箱）組成，是泵組的重要組成部分。該泵組性能穩(wěn)定、可靠性高、輸出能力大，最大輸出壓力達50MPa，最大輸出流量達66m3/小時。2011年2月14日，科技公司、松藻煤電有限責任公司、渝陽煤礦、寶雞航天動力泵業(yè)有限責任公司聯(lián)合對泵組進行了地面驗收和調(diào)試，驗收工作結果表明泵組及隨機配件、工具的型號規(guī)格、數(shù)量與供貨清單相符。地面調(diào)試工作共進行了4次，具體情況如下。第一次調(diào)試情況：2月18日，采用盲堵方式，堵死高壓端出口，檔位1和2試驗成功，在調(diào)至3檔時，壓力達到5MPa、流量41.8m3/h后，電動閥門流量不能滿足要求，停止調(diào)試；第二次調(diào)試情況：2月20日，在調(diào)試3檔時，將高壓出口端盲堵打開，安裝手動截止閥，外接35MPa高壓膠管排水。壓力升至32.8MPa時，高壓膠管破裂，停止調(diào)試；第三次調(diào)試情況：2月27日，將膠管換成70MPa、公稱直徑25mm的高壓膠管，進行3、4檔的調(diào)試，調(diào)至4檔時，壓力19.4MPa，流量55m3/h時，高壓膠管爆裂，停止調(diào)試；第四次調(diào)試情況：3月6日，采用兩根70MPa、公稱直徑25mm的高壓膠管并聯(lián)排水，正常調(diào)試并完成4、5檔的調(diào)試。表5-1HTB500型煤層壓裂泵泵組實際工況檔位設計壓力MPa設計流量M3/h實測壓力MPa實測流量M3/h電流A電壓V電動閥門開閉度備注00000541187100%15016.55116.8132~15611325%運行10min23924.537.628.316911768%運行5min332332726.817411503%運行10min421.54919.949.9175~18011683%運行10min5156616.166.620611477%運行15min經(jīng)過調(diào)試，泵組詳細工況如表5-1所示。調(diào)試結果表明，泵組參數(shù)與技術協(xié)議要求基本吻合，各項指標均能達到要求，工況穩(wěn)定。5-3厚壁無縫孔內(nèi)高壓鋼管實物圖圖5-4高壓軟管實物圖高壓管路包括兩部分，即孔內(nèi)聯(lián)接高壓管和孔外聯(lián)接高壓管?？變?nèi)聯(lián)接高壓管為厚壁無縫高壓鋼管，孔外聯(lián)接管為抗高壓軟膠管，分別如圖5-3、5-4所示。煤礦井下的空間有限，壓裂泵不易頻繁搬運，一般是固定在一個位置，對附近的工作面或掘進迎頭等全部實施壓裂后再考慮移泵。同時，為了水力壓裂的施工安全，壓裂泵距離施工鉆孔必須有一定的安全距離，危險區(qū)內(nèi)要撤人并設警戒，防止出現(xiàn)傷害事故。因此隨著不同鉆孔與壓裂泵距離的變化，高壓管路是聯(lián)接高壓泵和壓裂鉆孔的必備設施。水力壓裂管路鋪設應遵循如下原則：1）在瓦斯抽放管路系統(tǒng)選擇中必須滿足下列原則：①壓裂管路要敷設在曲線段、拐彎最少的巷道中。②壓裂管路管路應安裝在不易被礦車或其他物體撞壞的巷道位置上。③應考慮運輸、安裝和維修工作上的方便。2）水力壓裂管路鋪設要求：①水力壓裂鋼管部分管路需涂防腐劑，以防銹蝕。②水力壓裂管路敷設要求平直，避免急彎。③管路敷設時，要求坡度盡量一致，避免高躍起伏；④至孔口部分管路連接完成后要進行密封性檢查，如發(fā)現(xiàn)漏水要及時更換管路及接頭部分。設備連接完成之后，要進行調(diào)試，測試整套設備運行的穩(wěn)定性及管路的密封性?？上汝P閉整個管路進行打壓試驗，壓力不低于25MPa，發(fā)現(xiàn)管路中存在的隱患及時解決。水力壓裂裝備的聯(lián)接順序為輸水管→壓裂泵→高壓水管→鉆孔內(nèi)部管路，附屬設備包括水閥、壓力表、流量表、電控柜等，見圖5-5。圖3-6煤礦井下鉆孔水力壓裂示意圖根據(jù)目前渝陽煤礦礦井生產(chǎn)、采、掘情況，壓裂地點定為-250~-60m水平之間的N3704西瓦斯巷(下)，埋深750m,如圖6-1所示。圖6-1N3704西瓦斯巷下水力壓裂示意圖N3704西瓦斯巷（下）在編尺16m、191m各揭露一巖溶裂隙；在編尺467.5m揭露一干溶洞，含少量瓦斯；在編尺480m揭露一溶洞，含水與瓦斯。壓裂鉆孔為穿層鉆孔，壓裂目標煤層龍?zhí)督M7號煤層，煤系地層主要有砂巖類、泥質巖類及煤組成，砂巖類為半堅硬至堅硬巖石，完整性較好，巖石質量指標為23~100%，其強度受膠結好壞及裂隙發(fā)育程度的影響。自然抗壓強度為6.50-98.90MPa。砂質泥巖為半堅硬至軟弱巖石，完整性也較好，巖石質量指標9-100%，自然抗壓強度為6.85-68.10MPa。泥巖、煤為軟弱巖石，泥巖易風化，遇水易崩解、碎裂，完整性差，巖石質量指標多在42%以下，自然抗壓強度為10.50~14.80MPa。并且砂質泥巖及泥巖等飽和后多有沿層理開裂、膨脹現(xiàn)象，水穩(wěn)性差。由于7號煤層所在煤組地層抗壓強度大、裂隙發(fā)育，煤頂板泥巖遇水易崩解、破裂，且底板泥巖遇水極易膨脹，因此，在N3704西瓦斯巷（下）施工鉆孔進行穿層鉆孔壓裂時，預計破裂壓裂較大，并且在壓裂封孔時封孔材料最好能封至7號煤層的底板泥巖頂，以免在壓裂過程中泥巖膨脹堵塞7號煤層已有壓裂通道，影響壓裂效果。7號煤層平均厚度0.84m，在頂板泥巖破裂后，煤層將作為主要的壓裂對象，煤層層理發(fā)育，并有軟分層發(fā)育，預計注水濾失量較大，一旦高壓水進入煤層，需及時降低泵壓，提高泵排量。因井下壓裂泵組體積較大，因此在下井過程中要做好防護工作，并詳細制定設備下井路線，記錄路線中風門、皮帶等設施的位置，確保整套設備能夠順利通過。結合渝陽煤礦采、掘巷道的開拓部署及壓裂需要，整套設備安放及管路布置如圖6-2所示。圖6-2水力壓裂設備放置示意圖水力壓裂設備與壓裂孔口之間距離不少于100m，需準備不低于50MPa高壓管路140m，且壓裂點與壓裂泵組之間有兩道風門，風門之間的距離為10m?？拷媒M風門與泵組應間距25m，滿足壓裂要求。泵組操作人員及相關專業(yè)技術人員跟蹤水力壓裂全過程，以便及時處理壓裂過程中出現(xiàn)的問題。要求配備主用變壓器，電壓為1140V，功率大于400KW；壓裂期間要求有持續(xù)的供水量，壓力在0.1MPa，水流量在60m3/h以上。壓裂試驗的泵站設置應滿足以下要求：新鮮風流中、泵站位于完善防突風門保護范圍內(nèi)、坡度<0.5%、長度>15.0m、高度>1.8m、寬度>2.5m、支護良好、排水良好；>1.2m3/min水源、0.5MPa壓風、1140V-400KW防爆電源、通訊暢通、瓦斯傳感器、監(jiān)控分站、照明、巷道通暢無雜物、無積水。設備連接完成之后，要進行調(diào)試，測試整套設備運行的穩(wěn)定性及管路的密封性?？上汝P閉整個管路進行打壓試驗，壓力不低于25MPa，發(fā)現(xiàn)管路中存在的隱患及時解決。為了準確地獲取煤層參數(shù)，并檢驗壓裂效果及測試抽采半徑。本次陸續(xù)共布置標準孔2個、壓裂孔1個、檢驗孔15個，各孔位置如圖6-3所示。圖6-3鉆孔布置示意圖由于N3704西瓦斯巷（下）為未大面積勘探開發(fā)區(qū)域，目前的鉆孔設計只能以現(xiàn)有底板等高線為依據(jù)，且龍?zhí)督M地層較為復雜，因此，在施工鉆孔過程中應嚴格對孔內(nèi)巖芯進行描述，詳細記錄鉆孔鉆進長度及鉆進所遇巖性的長度及深度，尤其是當鉆進至煤層后，一定要詳細記錄鉆進煤層編號、位置及厚度。嚴格控制鉆孔施工質量及封孔質量,在施工鉆孔過程中，首先確保鉆機穩(wěn)定，之后保證鉆進高速慢進，使孔口以里40m保持筆直，以便保證封孔質量。由于壓裂地點頂板為砂質泥巖，層理較為發(fā)育，因此，壓裂孔施工完成后要及時封孔并盡快進行壓裂，以免孔坍塌造成壓裂失敗。各鉆孔的具體施工參數(shù)見表6-1。表6-1鉆孔施工參數(shù)及功能孔號方位角（°）傾角（°）距巷底開孔高（m）孔長（m）鉆孔功能標準孔1#077256參數(shù)測試標準孔2#077257參數(shù)測試壓裂孔077257壓裂鉆孔檢驗孔1#077260效果檢驗半徑考察檢驗孔2#077257.75同上檢驗孔3#077257.75同上檢驗孔4#077258.5同上檢驗孔5#077239.75同上檢驗孔6#27054270.5同上檢驗孔7#9061.5269.9同上檢驗孔8#077255.5同上檢驗孔9#27061245.6同上檢驗孔10#9054282.5同上檢驗孔11#9049282.5同上檢驗孔12#9047295.25同上檢驗孔13#9041294.5同上檢驗孔14#27045280.25同上檢驗孔15#077257同上備注（1）根據(jù)第一個施工鉆孔的實際數(shù)據(jù)修正其它鉆孔的施工參數(shù)；(2)原先設計的標準孔受到了水力壓裂影響范圍，故重新施工標2孔。檢5、檢9在打鉆過程中，由于鉆進問題報廢。（3）由標2孔測試7#煤層瓦斯壓力；（4）鉆孔孔徑均為75mm，壓1孔鉆進至7號煤層頂板3m止，其它鉆孔鉆進至7號煤層頂板2m止。根據(jù)以往歷次水力壓裂封孔長度及深度的基礎上，結合裂隙方向、地應力場方向、鉆孔方向及7號煤層的層位的關系，得此次的壓裂封孔由孔口封孔至7號煤層底板。采用高標號水泥注漿進行封孔。封孔示意圖見圖6-4。圖6-4封孔示意圖圖6-4注漿花管示意圖注意事項：（1）鉆孔用φ75mm鉆頭開孔，鉆進至穿過7號煤層頂板3m停鉆，用φ94mm鉆頭由3孔口擴孔至孔內(nèi)不少于10m處；（2）孔內(nèi)壓裂管內(nèi)徑為25mm，壁厚8mm的無縫鋼管，每根長2m，用相應接頭進行連接；壓裂管前端為4m花管，花管外用紗布包裹；孔外壓裂管管內(nèi)徑為25mm，壁厚為13mm，抗壓能力不小于50MPa，每根長2m，與孔內(nèi)壓裂管、三通、管與管之間均采用抗高壓接頭進行連接；（3）封孔注漿管采用6分鋼管，每根鋼管長2m，兩頭套絲，采用管箍連接，距孔口6m開始鉆孔，一周3個孔，不在同一圓周上，孔間距0.2m，孔徑Φ8mm（如圖6-5所示）。注漿管口與球閥連接，球閥與注漿泵注漿管連接；注漿時開啟球閥，注漿結束后及時關閉球閥；（4）封孔段內(nèi)端采用“馬尾巴”封堵，其方法是將“馬尾巴”綁結實在壓裂管上，當壓裂管花管穿過7號煤層時停止送管，向孔外方向拉動壓裂管，“馬尾巴”收縮，起到封堵水泥砂漿及過濾水的作用?！榜R尾巴”長度不小于1m，條數(shù)以與孔壁較緊密接觸為準，為與壓裂管綁捆結實，可在壓裂管上焊接小齒；（5）封孔段外端采用注入聚氨酯封堵的辦法，封堵段長度不小于1.5m；（6）注漿液要求抗壓強度不小于20MPa，抗收縮能力強，主料為標號不小于425#水泥，配料為標號32.5#的白水泥，白水泥的作用是加快水泥固結和增加水泥固結后的強度，二者比例為3.5:1；（7）為減小下管阻力，注漿管與壓裂管可捆綁同下，但要注意在孔口注漿管與壓裂管應有長度差，以便順利安裝三通、球閥等；注漿人員連接注漿泵壓風及注漿管路，開壓風運轉注漿泵；開啟攪拌機觀察攪拌機是否運轉正常；將注漿材料運至攪拌機附近，注漿系統(tǒng)試運轉并確認正常后，將水和水泥、外加劑按比例加入料攪拌桶，不停攪拌；將注漿管路與孔口管連接，開泵開始注漿；注漿結束后在攪拌機中加入清水，開啟注漿泵進行洗泵，至注漿管出漿為清水時停止。封孔所需設備及材料如表6-2所示。表6-2注漿所需主要器材表序號名稱規(guī)格單位數(shù)量作用1注漿泵臺1注漿2攪拌裝置臺2攪拌3注漿鋼管2m不鉆孔（4分）根4注漿管4注漿鋼管2m帶鉆孔（4分）根2注漿花管5管接頭4分管接個6連接6棉紗（馬尾巴）Kg2捆綁在壓裂管上7鐵絲16號m50捆綁注漿管與壓裂管8老虎鉗把2擰鐵絲9三通抗壓能力50MPa以上個1壓裂管與進水管接頭10截止閥（球閥）個1控制注漿11管鉗18〃把2操作工具12活口扳手18〃把113螺絲刀平頭、梅花把各114塑料壺25L個2盛放聚氨酯15聚氨酯封孔1.5m16水泥425#以上噸117水泥配料待定膨脹增強防收縮備注注漿泵所需管路及與注漿管的連接由礦方根據(jù)注漿泵情況進行配置判斷注漿是否完成可結合以下三個方面進行：①提前計算需注入漿液量；②待泵壓上升至最大值并開始下降，下降值持續(xù)2min后停泵認為完成注漿封孔工作；③當有部分清漿液由壓裂管流出，并滴流成線，可停止注漿，認為完成注漿封孔工作；本次以③為主進行判斷，①、②判斷為輔。為及時掌握壓裂情況，有效控制壓裂過程中的瓦斯?jié)舛瘸迒栴}，特在壓裂實施過程中布置壓裂監(jiān)控點，如圖6-5所示。通過數(shù)據(jù)傳輸，壓裂泵站瓦斯在試驗人員可直接監(jiān)控瓦斯?jié)舛忍筋^。圖6-5瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測探頭及觀測探頭布置示意圖壓裂實施過程中，井下泵站操作人員密切觀測瓦斯?jié)舛忍筋^，掌握壓裂期間巷道的瓦斯?jié)舛茸兓闆r并詳細記錄，一旦發(fā)現(xiàn)瓦斯?jié)舛犬惓?，要及時進行泵注程序調(diào)整。瓦斯探頭濃度超限（按0.8%設計），則暫停注入。待標壓1號孔施工完成后，封孔至7號煤層底板，在孔口安裝瓦斯壓力表，測試7號煤層瓦斯壓力，壓力值穩(wěn)定后，卸壓力表裝流量計測試壓裂前煤層瓦斯自然流量，自然流量觀測時間不少于10天，每天記錄數(shù)據(jù)不少于30組。煤層瓦斯壓力測試記錄開始3天，每一個班記錄一個壓力值，之后，每天記錄一個壓力值。同時，在施工標1孔的同時，當其鉆進至7號煤層時，用取巖心管取煤樣進行水分測試。當流量觀測完畢后，計算壓裂的7號煤層的瓦斯流量衰減系數(shù)、煤層透氣性系數(shù)。壓1孔施工完成后進行不小于3天的自然瓦斯流量測試，如果工期允許，可延長測試時間并測試其抽采瓦斯流量、濃度等相關參數(shù)。加工孔內(nèi)連接管與四分管連接的變徑接頭，根據(jù)流量大小使用孔板流量計或煤氣表測試并記錄鉆孔瓦斯流量。在記錄過程中需注意將抽采管拔下后待孔內(nèi)流量基本穩(wěn)定再測試自然流量，自然流量的測試為在壓裂結束3日內(nèi)每班進行測試，每次連續(xù)測試數(shù)據(jù)不小于30組，之后，每日進行測試，連續(xù)測試數(shù)據(jù)不小于30組。觀測時間不少于10天。在測試自然流量的基礎上，計算鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)。目前，井下鉆孔水力壓裂半徑可使用微震法、水分對比法、參數(shù)對比法等，以及根據(jù)實際注入水量確定壓裂半徑是施工鉆孔。因此，在距壓裂孔兩端20m、30m的地方分別施工檢1和檢2孔，考察在壓裂完成后各檢驗孔瓦斯自然流量、衰減系數(shù)、煤層瓦斯抽采流量、抽采濃度等相關參數(shù)。同時，統(tǒng)計以往在該區(qū)域抽采的相關數(shù)據(jù)進行對比，結合標1孔壓裂之前數(shù)據(jù)測試結果，最終確定壓裂有效半徑。在壓裂結束后，觀測自然流量及瓦斯抽采數(shù)據(jù)，如數(shù)據(jù)較未壓裂前相比增大30%以上，則認為壓裂成功，接入抽采管路正常抽采。如若壓裂自然流量、抽采數(shù)據(jù)等沒有明顯增大則認為此次壓裂失敗，分析失敗原因，重新接入壓裂泵組，根據(jù)第一次壓裂泵注程序設計及壓裂情況進行第二次壓裂泵注程序設計，同時實施第二次壓裂，如此反復直至取得較為明顯的效果或巖壁、構造等出水導致壓裂失敗。壓裂結束后應及時總結，含設備運行、管路連接、封孔材料及參數(shù)、泵注優(yōu)化、現(xiàn)場組織實施、安全技術措施等與壓裂相關內(nèi)容，并及時組織科研技術人員開展水力壓裂座談會，總結壓裂中的得與失，吸取教訓，積累經(jīng)驗，培養(yǎng)隊伍，早日形成較為完善的水力壓裂工藝技術及素質高、技術硬的水力壓裂施工隊伍。為了配合泵組的順利運行，對現(xiàn)有的供水供電方案進行了升級改造，具體供水供電方案如下：供水方案：將HTB500型煤層壓裂泵組供水管路與生產(chǎn)用水設備分開，現(xiàn)有的供水管路用于正常生產(chǎn)設備及防塵供水，新建水治瓦斯設備的供水系統(tǒng)，其具體實施方案如下：在150人行暗斜井下車場8寸供水管變2寸供水管點起，鋪設一趟DN150mm的臨時供水管路向泵組供水，長度1300m。安裝一個控制閘閥，在N3704西瓦斯巷（下）進行中壓注水、水力壓裂、水力割縫時，打開閘閥，向泵組供水。供電方案：在-60運輸大巷的N3704東瓦斯巷岔口安裝1臺KBSGZY-630/6的隔爆型移動變電站，專供高壓水力壓裂設備和水力割縫設備的供電，6kV電源來自北三區(qū)變電所。

壓裂孔（1#孔）于2011年4月8日早班施工完成，施工至9.88m時孔內(nèi)有少量水流出，因此施工方式改為水力排渣，鉆孔終孔孔徑為Φ75mm，終孔位于7號煤層頂板以上3m，共計孔深57m?？紤]到封孔的需要，在孔口10m長度范圍內(nèi)將孔徑擴大為Φ108mm,壓裂孔施工過8號煤層時有輕微噴孔現(xiàn)象。渝陽煤礦N3704西瓦斯巷（下）穿層水力壓裂于2011年4月19日16時43分開始，于2011年4月20日21時32分結束，有效壓裂時間為10小時30分。此次壓裂分為了兩個階段，第一階段持續(xù)時間為278分鐘，第二階段持續(xù)350分鐘。第一階段于2011年4月19日16時43分開始壓裂，結束時間為21時28分，壓裂時間總計278分鐘，注入水量為22.74m3。第一階段的壓裂壓力、流量與時間的關系曲線見圖7-1。在第一階段的水力壓裂過程中，前10分鐘檔位是空檔，泵組空轉運行，其目的是觀測泵組工作狀態(tài)是否穩(wěn)定，以檢測泵組運轉是否正常。經(jīng)檢測泵組運轉情況正常，供水泵開始工作，并將檔位切換至1檔，開始向壓裂孔注水。經(jīng)計算，管路及泵組充填所需水量約為0.48m3，在約3分鐘后，管路充填完成，隨后開始調(diào)節(jié)電動調(diào)壓閥的閥門開度，主泵輸出壓力開始逐步增大。圖7-1水力壓裂第一階段壓力與流量曲線圖7-2水力壓裂第二階段壓力與流量曲線第一次煤巖層產(chǎn)生破裂的時間為第111分鐘，此時壓力從45.1Mpa突降至36.1Mpa，流量從1.2m3/h升至2.6m3/h，流量增大了近2倍。在此之后的15分鐘內(nèi)壓力和流量都未再有所大的變化，根據(jù)圖3-1顯示的高壓水力壓裂原理，可以判定此時在煤巖層中形成了一條裂隙，之后為裂隙的延伸過程。為了增大裂隙，繼續(xù)降低了壓力閥的開度，當開度為2%時，泵組輸出工作壓力超過泵組預先設定的警戒值（55Mpa）時，泵組啟動保護系統(tǒng)，自動停止運轉，原來產(chǎn)生的裂隙由于地應力的作用而閉合。泵組重新啟動后，在壓力達到42Mpa時，裂隙重新開啟，并在第157分鐘時裂隙充填飽和，數(shù)據(jù)表現(xiàn)為壓力升高，流量降低。第二次煤巖層產(chǎn)生破裂是在第164分鐘，此時壓力由40.8Mpa降至36.1Mpa，流量由0.9m3/h升至16.1m3/h，達到了1檔的額定排量，這種狀態(tài)持續(xù)55分鐘，在此期間曾切換了2檔，但注水流量和注入壓力變化均不明顯，說明此時形成了一條較大的裂隙，但向裂隙內(nèi)注水的阻力很大，說明裂隙擴張進程緩慢。第二階段的水力壓裂是在第一階段產(chǎn)生的大量裂隙的基礎上繼續(xù)進行水力壓裂的。第二階段于2011年4月20日15時42分開始，持續(xù)時間為350分鐘，即于2011年4月20日21時32分結束，壓入水量約為97m3。第二階段的壓裂壓力、流量與時間的關系曲線見圖7-2。在第一階段已形成大裂隙基礎上，在第二階段注水壓裂過程10分鐘時，壓力達到37.2Mpa，流量達到16.6m3/h，此狀態(tài)一直持續(xù)了296分鐘。在此過程中，壓力在±2Mpa范圍內(nèi)波動，流量在±1.5m3/h范圍內(nèi)波動。期間有44分鐘為試用2檔與查看壓裂孔時間。壓裂過程中表現(xiàn)出壓力和流量比較高，且比較穩(wěn)定，這可能由兩個方面的原因造成，第一破裂面為煤巖層交界面，壓裂中高壓水一直沿著此面延深；二為注水后產(chǎn)生的裂隙內(nèi)的瓦斯的高反作用力。本次壓裂的兩個階段總計10小時30分鐘，注入水量達109.72m3，壓裂過程中最高壓力值為50.3Mpa，壓裂地點的起裂壓力在40~45MPa之間，延伸壓力36~39MPa之間。壓裂曲線表現(xiàn)為鋸齒狀，表明整過程中產(chǎn)生了較多的微型裂隙，這些裂隙將將會顯著增大煤層的透氣性，并降低瓦斯抽放難度。在煤層中一旦造成裂縫，隨著壓裂液持續(xù)進入裂縫中，裂縫將向三個方向延伸，即在裂縫長度、寬度及高度上都要延伸。目前，在計算裂縫幾何尺寸上，常將縫高定為常數(shù)（僅為計算方便）。圖3-1是壓裂施工過程中比較常見的壓力（泵壓）變化曲線，它描述了從開泵到停泵后的壓裂壓力變化的全過程。它清晰反應了井下水力壓裂的基本原理，井下水力壓裂的基本原理與地面煤層氣井相同，即將高壓壓裂液壓入煤層，克服最小主應力和煤巖體的破裂壓力，使得煤層中原有的裂縫充分張開、延伸、相互溝通，達到導流的目的。從圖上看到煤層破裂時，壓力增高，這正反映出壓裂孔周圍由于兩個水平應力所形成的應力集中及其他相關應力與阻力。煤層破裂后，裂縫在較低的壓力下延伸，裂縫的延伸壓力隨著裂縫向地層內(nèi)部延伸而稍加延伸有增加，這是由于縫長增加導致流體在縫中中流動阻力增加的緣故。結合渝陽煤礦實際壓裂曲線，可以看出，圖4-2顯示的220分鐘之前表現(xiàn)出了一個較完整的壓裂過程，清楚地記錄了裂縫起裂和裂縫延伸過程。結合圖4-4的分析，渝陽煤礦N3704西瓦斯巷上方的起裂壓力在40~45MPa之間，延伸壓力36~39MPa。根據(jù)渝陽煤礦水力壓裂施工進度，結合實際情況，本次共取四個檢驗孔作為壓裂效果考察，按照公式（4-2）~（4-8）的計算方法，用檢驗孔1、檢驗孔2、檢驗孔3、檢驗孔4記錄的參數(shù)計算壓裂后各個孔測得的7號煤的透氣性系數(shù)和流量衰減系數(shù)，對比7號煤層原始透氣性系數(shù)（表4-5），來評價7號煤層的瓦斯抽放難易程度。具體計算結果見表8-1。表8-1透氣性系數(shù)及流量衰減系數(shù)孔號λ（m2/MPa2?d）β（d-1）抽放難易程度檢驗13.630.09容易抽放檢驗21.730.14容易抽放檢驗30.720.48可以抽放檢驗40.750.13可以抽放壓裂前0.0099\較難抽放對比發(fā)現(xiàn)，本次壓裂大大提高了7號煤的透氣性系數(shù)。根據(jù)礦井瓦斯抽放管理規(guī)定：鉆孔流量衰減系數(shù)小于0.003d-1、煤層透氣性系數(shù)大于10m2/MPa2?d時，容易抽放；而鉆孔流量衰減系數(shù)在0.003~0.005d-1之間、煤層透氣性系數(shù)在0.1~10m2/MPa2?d之間時，可以抽放。與表4-5的計算的煤層透氣性系數(shù)結果相比較可以看出，高壓水力壓裂后7號煤層透氣性系數(shù)增大了50倍以上。7號煤的瓦斯抽放程度從較難抽放提高到了可以抽放的程度。按照表6-2的檢驗孔設計方案，共施工了壓裂孔1個，標準孔2個，壓裂后施工了15個檢驗孔，作為壓裂的有效半徑考察以及壓裂效果參數(shù)測試孔。壓裂孔的施工參數(shù)：方位角0°，傾角77°，鉆孔長度57m。用聚氨酯和水泥漿封孔，封孔長度為52m，封孔位置為7#煤層底板。抽采測試數(shù)據(jù)如表8-2所示。表8-2壓裂孔抽采參數(shù)測試數(shù)據(jù)表測試時間流量(L/min)濃度(%)純量(L/min)負壓（kPa）2011.5.114.41.00.04422011.5.161.21.00.01482011.5.1713.01.00.13252011.5.192.33.00.07282011.5.2029.075.021.75552011.5.2124.377.018.74582011.5.227.329.02.13402011.5.2323.031.07.13612011.5.2417.7152.6540檢1#孔的施工參數(shù)：方位角0°，傾角77°，位于壓裂孔向北80m處，鉆孔長度60m。用4分鋼管加聚氨酯和水泥漿封孔，因為噴孔嚴重，將鉆孔內(nèi)堵塞，封孔長度為47.2m，封孔位置為8#煤層底板。抽采測試數(shù)據(jù)如表8-3所示。表8-3檢驗1#孔抽采參數(shù)測試數(shù)據(jù)表測試時間流量(L/min)濃度(%)純量(L/min)負壓（kPa）2011.5.821.630.06.5402011.5.920.030.06.0432011.5.1017.030.05.1382011.5.1115.535.05.4522011.5.1210.840.04.3392011.5.136.135.02.1352011.5.149.617.01.6382011.5.158.215.01.2262011.5.166.747.03.1332011.5.1748.065.031.2182011.5.1966.785.056.7452011.5.206.740.02.7652011.5.2115.351.07.8432011.5.2221.026.05.5352011.5.231.36.00.1452011.5.244.3221.010表8-4檢驗2#孔抽采參數(shù)測試數(shù)據(jù)表測試時間流量(L/min)濃度(%)純量(L/min)負壓（kPa）2011.5.824.223.05.6402011.5.96.620.01.3422011.5.105.223.01.2362011.5.116.617.01.1522011.5.124.914.00.7352011.5.133.125.00.8362011.5.143.315.00.5372011.5.152.823.00.6262011.5.162.637.01.0332011.5.1711.940.04.8192011.5.1914.053.07.4452011.5.205.031.01.6652011.5.215.763.03.6432011.5.223.318.00.6322011.5.230.31.00.0482011.5.244.3210.95檢2#孔施工參數(shù)：方位角0°，傾角77°，位于壓裂孔向北70m處，鉆孔長度57.75m。采用普通水泥漿封孔，封孔長度為10m。抽采測試數(shù)據(jù)如表8-4所示。檢驗3#孔的施工參數(shù)：方位角：0°，傾角：77°，位于壓裂孔向北60m處，鉆孔長度：57.75m。采用普通的水泥漿封孔，封孔長度為8m。抽采測試數(shù)據(jù)如表8-5所示。表8-5檢驗3#孔抽采參數(shù)測試數(shù)據(jù)表測試時間流量(L/min)濃度(%)純量(L/min)負壓（kPa）2011.5.764.81.00.6352011.5.972.68.05.8442011.5.1050.012.06.0472011.5.1142.913.05.6502011.5.1233.215.05.0462011.5.132.520.00.5362011.5.1410.413.01.4352011.5.1514.417.02.4382011.5.169.08.00.7332011.5.1732.97.02.3212011.5.1916.77.01.2312011.5.2016.71.00.2602011.5.2113.345.06.0382011.5.227.718.01.4322011.5.2311.315.01.7512011.5.244.31.00.018表8-6檢驗4#孔抽采參數(shù)測試數(shù)據(jù)表測試時間流量(L/min)濃度(%)純量(L/min)負壓（kPa）2011.