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1、水力壓裂技術在嚴重突出煤層應用摘要：文章研究了高位瓦斯抽采巷采用水力壓裂技術掩護煤巷掘進的主要技術原理，闡述了水力壓裂措施的實施效果，著重總結了水力壓裂技術的要點。研究表明，在嚴重煤與瓦斯突出的礦井，平煤神馬集團十二礦區(qū)采用水力壓裂技術后，通過瓦斯抽放，有效地降低了突出煤層的瓦斯含量，釋放了巷道煤巖的彈性能，達到了防治煤與瓦斯突出的效果，使突出煤層巷道掘進速度提高了兩倍左右。關鍵詞：水力壓裂；突出煤層；防突措施中圖分類號：TS713 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2012）22-0121-031 概述十二礦位
2、于平頂山礦區(qū)東部，從1989年至今共發(fā)生煤與瓦斯突出27次。隨著開采深度的增加，地應力、瓦斯壓力、瓦斯涌出量都不斷增加，各種動力災害變得比以往更為復雜和嚴重，煤與瓦斯突出危險直接威脅著礦井的安全生產。結合多種防突措施的局限性，針對目前開采的己15煤層的特點研究出有針對性的防突措施，對于礦井安全生產有著重要的指導意義。2 水力壓裂技術的作用機理7水力壓裂作用于煤體是一個逐漸濕潤煤體、壓裂破碎煤體的過程。在水力壓裂的前期，注水壓力和注水流量呈線性升高；隨后，注水壓力與流量反向變化，并呈波浪狀。這直觀反映出了在注水初期，具有一定壓力和流速的壓力水
3、通過鉆孔進入煤體裂隙，克服裂隙阻力運動；隨后，當壓裂液充滿現(xiàn)有裂隙后，水流動受到阻礙，由于煤體滲透性較低，水流量降低，壓力增高而積蓄勢能；當積蓄的勢能足以破裂煤體形成新的裂隙時，勢能轉化為動能，壓力降低，水流速增加；當壓力水攜帶煤泥堵塞裂隙時，煤體滲透性降低，水難以流動，使流量下降，壓力上升。己15－17200進風巷采用水力壓裂作為區(qū)域瓦斯防突主要技術，通過施工穿層水力壓裂鉆孔，實施高壓注水可以濕潤煤體，增加煤層硬度，增加煤層透氣性，提高瓦斯抽放濃度，改變煤層結構和應力分布，對水力壓裂影響區(qū)域進行卸壓，以解決己15煤層掘進期間的煤與瓦斯突出
4、問題，從而達到安全生產的目的。3 工作面概況己15-17200進風巷位于己7采區(qū)中部，該巷道設計總工程量984.5m，沿己15煤層頂板掘進。己15－17200進風巷標高－567～－551m，對應地面標高190～230m，垂深741～797m之間。己15煤層產狀105°∠8～20°，煤厚3～3.7m，瓦斯壓力2.1MPa，原始煤層瓦斯含量24.35m3/t。己157－17200進風巷位于己14－17200進風巷上部30m，己14－17200進風巷與己15－17200進風巷層間距為12～14m，兩巷內錯布置。4 區(qū)域瓦斯治理方案己15-1720
5、0進風巷區(qū)域瓦斯治理采用配套技術措施，使用穿層水力壓裂和穿層抽放鉆孔相結合治理瓦斯。從己14－17200進風巷向己15－17200進風巷實施穿層預抽孔、壓裂以及重復壓裂等區(qū)域防突措施。4.1 穿層水力壓裂孔結合己15-17200工作面區(qū)域自身煤層埋藏深、地應力大、瓦斯壓力高等特點，確定水力壓裂影響半徑為10m。設計從己14－17200進風巷向己15－17200進風巷施工穿層水力壓裂鉆孔，鉆孔設計孔徑75mm，孔間距為20m，開孔高度距巷道底板0.4m，布置在相鄰兩組抽放鉆孔的中間位置，終孔以進入己15煤層底板0.5m為準。4.2 穿層抽放鉆
6、孔7通過瓦斯抽放，可以有效地降低己15煤層的瓦斯含量，釋放煤巖的彈性能，達到防治煤與瓦斯突出的效果。設計從己14－17200進風巷向己15－17200進風巷施工穿層抽放鉆孔，在巷幫上每5m設計1組穿層抽放鉆孔，每組7個鉆孔，分別控制巷道輪廓線外15m、10m、5m及巷道中心位置，穿層抽放鉆孔設計孔徑75mm，孔深以進入己15煤層底板0.5m為準。5 水力壓裂技術要點5.1 水力壓裂設備及選型水力壓裂注水系統(tǒng)由注水泵、水箱、壓力表等部分組成。注水泵選用無錫威順煤礦機械有限公司產額定壓力為31.5MPa、額定流量為400L的BRW400/31.
7、5-37X4A型煤礦用乳化液泵。為便于操作和控制，注水泵安裝有壓力表、水表及卸壓閥門等附件，水箱容積2m3。高壓供水管路選用直徑51mm、壓力31.5MPa的高壓油管。水力壓裂孔孔內封孔段采用直徑32mm的無縫鋼管，提前將快速接頭四周棱角打磨平滑，無縫鋼管兩端焊接中間接頭，無縫鋼管管路之間用快速接頭進行連接，孔口用快速接頭將無縫鋼管和高壓油管連接起來。5.2 封孔深度和工藝7壓裂孔里面封孔深度為煤巖結合處。施工完水力壓裂孔后，使用高壓風將孔內粉塵和碎渣排凈，用無縫鋼管對該鉆孔進行順通，確定無阻礙物后方可開始進行孔內注漿段的封堵，在無縫鋼管前
8、端5m左右處用毛巾包裹封孔藥進行鉆孔的前端封堵。待封孔藥發(fā)效并將鉆孔封堵嚴實后，用注漿泵將稀釋濃度為50%的水泥漿注入穿層壓裂鉆孔內；凝固48小時后，進行水力壓裂。壓裂結束孔內壓
