xxx矿Ⅱ10310底抽巷水力压裂实施方案

1xxx煤矿Ⅱ10310底抽巷水力压裂增透实施方案xxx煤矿2014年9月2xxx煤矿Ⅱ10310底抽巷水力压裂增透实施方案为进一步提升抽放效果，实现抽放最大化，朱仙庄煤矿拟在Ⅱ10310底抽巷9#钻场内实施“高压水力压裂技术”。以期达到“增透、卸压、消突”的作用，从而真正实现快速达标、经济防突的目的。一、组织保障措施为确保水力压裂工作安全顺利进行，矿成立水力压裂领导小组。组长：副组长：成员：小组成员职责组长：负责水力压裂工作的总体实施安排；压裂进行前，由总工程师组织所有相关人员召开水力压裂实施专题会，对压裂工作进行统一安排。副组长：协助组长进行水力压裂各项工作实施安排。瓦斯办：负责编制水力压裂实施方案，考察收集试验数据，对水力压裂各项工作进行日常监督协调。技术科:负责安排队伍对压裂地点巷道围岩进行喷注浆加固。防突区：负责按照设计施工水力压裂钻孔，并编制专项钻孔施工安全技术措施。机电科：负责监督落实机电设备管理等要求。保运二区：负责水力压裂设备井下安装及调试工作，水力压裂期间每班安排专人负责水力压裂以及高压管路维护。安监处：负责监督本措施落实情况。掘进二区：负责按照设计要求加固压裂地点的巷道围岩；负责在水力压裂打钻地点施工一个水漾子及排水管路的铺设。3二、试验地点基本概况1、试验地点概况Ⅱ10310底板抽排巷拨门施工位置位于矿井Ⅱ3采区Ⅱ837瓦斯抽排巷内，巷道设计全长415.48m（平）,从Ⅱ837瓦抽巷L15点后9米处拨门按327°53′23″方位施工97.82m（平），再按309°13′59″方位施工251.18m（平），最后再按275°8′7″施工66.48m(平)与Ⅱ水平轨道大巷贯通。Ⅱ10310底抽巷设计为半圆拱形断面，断面尺寸为4.2×3.5m，设计支护形式采用一次锚网喷支护，过断层、近煤层掘进、近一灰等特殊地段采用架棚+喷浆复合支护。目前该巷道已掘进300m，并按照设计施工了10个巷帮钻场，钻场分布于巷道两帮，间距15m。巷道下帮钻场负责施工机巷条带孔，钻孔控制范围为上下15m；上帮钻场负责施工工作面内部钻孔。钻孔间排距均按5×5m布置。目前2#、3#、4#钻场的穿层钻孔已施工结束，正在施工5#、6#钻场的穿层钻孔。2、水力压裂地点煤层顶底板情况Ⅱ10310底板抽排巷位于10煤层下10～44m，标高-716.8m，施工岩性以砂岩、砂质泥岩为主，局部段在泥岩中施工。根据现有地质资料来看，煤岩层倾向为65°～55°，倾角为22°～28°，沿巷倾角4°～21°。10煤老顶为中、细粒砂岩，厚度2.0～4.0m；直接顶为层厚不稳定的深灰色泥岩，厚度1.0～2.0m。老底为细砂岩，厚度6.0～12.0m；直接底为深灰色砂质泥岩，厚度1.0～3.0m。附图1：Ⅱ10310底抽巷综合柱状图。4Ⅱ10310底抽巷综合柱状图组统系岩石名称地层厚度最小～平均地层厚度岩性描述最大（m）（m）岩性柱状泥岩十煤层细砂岩2.09.0砂质泥岩6.0～12深灰色砂质泥岩与灰色细砂岩互层，见细纹水平层理。深灰色块状含云母及植物化石碎片。黑色，顶为粉末状，下为碎块状，油脂光泽，半亮型煤。泥岩3.0中、细粒砂岩粉砂岩灰白色，中粒、块状、硅质胶结，坚硬，局部相变为泥岩或砂质泥岩。4.0～6.05.0灰色，细粒、中厚层状，层理明显，局部含菱铁鲕粒，夹薄层细砂岩条带。6.5～9.58.0灰色，致密、块状，含少量植物化石碎屑。山西统下二迭系组深灰色，泥质胶结易碎。0.82.51.7～2.80.0～2.02.0～4.01.0～3.03、瓦斯地质情况十层煤为稳定煤层,宏观煤岩类型以半亮煤为主，亮煤次之，油脂光泽，块状、鳞片状等构造。平均煤厚2.5m，煤层倾角21°～35°。根据5实测情况，原始瓦斯含量5.61m3/t，瓦斯压力1.1MPa。Mad:2.32，Aad:7.83,Ad:8.02。4、通风情况根据掘进施工设计要求，将Ⅱ10310底抽巷局部通风机安装在二水平大巷内，采用两台2×30KW对旋局扇单路直径600mm风筒供风，一台运转一台备用，局扇供电实行“三专三闭锁”。通风路线如下：底抽巷进风：地面→副井→一采轨道大巷→二水平副暗斜井→二水平轨道大巷→二水平大巷局部通风机→Ⅱ838进架联巷→掘进工作面。底抽巷回风：掘进工作面→Ⅱ837瓦斯抽排巷→回风联巷→Ⅱ3回风上山→Ⅱ3回风平巷→Ⅱ水平总回风上山→南二回风井→地面。掘进工作面进风直接取自二水平大巷局扇，回风自回风联巷进入Ⅱ3回风上山，无串联通风，具有独立的通风系统，符合供风要求。5、抽采系统Ⅱ10310底抽巷预抽钻孔并入南二地面永久抽采系统。瓦斯抽放管径设计为200mm，孔口抽放负压不小于-13kPa，为保证抽采瓦斯参数的准确性，利用矿KJ90NB监控系统子系统对抽采瓦斯量进行监控和统计，即在抽放管路上安装V锥流量计，并在V锥旁路安设孔板流量计。每周对V锥进行比对调校，确保计量准确。6、巷道加固方案为防止压裂时围岩裂隙漏水，水力压裂地点及其前后30m范围进行喷注浆加固。二、水力压裂设备选型安装及相关设备材料1、压裂泵选型水力压裂设备选型为南京六合煤矿机械公司生产的BRW200/31.5型乳6化液泵，额定压力31.5MPa，额定流量200L/min。2、相关设备材料高压水力压裂系统由压力表、高压管及相关装置连接接头等组成。表1水力压裂设备、材料明细序号用途设备名称规格型号备注1钻井设备矿用钻机ZDY-3200S2钻头3钻杆Φ73.5*100060m4封孔设备高压封孔管Φ25*8mm厚壁管5膨胀封孔剂宿州金鼎6聚氨酯宿州金鼎7注浆泵8压裂设备高压管接头Φ25mm9高压胶管Φ25mm3、高压系统安装水力压裂泵安设在底大巷内，井下供水管连接至乳化液箱进水口，通过压裂泵加压后，用Φ25mm高压胶管，连接到压裂钻孔的无缝钢管上，将高压水流输送至钻孔内，压裂孔孔口处的高压封孔管上必须安设高压闸门、泄压阀等。三、水力压裂实施方案1、水力压裂原理水力压裂技术主要机理：即将压裂介质高压注入煤体中原有的和压裂后出现的裂缝内，克服最小主应力和煤岩体的破裂压力，扩宽并伸展和沟通这些裂缝，进而在煤中产生更多的次生裂隙，从而增加煤层的透气性，7以便于进行瓦斯气体的抽放。同时高压水进入煤层微裂隙，置换部分煤层吸附瓦斯。2、水力压裂工艺流程⑴、水力压裂工作工艺流程压裂设备安装→压裂钻孔设计与施工→测定煤层原始瓦斯含量及水分→压裂钻孔封孔→水力压裂→压裂效果检验→施工抽采钻孔→数据分析⑵、各工序工作标准及要求①压裂设备安装保运二区根据设计要求安装乳化泵、高压水管路系统，负责乳化泵调试、维修及水力压裂期间的操作。所有系统安装、调试完成，经机电科验收合格后，方可开始水力压裂。②压裂钻孔设计与施工由于Ⅱ10310机巷条带孔存在部分下向孔，为便于抽采效果考察及不影响正在施工的5#、6#钻场穿层钻孔，计划在9#钻场实施水力压裂。根据技术科设计的钻场注浆方案，首先进行浅孔围岩预注浆，采用注浆泵注水泥浆液，水泥浆按水灰比0.9～0.75:1进行配比，封堵钻场周围裂隙，注浆压力为2～4MPa。压裂钻孔施工前，先按设计参数采用Φ94mm钻头施工钻孔，钻进至距待测煤层2米时停钻，撤出钻杆。改用Φ133mm钻头扩孔至孔底，撤出钻杆，自孔口下Φ108mm套管6m。钻孔施工完毕，进行全孔注浆封堵周边裂隙。采用多次加压方式注浆（最少不低于两次），第一次注浆，注浆压力不小于2MPa，间隔两小时左右，加注第二次，依次加压注浆，待泵压稳定在6MPa以上注浆结束。水泥浆按水灰比0.9～0.75:1进行配比。待水泥浆凝固24h后，用孔径94mm的钻头沿原孔中心施工至距顶板0.5m时即可8起钻，不穿过10煤层。起钻前使用压风将钻孔内煤岩粉吹尽，确保孔内畅通。钻孔必须严格按照设计参数进行施工，并详细记录见煤岩情况。附图2：水力压裂钻孔布置示意图图2水力压裂钻孔布置示意图Ⅱ10310底板抽排巷Ⅱ10310机巷II10310风巷II10310底抽巷表2压裂钻孔设计参数表参数孔号方位（°）倾角（°）见止煤深度（m）孔深（m）1#压裂孔2175623.3～30.530.5③测定煤层原始瓦斯含量及水份压裂钻孔施工期间，瓦斯办安排防突员做好瓦斯含量测定工作，钻孔见煤后，采用DGC瓦斯含量快速测定煤层原始瓦斯含量，并收集煤样进行煤层水份测定，并做好相关记录。④压裂钻孔封孔9钻孔施工完成后孔内下入1.0吋无缝钢管，实管下至见煤点0.5m位置，其余见煤段为高压筛管（最上段筛管带堵头，且筛管采用纱布包裹），孔口外漏不得小于400mm，采用特制接头连接；6′注浆管下三路，第一路4m，第二路8m，第三路下至进入10煤层0.5m，孔口采用聚氨脂封孔2m。采取多次加压注浆工艺注浆封孔，先注第一路注浆管，第二路注浆管返浆后，关闭第一路注浆管闸阀，进行孔口8m段固管，并从第二路注浆管注适当清水后关闭返浆管闸阀，注水防止注浆管堵塞；第一次注浆2h后，打开闸阀放水然后注第二路注浆管，第三路注浆管返浆后停注约1h后，再加压注浆；注第三路注浆管压裂管返浆后停约1h，再加压注浆，注浆压力为6MPa，水灰比0.7:1，带压注浆结束后打开压裂管闸阀，将压裂管内水泥浆放掉，并使用压裂管注清水，注水压力不小于6MPa，防止压裂管端头的花眼堵塞，注浆凝固48小时后打开压裂管闸阀放掉清水，即可进行水力压裂工作。压裂孔封孔见图3。图3水力压裂钻孔封孔示意图10煤层岩壁岩壁花管1.5m虚线为1.0寸无缝钢管聚氨酯封堵段水泥注浆段注浆管导向堵头返浆管注浆管连接座4m8m0.5m10⑤水力压裂通风区在压裂孔下风侧10m范围内安设瓦斯浓度传感器，监测压裂孔钻孔回风流内的瓦斯浓度变化。封孔完成并至少凝固48小时后，方可开始对该压裂钻孔进行高压水力压裂。压裂过程中，应安排专人对乳化泵的压力变化情况、注水水量情况进行统计。如压力泵上升到31.5PMa时且水位不再下降时，暂停压裂工作。在压裂过程中，如压裂压力上不去或压力急剧下降到15MPa以下时，停止压裂工作。设计每个压裂钻孔注入高压水200m³后，即为压裂结束。压裂钻孔保水10天后，打开孔口球形截止阀控制压力、流量进行放水，并记录放水量。放水结束后施工抽采钻孔，钻孔施工至终孔点后，先将钻杆退至煤见煤点，在过煤段降低钻进速度，利用矿井静压水进行反复进退、冲洗，直到孔内返清水为止，记录冲煤量。⑥水力压裂影响半径考察待压裂结束后，在预计的压裂影响范围内沿走向、倾向30m布置考察钻孔，以此来考察压裂影响范围。若未达到预期压裂范围，则采取由远及近向压裂孔位置重新布孔。在压裂孔轴线方向施工C6、C8组检验孔，巷道走向方向施工C15、C35、C55、C75、C95、C115和C135检验孔（兼作抽放孔），取样测定含水率、煤层坚固性系数和瓦斯含量，检验孔布置见图4。11图4水力压裂半径考察钻孔设计图Ⅱ10310底板抽排巷70.29360C1组C5组C10组C11C35⑦冲孔段与压冲段抽采效果考察5#、6#钻场采用水力冲孔增透措施，9#钻场采用压裂冲孔冲增透措施，瓦斯办选取部分钻孔主要对抽采浓度、抽采纯量进行考察、分析。四、安全技术措施为确保Ⅱ10310底抽巷水力压裂工作安全顺利进行，保证水力压裂过程中施工人员安全，从通风瓦斯管理、人员安全防护、高压设备管理及防治灾害等方面采取相应的安全技术措施，压裂期间各单位及相关人员必须严格执行。1、通风系统必须确保水力压裂地点的局部通风机运转正常，且必须保证巷道内风量不小于600m³/min，钻孔施工及水力压裂期间必须安设专职局扇司机。通风区负责监管及维护通风系统，确保通风系统稳定可靠。122、监测监控通风区负责在水力压裂地点回风测5-10m处安设瓦斯传感器，并实现巷道及其回风系统内瓦斯点闭锁，瓦斯浓度大于0.8％时，能自动切断巷道内及回风流中全部非本质安全型电器设备电源。通讯科在水力压裂操作台及乳化泵附近安设专用电话，保证通讯正常。开泵前由测气员检查工作面迎头、回风流、乳化泵、开关附近的瓦斯浓度，当瓦斯浓度小于0.5％时，方可开泵注水。3、安全防护措施进入该