1351底板抽采巷水力压裂技术实验方案.doc

谢桥矿11351（3）底板抽采巷水力压裂试验方案 1351底板抽采巷水力压裂技术 试 验 方 案 二○一三年一月 22 目 录 1概况1 1.1 工作面概况1 1.2 现阶段瓦斯治理方案2 2水力压裂增透防突技术原理3 2.1 水力压裂机理及过程分析3 2.2 水力压裂合理注水参数分析3 3试验方案6 3.1 原始快段瓦斯基础参数测试6 3.2 水力压裂半径的测试10 3.3 水力压裂条件下抽采半径考察14 3.4 水力压裂条件下抽采效果考察15 3.5 水力压裂条件下煤体含水量的考察16 4高压水力压裂设备选型及安装18 5高压水力压裂实施方案19 6安全技术措施20 7组织保障措施22 谢桥矿1351（3）底板抽采巷水力压裂试验方案 1概况 为提高预抽钻孔抽采效果，缩短预抽时间，保证矿井安全生产及采掘接替。将在1351（3）底抽巷推广应用预抽钻孔高压水力压裂技术，以解决矿井煤层透气性差、瓦斯预抽困难的难题。为保证压裂有序、顺利实施，特编制此安全技术措施。 1.1 工作面概况 1．巷道概况 1351（3）底抽巷从东二-610～-720m13-1煤层轨道下山拨门，以106方位施工，标高为-670.5～-667.1m，用于掩护1351（3）下顺槽掘进，设计全长1118m，巷道净高3.3m，净宽3.6m，净断面10.59m2。采用锚网索支护。 2．顶底板岩性 根据东二-610～-720m13-1煤轨道下山实见地质资料及七-八2钻孔资料综合分析，巷道岩性为砂质泥岩，巷道顶板至13-1煤层底板岩性依次为砂质泥岩（10.1m）、花斑泥岩（3.6m）、砂质泥岩（0.6m）、炭质泥岩（3.0m）、泥岩、12煤（0.7m）、砂质泥岩（4.5m），巷道底板为砂质泥岩。 3．煤层赋存及瓦斯地质 13-1煤为突出煤层，-610m及以下为突出危险区。1351（3）下顺槽标高-655～-651m，平均煤厚5.5m，煤层倾角13.5，煤层瓦斯含量为5.40m3/t，煤层瓦斯压力1.12MPa，煤层透气性系数为0.00136m2/MPa2d。 4．局部通风 1351（3）底抽巷掘进期间采用2台245KW和2台230KW对旋局部通风机，风筒直径均为800mm，其中，245KW局扇用于工作面掘进，230KW局扇用于钻场钻孔施工。现迎头风量为650m3/min。 新风→-720m东翼轨道大巷→东二C组-610～-720m轨道下山→局扇、风筒→1351（3）底板抽采巷掘进工作面 回风∽→东二-610～-720m 13-1煤顶板回风上山∽→东二13-1煤-610～-450m回风上山∽→东二C组回风石门∽→东二C组回风大巷∽→东风井 5．抽采系统 底抽巷敷设一路Φ325抽采干管，采用地面2BEF-72型抽采泵进行抽采，抽采单元采用Φ159抽采支管。具体抽采路线如下 中央风井→-738m东翼回风大巷→-720m东翼进风石门→-720m东翼轨道大巷→-720m东二C组轨道石门→东二-610～-720m轨道下山→1351（3）底抽巷。 1.2 现阶段瓦斯治理方案 在1351（3）底抽巷施工穿层钻孔掩护1351（3）下顺槽掘进，底抽巷内每60m施工一个钻场，在钻场内施工穿层钻孔，孔径113mm，钻孔终孔点按10m5m（轴线方向轴垂线方向）间距布置，控制范围为13513下顺槽巷道两帮轮廓线外15m范围内的煤体，总钻孔工程量10万m。 2水力压裂增透防突技术原理 2.1 水力压裂机理及过程分析 1．水力压裂机理分析 水力压裂的基本原理是将高压水 压裂液 注入煤体中的裂缝内 原有裂隙和压裂后出现的裂隙 ，克服最小主应力和煤体的抗裂压力，扩宽伸展并沟通这些裂缝，增加煤层相互贯通裂隙的数量和增大单一裂隙面的张开程度，进而在煤体中产生更多的人造裂缝与裂隙，从而增加煤层的透气性。 2．水力压裂过程分析 煤层水力压裂是一个逐渐湿润煤体、压裂破碎煤体和挤排煤体中瓦斯的注水过程。在注水的前期，注水压力和注水流量随注水时间呈线性升高； 随后，注水压力与流量反向变化，并呈波浪状。这直观反映出了在注水初期，具有一定压力和流速的压力水通过钻孔进入煤体裂隙，克服裂隙阻力运动。当注入的水充满现有裂隙后，水流动受到阻碍，由于煤体渗透性较低，导致水流量降低，压力增高而积蓄势能；当积蓄的势能足以破裂煤体形成新的裂隙时，压力水进入煤体新的裂隙，势能转化为动能，导致压力降低，水流速增加；当注入的水 压裂液 携带煤泥堵塞裂隙时，煤体渗透性降低，水难以流动使流量下降，压力上升。 2.2 水力压裂合理注水参数分析 煤层水力压裂包括煤体裂缝起裂和煤体裂缝延伸2个方面，煤体的裂缝起裂受许多因素的控制，一般通过试验加以确定。根据以往研究表明 煤体的裂缝起裂和延伸取决于注水速度 时间效应 、注水压力、煤体的非均质性 规模效应 和煤层的应力状态等，影响煤层水力压裂效果的压裂参数很多，主要可分为外部工艺因素和煤体内在本质因素2类。 1．外部工艺因素 外部工艺因素主要包括注水压力、注水孔间距、注水流、注水速度、钻孔长度、封孔方法与封孔长度、注水时间等参数，它们互有联系和影响； 同时还与地质和采矿技术因素以及压裂设备的性能有关。 （1）注水压力 在一般开采条件下，煤体难以形成孔隙裂隙网，以致煤层难以得到充分的卸压增透，故在压裂时应施加一定的压力，才能将水有效地压裂到煤体中并使煤体产生裂隙起裂和延伸，形成孔隙裂隙网。以往试验结果表明，在围压不变的条件下，随着注水压力的增加，导水系数呈非线性增大，当注水压力达到某一极限值时，导水系数骤然增大，此时煤体完全被压裂，内部形成大的贯通裂缝网，通常煤体裂隙起裂和延伸随注水压力的增加而增大。因此，注水压力是衡量压裂效果的一个重要参数，如果注水压力过大且封孔深度与注水压力不匹配时，容易造成封孔段泄漏，影响压裂效果； 如果注水压力过小，将起不到压裂效果，这就相当于中高压煤层注水润湿。 （2）注水压裂孔间距 回采工作面注水孔间距根据压裂钻孔的压裂半径而定。如果孔间距过小，则增加了钻孔和注水工作的施工量，同时在瓦斯抽放时容易抽出大量的水；如果孔间距过大，则可能存在注水空白带，即压裂孔的高压水不能有效地把瓦斯挤排到抽放孔，影响压裂效果和瓦斯抽放效果。 （3）封孔深度与封孔方法 封孔是实现孔口密封、保证压力水不从孔口及附近煤壁泄漏的重要环节，是决定煤层水力压裂效果好坏的关键。封孔深度也是水力压裂工艺的一个重要参数，决定封孔深度的因素是注水压力、煤层裂隙、沿巷道边缘煤体的破碎带深度、煤的透水性及钻孔方向等，一般封孔深度与注水压力成正比。封孔深度应保证煤层在未达到要求的注水压力和注水量前，水不能由岩煤壁或钻孔向巷道渗漏。 （4）注水量 煤体润湿需要一定的水，如果单孔注水量过大，虽然容易把游离瓦斯挤排出去，但增加了压裂工作的施工量和成本； 如果注水量过小，可能影响压裂效果。 （5）注水速度 注水速度是压裂工艺的一个重要参数，如果注水速度太快，新裂隙还没有生成，原有裂隙还没有扩宽并伸展，新老裂隙还没有沟通形成一个有效排泄瓦斯的孔隙裂隙网，则影响挤排瓦斯效果； 同时，注水速度过快，要求注水压力等相应地增大。如果注水速度过低，要达到一定的注水量，则注水时间增长，这将影响注水作业的进度，同时要求注水压力等相应地降低，可能起不到预期压裂效果。 2．煤体内在因素 煤体内在因素主要包括 煤体内部的孔隙裂隙特征 煤层孔隙裂隙的发育程度 ，煤层的埋藏深度 地压的集中程度 ，煤的化学组份 水与煤的湿润边角和水的表面张力系数 ，瓦斯压力，煤层的顶底板状况。 （1）煤体内部的孔隙裂隙特征 煤层孔隙裂隙的发育程度 。煤体是一种孔隙和裂隙都十分发育的双重介质。二者共同构成了煤层水力压裂时的渗透通道和瓦斯挤排通道。在煤层注水压裂的过程中，煤层孔隙裂隙发育程度对煤体的均匀湿润、物理力学特性的改变有重要影响。压裂时，水在压力作用下以相当大的流速运动，包围被裂切割的煤块，同时缓慢地通过微小孔隙，向煤块内部渗透。因此，煤体压裂效果不仅与煤的孔隙有关，还直接受裂隙的影响，裂隙不发育的煤体很难注水，此时就需要较高的压力迫使煤体产生新的裂隙和孔隙。 （2） 瓦斯压力。煤层内的瓦斯压力是水力压裂时的附加阻力。压裂时，水压克服煤体瓦斯压力后所剩余的压力才是压裂时的有效压力，因此，煤层内的瓦斯压力越大，需要的注水压力也越高，所以瓦斯压力的大小也影响煤体的渗透性能和注水压力。 （3） 煤的化学组份。煤的化学组份对煤层压裂效果的影响主要表现在 不同化学组份的煤体被水湿润的性质不同，以致瓦斯被挤排的程度不同。煤体的湿润能力取决于水与煤的湿润边角和水的表面张力系数。水与煤体的湿润边角大小反映了水分子与煤分子的吸引力大小，吸引力越大湿润边角越小，越易于注水，相反则难于注水。因此，降低水的表面张力可以提高煤体的湿润能力，提高注水速度。如果在注水流程中添加活性湿润剂 压裂剂 ，降低水的表面张力，能增强水在煤层中的渗透能力，能解决水不能渗入煤体微裂隙等问题。 （4） 煤层的埋藏深度。随着埋藏深度的增加，煤层承受地层压力也随之增加。受压力影响，裂隙被压紧，裂隙容积降低，渗透系数也会随之降低。通常地应力大，注水压力必须克服地应力，才能有效地使煤体扩宽伸展裂隙，形成有效的孔隙裂隙网。所以，煤层压裂时注水压力必须大于地应力。 3试验方案 试验方案的指导思想是利用钻孔对煤体进行水力压裂增强1351（3）下顺槽13-1煤煤层透气性，提高瓦斯抽采效果。在掌握水力压裂机理和压裂过程的基础上，从理论上分析了压裂参数及其影响因素，再结合现场应用，最终确定出合理的压裂参数。深入研究合理的压裂参数对提高煤层的渗透率和煤层瓦斯的抽采效果具有现实意义，同时对水力压裂技术在谢桥矿防突方面的推广应用具有很重要的意义。针对水力压裂的技术特点因素进行分析、探索和试验，提出解决问题的对策并进行工业试验，确保试验过程的安全及全面。 具体现场试验方案为 1．测试1351（3）下顺槽实体段13-1煤层原始瓦斯压力、瓦斯含量、抽采半径、透气性系数、钻孔抽采量； 2．选择适合的快段布置压裂孔和出水孔测试水力压裂半径； 3．水力压裂完毕后距离压裂孔不同距离、分不同时间布置取芯钻孔取煤样化验煤体含水量； 4．水力压裂、排水完毕后在水力压裂半径内考察水力压裂影响下抽采半径、煤层透气性系数； 5．布置多组抽采钻孔考察水力压裂影响下走向、倾向抽采效果。 3.1 原始快段瓦斯基础参数测试 1．测试内容 13513工作面实体段原始瓦斯压力、原始瓦斯含量、钻孔瓦斯流量衰减系数及透气性系数测试、抽采半径测试在13513底板巷进行。总共布置6个钻孔，其中测压钻孔4个、1个抽采钻孔、1个测流量钻孔，孔径为113mm，钻孔终孔点为穿过13-1煤顶板1m处，具体布置如图3-1所示。首先进行测压钻孔施工，钻头开孔到预定位置采用DGC瓦斯含量直接测定法测定原始瓦斯含量。测压钻孔施工完毕待压力表压力稳定后（变化率小于0.005Mpa/天，则停止测压）施工抽采孔。 a平面图 （b）剖面图 图3-1 测压布置图 2．直接法测定煤层的瓦斯含量 （1） 在井下通过钻孔取煤样，将煤样装入煤样罐，测定煤样的瓦斯解吸量，每分钟测定一次瓦斯解吸量，记录取样的相关参数，记录数据。通过该测定结果计算Q21。井下测定结束后，将煤样密封在煤样罐内，送瓦斯含量测定实验室。 （2）将密封在煤样罐中的煤样送瓦斯含量测定试验室，测定并计算其实验室瓦斯解吸量Q22，和粉碎煤瓦斯解吸量Q3。 （3） 通过模拟计算，得出煤样实验前瓦斯解吸量补偿值Q1。将Q21和Q22相加得到煤样解吸瓦斯量Q2，最后，将Q1、Q2、Q3相加，即可得到煤样的可解吸瓦斯含量。再加上煤样常压下吸附瓦斯量，就得到煤层的瓦斯含量。 3．瓦斯压力测定 （1）测压孔施工前，先按测压孔设计参数用Ф94～133mm钻头施工注浆孔，穿层孔钻进至距待测煤层2m时停钻、顺层孔钻进至测点位置前5m时停钻，撤出钻杆，并准确记录钻孔见煤岩位置、深度。钻孔穿过裂隙发育带的，必须全程下套管护孔。 （2）注浆孔施工完毕，进行全孔注浆封堵周边裂隙。穿层孔按水灰比0.9～0.75︰1配比水泥浆，先注稀浆后注稠浆，注浆终压达6MPa即可。顺层孔按水灰比0.85︰1配比水泥浆，注浆终压超过预计煤层瓦斯压力1MPa即可。 （3）注浆孔水泥浆凝固24h后，用Ф50～80mm钻头沿原孔中心钻进至测压孔设计孔深，穿层孔应记录钻孔见煤位置、深度。穿层测压孔应穿透待测煤层全厚；顺层测压孔孔深不得少于50m，其测压气室长0.8m2m。 （4）测压钻孔成孔后，应24h内完成封孔。封孔前必须排尽孔内积存的水、渣，并对测压管路系统进行通畅性与气密性检查。穿层测压孔封至待测煤层见煤点，顺层测压孔必须封至测压气室。 （5）封孔操作程序 ①开始封孔时，先下4分铁管作为测压返浆管（下向孔则为测压注浆管），管顶部封闭，前端为花眼管（长0.51m，花眼直径5mm）置于测压气室内，花眼管段后设钻孔封孔的前堵头（长不少于0.5m），堵头后的4分铁管接三通，其一端接测压软管，并引出接至孔口外的测压表，另一端接4分实心连接头（或常闭闸阀），隔离测压气室，实心连接头后再接4分三通，其一端敞口作为返浆口（下向孔则为注浆的出浆口），另一端延接4分铁管至孔口，作为返浆管（下向孔则为注浆管）。 ②测压软管应与4分铁管捆扎牢固一并送入孔内，到位后，应记录4分铁管累计下管长度。 ③测压孔的孔口段设钻孔封孔的后堵头（长不少于0.5m），并下长度不少于2m的注浆管（下向孔则为返浆管）。 ④上向孔封孔，按水灰比为0.8︰1配制水泥浆，用封孔泵注入孔内，返浆后关闭返浆管闸阀，间歇性地继续注浆，直至注实为止。 ⑤下向孔封孔，采用“二次注浆（粘稠注浆与常规注浆）”方式封孔。先按水灰比为0.65︰1配制粘稠水泥浆，搭配膨胀剂用封孔泵注入孔内，注浆量为全孔注满所需浆量的1/4，注完后用压风将注浆管内残留砂浆吹尽。凝固8h后进行常规注浆，按水灰比为0.8︰1配制水泥浆，用封孔泵注入孔内，返浆后关闭返浆管闸阀，间歇性地继续注浆，注浆终压达4MPa后结束注浆。 ⑥注浆封孔结束，应凝固24h后进行压力表装置的安装。压力表装置应距巷道壁不少于100mm。压力表装置现场安装前必须经气密性试验。测压封孔剖面示意图附后（以上向孔为例）。 ⑦与测压气室内花眼管连接并引出至压力表的测压管必须采用内径5～8mm的整根高压软管（承受内压≥12MPa）。测压管路系统的连接头耐压应≥12MPa。 ⑧倾角在5之内的近水平测压钻孔注浆封孔时，必须采用膨胀水泥或其它非收缩无机封孔材料，其注浆配比按材料性质要求确定。 4．抽采半径测定 对13-1煤层13513工作面实体段进行抽采40天的抽采半径进行考察。采用考察钻孔瓦斯压力变化的考察方案，即先施工测压钻孔，待瓦斯压力稳定后，施工抽采钻孔，及时合茬抽采，并观测瓦斯压力变化，当瓦斯压力下降至0.74Mpa以下，则认为该测压钻孔处于抽采影响半径内。 考察步骤为确定抽放时间→预计抽放半径→打钻测压→压力稳定后→打抽采钻孔→观察瓦斯压力的变化→确定对应抽放时间的抽采半径。 5．钻孔瓦斯流量衰减系数测定 钻孔瓦斯自然瓦斯涌出量及其衰减系数是评估开采层预抽瓦斯难易程度的一个重要指标。钻孔瓦斯自然瓦斯涌出量随着时间的延续是逐渐减少的。 测算方法 （1）选择具有代表性的地区打钻孔，先测定其初始瓦斯流量q0，经过时间t（10天以上）后，再测其瓦斯流量qt，然后以下式计算之 （3-1） （3-2） 式中 钻孔瓦斯流量衰减系数，d-1； q0钻孔初始瓦斯流量，l/min； qt经t时间后的钻孔瓦斯流量，l/min； t钻孔涌出瓦斯经历时间，d。 （2）对钻孔进行连续数天的测量，观察瓦斯流量的变化规律，然后通过计算机模拟计算出钻孔瓦斯流量的衰减系数。 6．煤层透气性测试 煤是一种多孔介质，在一定压力梯度下，气体可以在煤体内流动，煤层瓦斯流动难易程度通常用煤层透气性系数来表示。其物理意义是在1m长的煤体上，当瓦斯压力平方差为1Mpa时，通过1m2煤层断面每日流过的瓦斯立方米数。目前，我国广泛采用的测定方法是在煤层瓦斯向钻孔流动的状态属径向不稳定流动的基础上建立的，通过测定煤层瓦斯径向不稳定流量来计算煤层透气性系数。 该方法是当测压钻孔的瓦斯压力稳定于最高值后，取下压力表卸除瓦斯压力，开始排放瓦斯，并测定钻孔瓦斯流量，而后按一定步骤计算煤层透气性系数。 （1）施工测压钻孔进行封孔测压，上压力表之前要测定钻孔瓦斯流量，并记录流量与测定流量的时间（年、月、日、时、分）。 （2）压力表指示出煤层的真实煤层瓦斯压力或稳定值后，可进行煤层透气系数的测定。 （3）卸下压力表排放瓦斯，测定钻孔瓦斯流量（采用煤气表测定排放瓦斯量），在测定时要记录时间即卸表大量排放瓦斯时间与每次测定瓦斯流量的时间，两者的时间差即为时间准数中的值。 （4）计算透气性系数。因公式较多，采用以上表格中公式进行试算。 3.2 水力压裂半径的测试 根据林柏泉含瓦斯煤体水力压裂动态变化特征研究，煤层破裂压力主要与煤层赋存深度有关，两者之间可用下式表示 Pi0.023H1.3P2.04 （3-3） 式中 Pi煤层破裂压力（MPa）； P煤层瓦斯压力（MPa），1.2MPa； H煤层赋存深度（m），-720m。 计算可得，试验区域煤层破裂压力20MPa。 故本次水力压裂水压为注水孔水压为20～35MPa。 压裂半径考察分为走向压裂半径和倾向压裂半径分别进行，具体布置形式如图3.2-3.5所示。压裂过程中，出现以下情况之一判定压裂半径有效 1．出水钻孔明显出水； 2．出水钻孔压力明显上升； 3．围岩渗水，顶板掉渣和围岩深部爆裂声。 a平面图 （b）剖面图 图3-2 走向压裂半径测试图 a平面图 （b）剖面图 图3-3 走向压裂半径测试图 a平面图 （b）剖面图 图3-4 倾向压裂半径测试图 a平面图 （b）剖面图 图3-5 倾向压裂半径测试图 3.3 水力压裂条件下抽采半径考察 对13-1煤层13513下顺槽实体段水力压裂后进行抽采40天的抽采半径考察。采用考察钻孔瓦斯压力变化的考察方案，具体考察方案如4.1所列。原压裂孔若封孔完好可以用压裂孔代替抽采孔，若压裂孔不具备代替抽采孔的条件可以在压裂孔附近岩性完好处补打抽采孔，原压裂孔必须重新注浆封堵。抽采孔安装四参数流量自动计量装置，所有装自动计量装置均实现在线监测。 考察步骤为压裂后排水完毕→确定抽放时间→预计抽放半径→打测压孔→压力稳定后→抽采→观察测压孔瓦斯压力变化→确定对应抽放时间的抽采半径。 a平面图 b剖面图（A-A平面） 图3-6 抽采半径考察平面剖面示意图 3.4 水力压裂条件下抽采效果考察 对13-1煤层13513下顺槽实体段水力压裂后，对抽采孔和压裂孔进行合茬抽采，考察水力压裂条下抽采效果，具体考察指标为抽采孔流量、纯量、浓度。压裂孔压裂完毕抽采时，压裂孔和抽采孔安装四参数流量自动计量装置，所有装自动计量装置均实现在线监测，所有抽采孔口均安装闸阀。如图3-7所示。 a平面图 b剖面图（A-A平面） 图3-7 单组压裂抽采效果考察平面剖面示意图 3.5 水力压裂条件下煤体含水量的考察 为了测试水力压裂条件下水力压裂湿润半径，在距离压裂孔不同距离、分不同时间布置取芯钻孔取煤样，将煤样送往安徽理工大学热力学实验室化验煤体水分。取芯钻孔布置如图3-8所示。 图3-8 取芯钻孔布置图 如图3-8所示，距离压裂孔由远向近分别布置取芯钻孔。具体布置取芯钻孔顺序为压裂完毕排水2天后布置距离压裂孔45米的1取芯钻孔，间隔两天后布置5取芯钻孔，间隔两天后布置2取芯钻孔，间隔两天后布置4取芯钻孔，间隔两天后布置3取芯钻孔。根据不同时间距离压裂孔不同距离煤体含水量即可以得出压裂润湿半径和排水速度。 煤层水份依据GB/T211-1996进行测定，煤样的制备方法执行GB474。称取一定量的粒度小于6mm的煤样，在空气流中于105～110℃下干燥到质量恒定，然后根据煤样的质量损失计算出水份的含量。 实验所用仪器设备带有自动控温装置和鼓风机的干燥箱，变色硅胶干燥剂，感量为0.001g和0.1g的分析天平，带有严密磨口盖的玻璃称量瓶。 测定步骤用预先干燥并称量过（称准0.01g）的称量瓶迅速称取粒度小于6mm的煤样10～12g（称准到0.01g），平摊在称量瓶中。然后打开称量瓶盖，放入预先鼓风并已加热到105～110℃的干燥箱中，在鼓风条件下，烟煤干燥2h，无烟煤干燥3h。然后从干燥箱中取出称量瓶，立即盖上盖，在空气中冷却约5min。然后放入干燥器中，冷却至室温（约20min），称量（称准到0.01g），并进行检查性干燥。 全水份测定结果按式（3-4）计算 （3-4） 式中 Mt煤样的全水份，； m煤样的质量，g； m1干燥后煤样减少的质量，g。 如果在运送过程中煤样的水份有损失，则按式（3-5）求出校正后的全水份值。 （3-5） 式中 M1煤样运送过程中的水份损失量（）。当M1大于1时，表明煤样在运送过程中可能受到意外损失，则不可补正。则测得的水份可作为试验室收到煤样的水份。 4高压水力压裂设备选型及安装 1．压力泵选择 本次水力压裂选择使用BRW80/20型乳化泵（额定压力20MPa，额定流量80L/min；压力可在0～20MPa间任意调节）。 2．其他高压系统组成 除乳化泵外，本次高压水力压裂系统由压力表、卸压阀、高压胶管及相关装置连接接头等组成，本次压裂所需要的设备、材料，详见表4-1。 表4-1 1351（3）底抽巷高压水力压裂材料清单表 序号 用途 名称 规格 数量 1 钻孔钻进 矿用钻机 ZDY-3200S型 1台 2 钻头 Φ113 2个 3 钻杆 Φ73.5*1000mm 60根 4 封孔 钻杆 Φ73.5 300m 5 铁花管 1.5寸 50m 铁管 4分 150m 6 水泥 50Kg/袋 10包 7 聚氨酯 A、B 100套 8 注浆泵 ZBL3/4-7.5 1台 9 参数测定设备 旋进漩涡流量计 D50 5台 10 瓦斯压力传感器 GPD10 4台 11 瓦斯传感器 GJC100（A） 4台 12 压裂设备 耐震压力表 0～40MPa 4个 13 乳化泵 BRW80/20 2台 14 高压管接头 Φ25mm 若干 15 高压胶管 Φ25mm 200m 16 开关 QBZ-80 1台 3．高压系统安装 乳化泵安设在Z2钻场内，将井下供水管连接至高压乳化泵的水箱进水口，通过乳化泵加压后，采用Φ25mm高压胶管以及快速接头连接到压裂钻孔孔口Φ73.5mm肋骨钻杆，再通过钻杆将高压水流输送至钻孔内（乳化泵必须安设卸压阀）。 5高压水力压裂实施方案 本次压裂按以下工艺流程进行 压裂准备→施工压裂钻孔→测定煤层原始瓦斯含量→压裂钻孔封孔→施工检验钻孔→水力压裂→压力半径考察→施工抽采钻孔→封孔接抽并做好记录→收集相关数据→作出总结分析 1．压裂准备工作 由机电办编制1351（3）底抽巷高压水力压裂供电设计，抽采区严格按供电设计要求执行。 由抽采区将Φ25mm高压胶管从乳化泵出口连接至压裂钻孔。 2．压裂半径考察钻孔施工 本次压裂半径考察孔选择在1351（3）底抽巷Z4钻场进行施工，钻孔终孔穿过13-1煤层并进入13-1煤顶板0.5m。 3．检验钻孔施工及封孔 在Z4内施工检验钻孔，钻孔见煤点分别距压裂孔15m、25m和20m、30m，对压裂影响范围进行检验。检验钻孔封孔采用Φ73.5mm肋骨钻杆作为封孔管。孔口钻杆上连接三通，分别安装机械耐震压力表、压力在线监测装置、浓度传感器和单孔计量装置。检验钻孔施工完毕后，进行合茬抽采，考察24小时内钻孔抽采浓度和流量。 4．测定煤层原始瓦斯含量 压裂钻孔施工到13-1煤层底板时，立即采用DGC瓦斯含量快速测定仪对13-1煤层原始瓦斯含量进行测定，并做好相关记录。 5．压裂钻孔封孔 瓦斯含量测定完成后，采用两堵两注、高压注浆进行封孔。将铁花管下至待压裂煤层中，后连接Φ73.5mm肋骨钻杆，外露不得小于400mm，封孔深度至13-1煤层底板0.5m为准，孔口段封堵不小于2m。利用电动注浆泵进行高压注浆，水灰比按0.71的比例。1351（3）底抽巷压裂钻孔封孔示意图见附图5。 6．高压水力压裂 封孔完成并凝固24小时后，即对该压裂钻孔进行高压水力压裂。压裂时，首先将乳化泵压力静压调至2Mpa，然后开始实施压裂。逐步将压力调至5Mpa、10Mpa、20Mpa。压裂过程中，由抽采区安排专人对乳化泵的压力变化情况、注入水量情况进行统计，直至乳化泵压力上升到20Mpa，并稳定半小时后，或乳化泵水箱内水位不再下降时，方可结束压裂。 6安全技术措施 1．通风系统 该区域注水点采用局部通风，且必须保证注水点风量不小于600m3/min。 2．监测监控 在乳化泵附近悬挂瓦斯便携仪，测气员必须检查工作面、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．安全防护设施 进入该区域的人员必须随身携带完好的隔离式自救器。 压风自救器安设规定在1351（3）底抽巷乳化泵所在位置安设一组压风自救装置，每组压风自救器供风量符合规程要求。压风自救器由施工单位负责安设、管理和维护，发现问题及时检修或更换，必须保证其完好可靠，进入该区域的所有人员必须掌握使用方法。 4．高压管路系统必须完好可靠，每间隔10m固定在风、水管路上，开乳化泵以前必须对管路系统进行逐一检查，排除隐患。 5．钻孔施工 （1）施工当班必须先检查撤退路线是否畅通、安全设施是否完好，否则当班禁止施工。 （2）测气员按规定设置瓦斯检查点检查瓦斯，当班负责人必须携带便携式瓦斯报警仪，并将其吊挂在距施钻地点回风侧5m范围内，当瓦斯浓度达到0.6时，必须立即停止作业。当瓦斯浓度达到1.5时，必须立即停止作业、切断电源、撤出人员，并汇报矿调度。 （3）钻孔施工过程中若出现喷孔、卡钻、顶钻、吸钻、抱钻、响煤炮、瓦斯忽大忽小、瓦斯持续上升、矿压显现等明显的突出预兆时，必须立即停止作业、切断电源、撤出人员，并汇报矿调度。 （4）钻孔施工应按以下原则进行开孔位置应选在岩石完整的位置。施工要保证钻孔平直、孔形完整。钻孔施工好后，立即清洗钻孔，保证钻孔畅通。在钻孔施工中，要准确记录钻孔方位、倾角、孔深及见煤岩情况，钻孔开钻时间、见煤时间及钻毕时间等。 （5）封孔注浆时必须使用电动注浆泵，水灰比按0.71进行调配。预埋封孔管时，所有封孔管必须使用管钳拧紧各丝扣，防止注浆过程中漏浆。 6．警戒位置 煤层水力压裂实施前，由专人负责注水无关人员的撤离，待人员全部撤到警戒区域外，由抽采区安排专人在注水警戒点进行站岗，注水期间严禁任何人员入内。警戒设置Z2钻场处，具体见附图6。 7．乳化泵必须安排专职司机操作，司机必须经过培训，持证上岗，掌握设备性能及安全措施，且操作熟练、责任心强，严格按照泵站司机操作规程操作，密切关注乳化泵泵箱水位，防止排空，如供水不及时或出现紧急情况时，必须立即停泵。泵站司机必须严格按指令进行操作。 8．当乳化泵的压力上升到20Mpa时，并稳定半小时后，必须立即停止注水。 9．乳化泵停止运行后，必须当压力表指示降到0MPa时，方可拆开高压胶管，严防残留高压水流伤人。 10．开始进行高压注水前，对整个高压管路进行全面检查，确保所有接头连接完好，确保整个注水系统严密不漏水。施工单位保证工作面支护完好，否则不得进行注水工作。 11．注水期间，瓦斯监控机房值班人员必须连续观察注水点瓦斯变化情况并打印记录，发现异常必须立即通知调度所。 12．注水结束后，施工单位及时对周边围岩情况进行全面检查。 13．避灾路线 避火、瓦斯、煤尘路线施工地点→13513底抽巷→东二C组-610m～-720m13-1煤轨道下山→-720m东翼轨道大巷→-720m东翼轨道石门→-720m井底车场→副井→地面 避水灾路线施工地点→13513底抽巷→东二C组-610m～-720m13-1煤轨道上山→东二C组回风上山→东二C组回风石门→东二C组回风大巷→东风井 14．其它未尽事宜按煤矿安全规程、钻工操作规程以及防治煤与瓦斯突出规定等相关规定执行。 7组织保障措施 为保证水力压裂顺利进行，成立水力压裂领导小组。 1．组织领导 组 长张纯如 副组长李庆明 谢兰飞 戴广龙（安徽理工大学） 成 员夏新苗 陈宝震 史明哲 邹学彦 张 森 曹瑾瑜 刘吉祥 李 飞 张巧军 周伟东 穆朝民（安徽理工大学） 梅福树（安徽理工大学） 李祥龙（安徽理工大学） 2．小组成员职责 组长负责本次水力压裂试验的总体工作安排。 副组长协助组长进行水力压裂工作安排。注水进行前，由总工程师组织、所有相关人员参加，召开水力压裂试验专题会，对注水过程进行统一安排。 抽采区 （1）负责在专题会上对实施方案进行贯彻并对本次注水工作的全体安排；注水完成后进行分析总结。 （2）负责参数收集工作；负责注水装备的安装和回收；负责所有管件的加工制造及材料的准备。 钻机工区负责所有钻孔的施工、封孔工作。 物管科负责对本次水力压裂所需的管材的供应。 机电办负责注水供电系统的监督、检查工作。 调度所负责在乳化泵安设地点安设专用电话。