煤矿井下水力压裂增透抽采技术
井下水力压裂技术抽采煤层瓦斯技术及应用分析
井下水力压裂技术抽采煤层瓦斯技术及应用分析摘要：文章以某矿区作为研究对象，对该矿区井下的瓦斯灾害情况进行简要介绍，在此基础上，提出应用水力压裂技术对井下瓦斯进行抽采，以此来提高抽采效率，缩短抽采时间，解决矿井瓦斯突出问题。
期望通过本文的能够对水力压裂技术在煤矿瓦斯抽采中的推广应用有所帮助。
关键词：水力压裂技术；煤层；瓦斯抽采在煤矿井下五大灾害中，瓦斯的危害性最为严重，一旦井下瓦斯浓度超标，遇到火源后，会引起爆炸，由此不但会导致人员伤亡，而且还可能造成矿井坍塌。
因此，对井下瓦斯进行高效抽采显得尤为必要。
在瓦斯抽采的过程中，为提高抽采效率，缩短抽采时间，可以对水力压裂技术进行合理应用。
借此，下面就井下水力压裂技术抽采煤层瓦斯技术及应用展开分析探讨。
1矿井概况及瓦斯灾害某矿区的地质构造较为复杂，含煤地层为二叠系龙潭组，共计含煤8层，全区可采煤层为K1，局部可采煤层为K3和K4，整个矿井当中，有90%左右的范围是单一严重瓦斯突出危险煤层。
受到地质条件的影响，使得矿井的灾害情况比较严重，五大灾害一应俱全，其中瓦斯突出最为严重。
自该煤矿建成投用一来，共计发生瓦斯突出事故48次，造成47人死亡，其中6次事故为500吨以上。
随着井下开采作业面向纵深方向发展，使得瓦斯灾害变得更加严重。
为此，必须采取合理可行的方法和措施，对井下作业面的瓦斯进行高效抽采，以此来确保煤层开采的安全、有序进行。
2井下水力压裂技术在抽采煤层瓦斯中的应用2.1水力压裂技术增透机理水力压裂是通过裂缝为瓦斯流动创造有利条件，从而提高抽采效率的技术措施。
随着裂隙网络的形成，煤岩层的渗透率会随之提高，当压裂液排出以后，便会形成瓦斯渗流通道，由此能够使煤岩层本身的透气性获得大幅度增加，位于较远位置处的瓦斯可以较为通畅地流入到钻孔当中，瓦斯的抽采效率随之提高，抽采时间显著缩短。
2.2压力与水量的控制在对裂缝扩展长度进行控制时，可以对起裂压力、压裂液的注入量以及压裂时间的长短进行控制，并对压力参数进行合理确定。
煤矿井下钻孔水力压裂增透抽采瓦斯工艺
技术方案
开始注水时，在前3～5分钟内必须缓慢增高水压至设计注水压力，注水泵应当设置卸压阀，调整 该阀可保证压力平缓上升和减压；注水时，高压管路的水压比确定注水压力低30％以上时，可以 结束注水；停泵时，注水泵应缓慢卸压。
改善效果
《煤矿井下钻孔水力压裂增透抽采瓦斯工艺》在不改变原有地应力状态下，通过高压水力作用， 使得煤储层裂缝进一步扩张、延伸、相互联通，达到增透提高抽采效率的目的，增强煤层透气性、 减少采掘工作面瓦斯涌出量，显著提升单孔抽采能力和抽采效果。提高抽放效率、缩短抽放时间、 最大限度消除瓦斯灾害。 井下煤层钻孔水力压裂可以增大煤层透气性，经试验表明，采用钻孔水力压裂后，煤层透气性系 数增大8～10倍。 井下煤层钻孔水力压裂后，钻孔瓦斯涌出量成倍增加，减少了掘进及回采期间的瓦斯涌出量，使 掘进及回采期间的突出危险性几率减少。 实施井下水力压裂后，煤层百米钻孔瓦斯流量成十倍级增长，减少了瓦斯抽放时间，为煤矿安全 高效回采、掘进提供了宝贵时间及安全保障。
瓦斯治理方法众多，如区域治理措施中的保护层开采、地面采动区抽采等，但局限性大，效果差 异悬殊。瓦斯治理主要手段为抽采，最常用的是把煤层作为抽采对象。但是，对于原生结构和碎 裂煤而言，自身裂隙的连通性较差，且钻进过程中井田附近存在污染，如果不采取增透措施，抽 采效果有限。突出煤层往往为渗透性极差、强度极低的碎粒煤和糜棱煤，直接从其中抽采瓦斯不 仅钻进困难，而且抽采效果差，钻孔抽采半径非常小、封孔困难致使抽采瓦斯浓度难以长期稳定。 往往以密集布孔、高工程投入为代价进行抽采。各种水力化措施，特别是水力挤出在煤巷掘进消 突中起到了一定作用，但也存在不尽人意的方面。
技术方案
所述的本煤层穿层钻孔水力压裂为在煤层底板向煤层施工穿层的仰角水力压裂钻孔，当煤层厚度 大于等于2米时，仰角水力压裂钻孔打至穿煤层1米，当煤层厚度小于2米时，仰角水力压裂钻孔 打至刚揭露煤层时；在煤层顶板向煤层施工穿层的俯角水力压裂钻孔，俯角水力压裂钻孔贯穿煤 层至煤层底板5米～10米处。 所述的顶底板穿层钻孔水力压裂为在煤层顶底板巷中向煤层施工放射状的穿层钻孔至接近煤层30 毫米～50毫米。 所述的顶底板顺层钻孔水力压裂为在距煤层30毫米～50毫米的顶底板中与煤层平行施工顺层钻孔。 所述的本煤层穿层钻孔水力压裂应在煤体应力集中集中带以离3米～5米处进行封孔，确保封孔器 与钻孔紧密接触。
水力压裂增透技术治理瓦斯的研究与应用
281随着多年的经济发展，我国逐步步入全面建设小康社会的决胜阶段，煤炭资源是我国经济发张的重要保障。
随着开采年限的增加，越来越多的赋存条件较为复杂的煤层已经完成开采，煤层的开采逐步向着赋存复杂煤层转移。
瓦斯是煤层中含有的灾害性气体，瓦斯抽采不合理或抽采不完全会造成难以估量的后果[1，2]。
由于煤层渗透性差、瓦斯含量高、瓦斯压力大等造成瓦斯极难自由排出，所以提出水力压裂增透技术[3，4]，水力压裂增透技术是对煤层进行压裂，提升瓦斯抽采效果。
本文以某矿为研究对象，研究低渗透煤层水力压裂瓦斯抽采规律，为实现低渗透煤层瓦斯抽采提供一定的指导及借鉴。
1 原理分析水力压裂增透技术是在地应力的加载下，将高压水注入至低渗透煤层，在高压水的作用下，煤层出现压裂裂缝，裂缝起裂后根据地应力的作用发生偏转，达到改变煤层力学特性。
压裂后的煤层人工裂隙发育较好，达到瓦斯增透效果。
2 试验过程2.1 试验工作面概况根据马兰矿的实际地址情况，选定18503工作面的皮带巷和行人巷为本次水力压裂的实验地点。
皮带巷主要用于采区的通风和运输等，巷道预计服务年限11年。
该巷煤层为山西组中下部3#煤，煤层厚度5.23m~7.06m ，煤层平均厚度为5.93m。
煤层顶底板的岩性主要为细砂岩和砂岩。
煤层底板标高为+471m~+440m，水力压裂实验点的埋深为480m。
2.2 水力压裂钻孔布置及封孔水力压裂系统主要是由注液泵、压力表、封孔器及水箱等组成，煤层水力压裂系统示意图如1所示。
在进行水力压裂前对现场进行测试孔的瓦斯抽采实验，预先打好测试孔，随后将测试孔进行封堵，抽采瓦斯记录抽采数据。
完成测试孔的抽采后进行压裂孔1的压裂，打好钻孔后对压裂孔1封堵压裂，压裂完成后进行瓦斯抽采，记录瓦斯抽采数据，并将数据与测试孔抽采数据进行对比，为了保证实验结果的可靠性，重复上述步骤进行压裂孔2的施工与抽采，记录数据。
压裂孔水力压裂过程如下：图1 煤层水力压裂系统示意图在进行钻孔施工后对钻孔进行高压注水。
富力煤矿井下钻孔水力压裂增透抽采瓦斯方案
富力煤矿井下钻孔水力压裂增透抽采瓦斯方案富力煤矿井下钻孔水力压裂增透抽采瓦斯总结分析摘要:富力煤矿是2013年升级为高瓦斯矿井, 煤层构造发育齐全, 煤厚变化不大, 构造煤全层发育, 煤层松软, 煤层透气性差, 瓦斯抽采困难, 抽放钻孔成孔质量较差。
为提高抽放效率, 通过水力压裂增透技术试验, 对低透气性煤层中的运用效果进行了试验考察，并分析了水力压裂煤体致裂增透机理。
试验结果表明: 对煤层进行钻孔水力压裂后可有效提高煤层的透气性和钻孔瓦斯抽采效果，压裂前后钻孔瓦斯自然流量提高2倍以上，水力压裂钻孔在煤层走向方向上的影响半径可达19.5m 以上。
关键词: 水力压裂; 瓦斯抽采; 低透气性矿井概况:富力煤矿2013年矿井核定生产能力200万t/a，井田构造裂隙比较发育，地质条件复杂。
矿井通风方式为混合式，通风方法为抽出式，2013年矿井瓦斯等级鉴定为高瓦斯矿井，本次实验地点选在二水平四分段-380南扩区18-2层可采煤层，18-2号层平均厚度为9.5m，煤层瓦斯压力0.15Mpa，煤体硬度系数f 值0.33，透气系数小，3煤层瓦斯含量为1.138m/t。
一、实验原理在预抽煤层瓦斯时，抽采效果的好坏主要取决于该煤层的透气性。
水力压裂是一种新工艺，采用压裂方案，以达到增透、提高抽采效率、缩短抽采时间的目的。
水力压裂可显著增加煤层的透气性，在无需过高抽采负压的情况下即可实现有效抽采，提高抽采瓦斯浓度，缩短抽采时间，确保矿井安全生产。
二、工作目标1、注水量与水力压裂增透半径关系情况。
2、确定水力压裂对提高顺层预抽钻孔增透抽采瓦斯，缩短预抽时间是否有效。
3、水力压裂增透对煤层含水率的影响情况。
三、实验流程实验流程图如下压裂地点选择不合格施工钻孔封孔检验封孔合格压力是否突然降低、监测压力、流量选择实验孔压裂流量是否突然增长是否停止压裂进行抽采收集数据3.1地点选择地质情况(1)、地质构造及煤层变化情况:本区内煤层产状变化较大，在已送的巷道中没有揭露断层，但在工作面开门点外侧有F2大断层存在，该断层为正断层，落差8,15米，走向77?倾向167?倾角10?,50?该断层控制程度较高，在-110巷道中实见，地质构造对实验结果影响较大。
瓦斯抽采水力压裂增透技术
瓦斯抽采水力压裂增透技术六枝工矿（集团）化处煤炭分公司2015年4月一、矿井煤层瓦斯赋存情况化处煤炭分公司为六枝工矿（集团）有限责任公司下属公司（以下简称化处煤矿），位于大煤山背斜西翼，矿区总面积11.1698km2，主采7号煤层。
设计生产能力30万t/a，核定生产能力36万t/a。
7号煤层厚度为0.33～9.80m，一般3～4m，平均倾角22°，瓦斯放散初速度为16、煤层透气性系数为0.3262～0.7601m2/（MPa2.d）、钻孔瓦斯流量衰减系数为0.0562～0.8167d-1、坚固性系数为0.11。
煤层瓦斯压力超过1.3MPa，瓦斯含量超过15m3/t。
7号煤层煤尘有爆炸危险，自燃倾向等级为二类自燃，最短发火期为1个月。
二、瓦斯抽采水力压裂增透技术应用1、水力压裂增透技术实施背景化处煤矿单一开采7号煤层，不具备保护层开采条件，煤层透气性差，常规瓦斯抽采技术预抽困难，煤层松软，钻孔塌孔、卡钻、喷孔现象严重，钻孔流量不稳定、衰减速度快，难以保证抽采效果，瓦斯治理投入大等。
为解决上述问题，于2010年底分别在2372机巷、机巷迎头和1470底板抽放巷实施了本煤层和底板穿层水力压裂增透技术。
2、压裂钻孔的布置及参数⑴2372机巷施工本煤层上行钻孔1#、2#、3#，压裂孔间距依次为25m 和30.6m，3个压裂孔控制压裂区域110米左右如图2-1，钻孔参数如表2-1。
2#、3#压裂孔间施工9个抽采孔，1#、2#压裂孔间施工8个，1#、3#压裂孔外各施工5个，抽采孔间距由2米提高到3米。
⑵2372机巷迎头施工4#、5#压裂孔如图2-2，钻孔参数如表2-2。
⑶在1470中巷19#、20#、21#钻场施工1个压裂孔、1个卸压孔，并在钻场间巷道中部施工高角度孔各1个，共计5个压裂孔如图2-3，钻孔参数如表2-3。
图2-2 2372机巷迎头水力压裂钻孔布置图表2-2 2372机巷迎头水力压裂钻孔参数图2-3 1470中巷水力压裂钻孔布置图19#钻场图2-4 19#钻场钻孔布置剖面示意图表2-4 1470中巷水力压裂钻孔参数3、压裂范围的确定⑴每组压裂孔设计3个，每组压裂钻孔间距为30m，1号孔为压裂孔，设计在1470机巷掘进条巷道中间，2号为卸压孔，设计在1470机巷掘进巷道上帮轮廓线往上20m位置，3号孔为卸压孔，设计在1470机巷掘进巷道下帮轮廓线往下20m位置，压裂孔压裂半径为：纵向40m，横向30m。
煤矿井下水力压裂增透抽采技术
深孔预裂爆破技术。残爆带来的安全隐患难以解决。 高压水力割缝技术。单一水力割缝增透技术工程量大，难以达到
大面积增加煤层透气性的目的。
水力挤出、水力冲孔、水力冲刷。位于应力集中带以外的卸压
带，适用于软煤，通过松动煤体卸压增透。
煤层注水。类似于水力压裂，但注水压力和注水量有限，没有
5-20
2-14
3-13 2-13
3-14
5-21
5-22
2-15
3-15
5-23
5-24
2-16 3-16 5-25
5
5
6
6
7
4.4
7
揭煤预测钻孔布置图
四、水力压裂增产技术应用
逢春煤矿380N3抬高石门水力压裂抽采效果
揭煤步骤 N3石门M8煤层 N2石门M8煤层 N3石门M7煤层 N2石门M7煤层 N3石门M6煤层 N2石门M6煤层
松藻矿三水平二区+5主石门水力压裂
抽采浓度（%）
15
10 5
0 0
压裂
未压裂
20
40
60
80 100
抽采天数（d）
累计抽采量（m3）
25000 20000 15000 10000 5000
0 0
压裂
未压裂
20 40 60 80 100 抽采天数（d）
抽采纯量（m3/min）
0.25 0.2
0.15 0.1
3
5-1
5-2
3-1
3-2
2-1
2-2
5-6
5-7
3-5 5-11
3-6
2-5 2-6 5-12
5-3
5-4
煤层瓦斯强化抽采水力增透技术综述
煤层瓦斯强化抽采水力增透技术综述煤层瓦斯强化抽采水力增透技术是目前煤层瓦斯开采中的一种新型技术，其原理基于水力压裂技术，通过加压水流对煤层进行压裂，防止煤层能力随着开采而下降，同时将瓦斯通过水流强制排出，达到增加煤层透气性和瓦斯抽采效率的目的。
该技术已经在国内外得到广泛应用，本文将针对该技术做一综述。
一、技术原理煤层瓦斯强化抽采水力增透技术的原理是在注水的情况下采用高压水射流对煤层进行压裂，形成裂缝并将瓦斯驱出。
整个过程中，注水在起到增加破裂压力的同时，也扮演着传递压力、稳定煤层和降低压裂松弛性的重要角色。
在压裂结束后，裂缝中的水可以自然回流，在回流过程中，如果有瓦斯蓄积，就可以通过水流强制排出，达到增透和气抽的效果。
二、技术特点1. 大幅提升煤层透气性和瓦斯抽采效率。
2. 有效避免煤层能力随着开采而下降的问题。
3. 技术过程简便，设备安装方便，投资成本低。
4. 适用于长煤层、坡降大、瓦斯涌出量大的煤层区域。
5. 对地质条件要求不高，能适应不同的地质条件。
6. 技术对环境影响小，不会对地下水和生态环境造成污染。
三、技术应用1. 在煤层气加压蓄能运输中，强化瓦斯抽放，提高瓦斯回收率。
2. 可在低渗透性煤层中进行开采前预处理。
3. 在瓦斯田开采中，通过增透压力提高煤层透气性和开采效率。
4. 可用于煤层气矿长泵吸采气管道的加压。
四、技术亮点煤层瓦斯强化抽采水力增透技术在煤层瓦斯开采中具有以下亮点：1. 使用压裂技术增加煤层透气性，与传统的压裂技术相比，它的优点在于技术更简单、安装方便、成本更低、效果更好。
2. 整个过程中采用注水来达到稳固煤层的目的，避免了高压气体带来的潜在危险。
3. 它能够适应不同的地质条件，但其应用前还是需要对地质情况进行一定的分析和判断。
4. 该技术在煤层气加压蓄能运输和煤层气抽放中的应用效果显著，能够有效提高煤层瓦斯资源的回收，并减少了对环境的影响。
五、技术前景煤层瓦斯强化抽采水力增透技术是一种有效提高煤层瓦斯抽采率和安全性的创新技术，它有着广阔的应用前景。
煤矿井下6种常用瓦斯治理增透措施解读
煤矿井下6种常用瓦斯治理增透措施解读通过充分调研国内现在各主要突出矿井使用的瓦斯泄压增透抽采技术，常见的通常有以下6种：①水力割缝技术；②水力冲刷技术；③水力冲孔技术；④水力挤出技术；⑤深孔预裂爆破技术；⑥水力压裂技术。
水力化技术主要原理是将具有高压能的水压入煤体内，延伸煤层原生的裂隙，或者人为的挤压形成新的孔隙、裂缝等，使得岩体的位置发生变化，进而对煤层完成了卸压、增渗。
1、水力割缝技术大致过程为：将具有一定高压能的水，射入到钻孔内，钻孔内四周的煤体受到冲击，且通过钻孔排出，钻孔四周通过水力的作用出现了大量的缝槽，提高了产煤量，提供了煤体变形空间，増大单孔影响范围，改善了瓦斯流动条件。
采用割缝的方法释放部分煤体的有效应力，使煤体发生塌陷和垮落，应力场发生变化，煤体缝隙的数量和宽度等都显著变大，煤体的渗透性大大提升。
但在实际工程中，由于诸多因素（如地质条件）的干扰，水力切割形成的间隙较小，煤体还没达到预期的破裂效果就在外力作用下的复合，割缝效果因此大幅减小。
而且在钻孔自喷煤层或硬质煤的矿井中这个技术是不能使用的。
2、水力冲刷技术是用水以一定的压力能冲刷钻孔，将水注入煤体，水压破坏了煤体，使煤体中的瓦斯被挤压出煤体，裂隙的数量以及煤体的湿度不断增加，煤质逐渐疏松，瓦斯抽采具有显著的增透作用，泄压的范围大大扩大，瓦斯压力显著降低，流动性显著增强，这与煤矿开采中的瓦斯泄压效果是一致的。
此外，该技术可以改变煤体的力学特性，增强塑性，降低弹性模量，使煤体内部的应力分布发生变化，可以有效避免瓦斯突出所造成的危害和损失，保证煤矿开采工作的高效开展。
3、水力冲孔技术可以有效地保护煤岩柱。
存在煤与瓦斯突出威胁的煤层可以实施水力冲孔作业，钻孔施工好后，通过高压水作业喷头冲击钻孔四周的煤体，大量的原煤和瓦斯被冲出，并出现大量裂隙，煤层应力重新分布，从而局部煤层完成卸压增透，有力地提高了抽放效果，在一定范围内降低了煤层瓦斯突出的威胁。
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抗拉强度σbr （MPa） σbr⊥ σbr∥
0.5
0.1
10.8 13.5
0.25
5.00
高压水对不同煤体结构力学作用
高压水注入煤层中存在两种情况，一种是进入具有弹性的原生结构煤和碎 裂煤，一种是进入塑性的碎粒煤和糜棱煤。 ① 弹性阶段煤体水力压裂 高压水进入此类煤体时，压裂过程可描述为“压裂—充水张开—再压裂— 再充水张开……”。
水力压裂提出的背景
4 煤层气开发与瓦斯治理的现状并不乐观 1）煤层气技术现状
对于非突出煤：
◆少数地区实现了局部商业化开发； ◆而支撑整个煤层气行业的是地面垂直井压裂完井工艺； ◆可以实现水力压裂强化增透抽采
对于突出煤：
地面煤层气开发的禁区、井下瓦斯产出的低效率区
◆地面煤层气裸眼洞穴法完井
一井多用技术
②塑性阶段煤体水力压裂
高压水进入此类煤体时时，可描述为“寻找最弱缝隙—撑开—再寻找最
弱裂缝……”。
高压水进入突出煤封堵冲破示意图
塑性阶段煤体“压开裂缝”壁周边的压实带
井下水力压裂本煤层的适用性
煤体结构 原生结构煤 碎裂煤 碎粒煤 糜棱煤
是否适用于水力压裂 适用 较适用 适用差 适用差
原因 需要开启裂缝 可通过压裂增透 产生有用裂缝少 产生有用裂缝少
水力压裂的原理是井下钻孔压裂工艺的支撑
由前述的现场施工和实验室试验结果充分说明井 下压裂的可行性，无论是压裂本煤层还是顶底板，都 会取得显著效果，之所以迄今为止还没有取得显著成 功，就在于观念的束缚和施工工艺的缺陷。井下钻孔 压裂增透的原理来源于但又不同于瓦斯治理或煤层气 开发工艺。
水力压裂技术装备及工艺
裂缝延伸原理
滤失水压
注入水压
过程：
水进入层理面和裂隙系统 携带煤粒形成封堵带 一级弱裂面压力升高
注入水压
滤失水压
注入水压
滤失水压
弱裂面开裂，空间增大 封堵作用减弱
条件： 注入压力＞滤失压力
煤粒向四周运动形成二次封堵
注入压力：指水注入弱面充水空间时的压力，该压力主要由注水泵来提供 滤失压力：因煤体本身的孔隙的润湿和毛细作用，造成注入压力损失的那部分压力
单一突出煤层区域消突困难 ——水力压裂是实现区域消突和局部消突的有效技术
水力压裂提出的背景
2 提高预抽瓦斯浓度的需求
抽采瓦斯浓度、抽采量、抽采率抽采时间取决于煤层透气
性以及抽采工艺
——压裂是煤层增透的有效途径、是提高预抽瓦斯 浓度抽采的有力保证
水力压裂提出的背景
3 井上下联合抽采的根本途径
水力压裂是地面煤层气开发的常规增透工艺 移植到井下可起到异曲同工的效果 有条件的地区可进行地面压裂、井下抽采
瓦斯参数 测定位臵 测定时间 测定值 M7：19.22m3/t M8：20.85m3/t M7：18.93 m3/t M8：19.09 m3/t M7：1.74MPa M8：2.55MPa M7：1.15% M8：1.05%
W10#CH4上平巷
原始煤层瓦斯含量 W10#CH4210处 W10#CH4上平巷 M7 W10#CH4210处M8 原始煤层含水量 W10#CH4上平巷
施工过程
压1#孔 累计注水310.39m3， 泵压26.7～41.6MPa， 流量0.6～13.7m3/h， 压2#孔 累计注水量390.13m3。 泵压17～24.4MPa， 流量18.1～29.5m3/h，
压3#孔
压4#孔
累计注水量102.6m3，
泵压18.1～34.1MPa；
累计注水量121m3，
面产生内压作用下，导致裂隙弱面发生扩展、延伸、以至相互之间发 生联接贯通过程实现压裂分解。从而使内部裂隙弱面的扩展、延伸、
以及相互之间贯通，形成相互交织的贯通裂隙网络，达到提高煤层渗
透率的目的。
大排量 注入高压水
继续注入
注速大于地 层吸收速度
钻孔产生高压、煤层 三对轴向应力减小 形成裂隙网格
大于最 小轴应力
泵压15～25MPa。
压裂效果检测
影响范围有限
水力压裂技术简介
1
我国水力压裂发展概况
1970-1980年间，在辽宁、河南、湖南、山西等矿务局进行过以地面垂直 钻井压裂方式开发煤层气的试验，取得一定的增产效果。但未能形成开 发、推广规模。
1990-1995年间，地矿、煤炭、石油所属有关部门以及地方政府已在十余
个煤田或地区，利用国内资金或与国外合资打了60多口资源评价钻孔和 生产试验钻孔，有的地方还进行了采气试验，取得了可喜的成果。 上世纪90年代末在鄂尔多斯、沁水等9个盆地煤层瓦斯赋存条件较好， 已逐渐开始全面实施地面开采。 截至2004 年，山西沁水和河东煤田已施工各类煤层气井159 口，单井日 产气量一般在500-4000m3／d，最高达16000m3／d。
16号 6分
kg 个
425# V32.5级
吨 公斤
2 500 膨胀增强防收缩
2
设备连接
3
压裂泵组
柱塞数 电压 额定功率 供水要求
型号
额定压力
最大流量
HTB500
BZW200/56
50MPa
56 MPa
1100L/min
200 L/min
3柱塞
5柱塞
1140V
1140V
400KW
220KW
4寸水管/0.3MPa
排粉 工艺 水排 水排 水排 水排
终孔位置 M7顶板1.5m M7顶板1.5m M7顶板1.5m M8顶板1.5m
检验孔布臵
试验第一阶段共设计检验孔12个，煤层走向方向东西两侧各设计8个检 验孔，垂直巷道顶板施工，煤层走向方向原则上施工一侧的检验孔，按 照一个钻场施工。实际检验孔施工数量采用动态施工方法根据实际情况 增至14个。
皮带巷
西区
运输巷
检3-2 压2# 检4-2 检1-2 压1# 检2-4 检1-4 检4-4 检2-2 检3-4
西区
瓦斯巷
检1-1 检2-1 检3-1 检4-1
标1
西区
总回风
西区
检验孔布臵
第二阶段检验孔施工原则上是在煤层走向范围内只打钻孔一侧的检验孔， 倾向方向上打上下两侧的检验孔，实际检验孔数量根据现场检验效果动 态增减，检验孔设计见图7。检验孔瓦斯含量以及水分均压风取样测定。 压3#孔
6
压裂工艺
钻孔 封孔
养护混凝土
连接压裂装备及管路 实施压裂 监测压力、流量
否
压力是否突然降低 流量是否突然增大
是
停止压裂 收集数据
水力压裂的应用
水力压裂技术已成功应用于打通一矿W10#瓦斯巷上平 巷 、W10#瓦斯巷210下 、渝阳煤矿N3704西瓦斯巷下 、 逢春煤矿S11203上顺槽等，均取得了理想的效果。
2寸水管/0.1MPa
4
压裂管路
高压管路一般包括两部分，即孔内联接高压管和孔外联接高压管。孔
内联接高压管为厚壁无缝高压钢管，孔外联接管为抗高压软胶管。
5
压裂筛管
封孔工艺
①对靠近“马尾巴”的50-100cm筛管用一层纱布包
1.5m
钻孔孔径75mm
裹，进一步减少浓稠浆液进入压裂管，避免堵管事
7#煤层 棉纱0.4m 返浆孔用纱布缠绕
没有采矿活动就没有卸压增透，从某种程度上讲是一种被动治理工艺
水力化措施卸压
水力挤出：位于应力集中带以外的卸压带，适用于软煤，通过松动煤体 卸压增透，不能用水力压裂原理解释 水力割缝：通过高压水射流在煤体中割缝卸压增透 高压注水：类似于水力压裂，但注水压力和注水量有限，没有开启裂缝 或使裂缝有效延伸、沟通
5月10日
6月21日
原始煤层瓦斯压力
5月15日 5月20日 5月16日 5月16日
钻孔布臵
压裂 孔号 压1# 压2# 压3# 压4#
倾角 90° 90° 90° 90°
方位角 -
钻孔 直径 Φ75mm Φ75mm Φ75mm Φ75mm
扩孔 直径 Φ94mm Φ94mm Φ94mm Φ94mm
孔深 57.15m 48m 55.6m 51m
类别 范围
砂岩 一般
泊松比μ
10-61
——
0.09-0.36
——
20.0-300.0
60.0-100.0
3.00-20.00
4.00-13.00
45-52
——
10.28
——
平均
范围 煤 一般 平均
35.5
0.3-6.5 0.3-2.5 1.4
0.22
0.10-0.50 0.15-0.45 0.30
80.0
煤矿井下水力压裂增透抽采技术
主要内容
1
水力压裂提出的背景
2
水力压裂技术简介
水力压裂技术装备及工艺 水力压裂的应用
3
4
水力压裂提出的背景
1《防治煤与瓦斯突出规定 》要求区域消突先行
第六条规定：防突工作坚持区域防突措施先行、局部防突措施补充的原 则。突出矿井采掘工作做到不掘突出头、不采突出面。未按要求采取区 域综合防突措施的，严禁进行采掘活动。 区域防突工作应当做到多措并举、可保必保、应抽尽抽、效果达标。
2)瓦斯抽采现状
煤巷揭煤
未卸压抽放
岩巷掘进预抽
采区大面积预抽
边掘边抽 边采边抽
卸压抽放
水力割缝 松动爆破 开采层工作面推过后抽放上、下临近煤层
3）瓦斯抽采存在问题 卸压抽采
◆采矿卸压
由于采矿活动的影响，改变了原始地应力状态，煤岩体发生了一定程度
的位移，进而改变了裂隙场和流体场，达到增加煤岩层透气性效果。
1
压裂所需设备清单
序号 名称 规格 单位 数量 备注
1