煤矿井下新型水力压裂封孔材料优化及封孔参数研究
压裂水平井裂缝参数优化研究
度，Ａ／ｍ２；Ｑ为流体流量，ｍ３／ｓ；，为电流，Ａ．
１．２实验装置
电模拟实验装置如图１所示，在一装有电解液
的长、宽、高分别为１ ５００ ｒｎｍ，１ ５００ ｒｍ，３５０ ｍｍ的
有机玻璃槽里，自来水作电解液模拟油层，水深模拟
地层厚度，以良导体铜片作供给边界，将模型放在水 的中央模拟位于地层中部的压裂水平井．将电流表 与模拟井串联，可测得模拟井的电流密度．为了保证 实验模拟的是稳定流动条件，用交流电路时，使用稳 压器，以保证电流恒定【６］．为防止水极化，用信号发
电流密度比值（ｉｈ／ＡＵｈ）／（ｉｖ／ＡＵ，）～致．因此电模 拟实验中，电流密度比的大小表征了压裂水平井产 能的大小，不需要利用相似系数将实验数据变换到
模拟油藏参数来计算产能，大大减小了实验误差．
２压裂水平并产能影响因素的讨论
方形有机玻璃槽．２定位丝杠；３步进电机；４，探针 ５供给边界；６直流稳压电源；７频率发生器； ８高精度万用表；９定位主控葙；１０定位键盘 图１电模拟实验装置
代人公式（７），整理得
厶：鱼！鱼！亟ｈ—ｉｈ／Ａ—Ｕｈ
“ｒｑ、
】。 Ｃ∞Ａ。，Ｃ口ｖ ｔ。／△Ｕ。。
在同等条件下。给定相同系数ｑｈ＝ｑｖ．使用相同实验装 置时，Ａｈ＝Ａ，，则公式（９）简化为
Ｊｈ ｉｈ／ＡＵｈ Ｊ。一ｉｖ／ＡＵｖ’
（１０）
即产能指数比．，ｈ∥，与同等条件下单位电压差下的
煤层气井水力压裂技术
适用于低渗透煤层，能够提高煤 层的渗透性，增加天然气产量， 是煤层气开发中的关键技术之一 。
技术原理
01
02
03
高压水流注入
通过高压水泵将高压水流 注入煤层，利用水压将煤 层压裂。
支撑剂填充
在压裂过程中，向裂缝中 填充支撑剂，如砂石等， 以保持裂缝处于开启状态。
气体流动
压裂后，煤层中的天然气 通过裂缝和孔隙流动，被 开采出来。
智能化发展
利用人工智能、大数据和物联网技术，实现水力压裂过程 的实时监测、智能分析和自动控制，提高压裂效率和安全 性。
绿色环保
研发低污染或无污染的压裂液和支撑剂，降低压裂过程对 环境的影响，同时加强废弃物的处理和回收利用。
多层压裂和水平井压裂
发展多层压裂和水平井压裂技术，提高煤层气开采效率， 满足市场需求。
煤层孔隙度
孔隙度决定了煤层的储存空间和吸附能力，孔隙度高的煤层有利于 气体的吸附和扩散。
压裂液性能
பைடு நூலகம்
粘度
粘度是压裂液的重要参数，它决 定了压裂液在煤层中的流动阻力， 粘度越高，流动阻力越大。
稳定性
压裂液的稳定性决定了其在高压 和高剪切条件下保持稳定的能力， 稳定性好的压裂液能够保持较好 的流动性和携砂能力。
解决方案
为了降低水力压裂技术的成本，研究 人员和工程师们正在探索新型的压裂 液和支撑剂，以提高其性能并降低成 本。同时，优化压裂施工方案、提高 施工效率也是降低成本的有效途径。 此外，加强设备的维护和保养、提高 设备的利用率也是降低水力压裂成本 的重要措施之一。
06
水力压裂技术的前景展 望
技术发展方向
能力和导流能力。
裂缝网络设计
裂缝走向
寺家庄矿水力压裂切顶卸压技术研究
寺家庄矿水力压裂切顶卸压技术研究席冰冰（华阳新材料科技集团有限公司，山西 阳泉 045000）摘 要 针对寺家庄煤矿地应力大、15#煤层顶板岩层厚度大、硬度高的特点，提出采用水力压裂顶板的方法控制巷道围岩大变形。
在15110回风巷选择400 m 试验段，并在距离工作面100 m 和200 m 位置布置两个测站用于监测巷道围岩变形量及煤体应力变化。
现场监测数据显示：两个测点顶板下沉量最大值分别为52 mm 和66 mm ，底鼓量最大值分别为144 mm 和72 mm ，两帮移近量最大值分别为165 mm 和175 mm ，且煤体并无明显应力集中区域。
关键词 高地应力；坚硬；水力；压裂中图分类号 TD353 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2021.11.020Study on Hydraulic Fracturing Top-cutting and Pressure Relief Technologyin Sijiazhuang Coal MineXi Bingbing(Huayang New Materials Technology Group Co., Ltd., Shanxi Yangquan 045000)Abstract : In view of the characteristics of large ground stress, large thickness and high hardness of roof in the 15# coal seam, the method of hydraulic fracturing roof is proposed to control the large deformation of roadway surrounding rock.?The test section of 400 m is selected in the 15110 return air roadway, and two stations are arranged at 100 m and 200 m away from the working face to monitor the deformation of surrounding rock and the change of coal stress.The on-site monitoring data shows that the maximum roof subsidence of the two measuring points is 52 mm and 66 mm respectively, the maximum bottom drum volume is 144 mm and 72 mm respectively, the maximum approaching values of the two sides are 165 mm and 175 mm respectively, and there is no obvious stress concentration area in the coal body.Key words : high ground stress; hard; hydraulic power; fracturing收稿日期 2021-07-18作者简介 席冰冰（1986—），男，山西襄汾人，2012年毕业于中国矿业大学采矿工程专业，采矿工程师，现从事煤矿安全监管工作。
煤与瓦斯突出矿井定向水力压裂卸压技术研究
煤与瓦斯突出矿井定向水力压裂卸压技术研究摘要:在借鉴国内外煤与瓦斯突出矿井定向水力爆破和高压水力压裂技术的基础上，通过在沙曲矿24305尾巷4#煤层注水压裂的实例分析，提出了高压脉动定向水力压裂卸压技术，为煤与瓦斯突出防治工作提出了一种新的手段和方法。
关键词:防治煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出矿井定向水力压裂技术研究煤与瓦斯突出矿井低透气性煤层的开采往往伴随着大量瓦斯涌出，特别是随着煤炭生产的高效集约化和开采深度的增加，瓦斯涌出量越来越大，煤与瓦斯突出危险的威胁越来越严重，瓦斯灾害已成为制约高效集约化开采技术发展和安全生产的最重要因素。
因此，如何有效地解决突出煤层在开采过程中的瓦斯突出和大量瓦斯涌出问题，对煤矿安全生产具有十分重要的意义。
沙曲矿是煤与瓦斯突出矿井，瓦斯绝对涌出量在全国也是排名前列，2010年矿井绝对瓦斯涌出量鉴定结果为440.39m3/min，相对瓦斯涌出量为78.47 m3/t。
先后被抚顺煤科院鉴定结果为：北翼2#煤+430m水平及以上区域无煤与瓦斯突出危险性；南翼3#煤+420m 水平及以上区域无煤与瓦斯突出危险性；4#、5#、6#煤层均为突出煤层。
因此，随着采深的不断增加，煤层瓦斯含量和瓦斯压力还在不断增加，部分掘进煤巷月进尺只有40～60m，存在一定的抽掘矛盾，瓦斯治理是制约沙曲矿高产高效安全生产的主要瓶颈。
为有效解决煤与瓦斯突出及瓦斯综合治理的问题，必须采取合理、有效的防突措施。
一、对煤体进行高压水力压裂通过钻孔向煤层压入液体（主要为水），当液体压入的速度远远超过煤层的自然吸水能力时，由于流动阻力的增加，进入煤层的液体压力就逐渐上升，当超过煤层上方的岩压时，煤层内原来的闭合裂隙就会被压开形成新的流通网络，煤层渗透性就会增加，当压入的液体被排出时，压开的裂隙就为煤层瓦斯的流动创造了良好条件。
向钻孔注入高压水，一方面通过高压注水压力可以使水渗入到不同的裂隙孔隙中，增加煤体的润湿性高压水可以使得裂隙不断贯通、扩大，扩大润湿半径，最大范围地改变煤层的物理力学性质，使空白带内煤体卸压、增透和瓦斯排放有效影响范围扩大，提高钻孔瓦斯抽放效果；另一方面通过高压作用于煤体，可以最大限度的使得煤体力学性质发生改变。
煤层气井水力压裂技术
水平裂缝
单一垂直缝 单一水平缝 复杂缝
第一次停泵裂缝形态（近井）
第二次停泵裂缝形态（近井）
第三次停泵裂缝形态（远井）
一、煤层特征及压裂的特点
7、 裂缝形状与煤层埋深关系
3.5 3
y = 18.732x -0.4143
© ¨psi/ft£ È £ Ý ¶ ¹ Ì Æ Ñ
2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 500 ® É ¾ î £ ¨m£ © 1000 1500
二、煤层水力压裂工艺技术
1、施工参数------携砂液量和顶替液量 （1）携砂液量在砂量（有时地质要求）确定后根据平均 砂比计算。或者给定改造范围, 通过软件模拟计算得出。
（2）顶替液量根据进液管柱结构考虑地面管线后计算得
出。
（注：上述内容与普通油气田水力压裂基本相同，同时应
该指出，合理的加砂程序非常重要，也是施工成功的关键）
煤层气井水力压裂技术
内
容
一、煤层特征及压裂的特点
二、煤层水力压裂工艺技术
1、施工参数 2、压裂材料 3、裂缝诊断 4、压后管理 三、影响煤层压裂效果的因素
一、煤层特征及压裂的特点
一、煤层特征及压裂的特点
1、煤岩的结构煤层气储存方式
面割理 微 孔 隙 吸 附 储 气 端割理 孔隙 油 气 储 存 空 间
实验结果
体积压缩系数 （1041/MPa） 1.26 / 1.65 5.27 2.12 抗压强 度 （MPa） 191 168 81 43 125
1 2 3 4 5
0.19 0.16 0.28 0.30 0.07 0. 17
一、煤层特征及压裂的特点
煤岩力学特征参数
杨氏模量低：煤岩的杨氏模量在1135～8800MPa之间，为常规
煤层气藏水平井分段压裂裂缝参数优化
煤层气藏水平井分段压裂裂缝参数优化近年来，随着国家煤层气开发形势的发展，煤层气藏水平井分段压裂技术在煤层气开发中已经得到广泛应用，取得了一定的经济效益和技术效果。
然而，在实际开发过程中，煤矿储层物性参数的变化会对压裂井的措施和设计参数产生很大影响。
采用不当的压裂参数设置，可能会导致压裂效果不理想，既影响压裂后的产量改善，也可能增加压裂的风险和成本。
因此，煤层气藏水平井分段压裂裂缝参数优化成了一项重要的科研任务。
首先，在采用压裂技术开发煤层气藏之前，必须对其储层物性参数以及技术条件进行全面的分析和研究，以更准确地了解其特性，从而确定其合理的压裂参数；其次，根据实际技术要求，采用理论、试验和模拟等多种方法，针对煤层气藏水平井分段压裂裂缝参数，对其压裂工艺参数进行优化研究，提升压裂效果，延长压裂后的保护期；再者，采用信息化管理系统，用技术分析和模拟计算方法，对压裂技术参数进行评价和优化，准确地记录压裂作业的数据信息，从而掌握压裂效果，使压裂作业更加精确，增强压裂后的有效分布，减少压裂成本，提高煤层气藏水平井分段压裂的经济效益。
此外，煤层气藏水平井分段压裂裂缝参数优化还应包括其他多方面的内容，如压裂剂的选择、压裂工艺的完善、压裂剂介质的研究、压裂作业的质量监控、压裂管柱安装及拆卸、压裂工艺的应用等。
针对这些问题，各种手段和方法都要求按照特定的步骤从技术角度进行研究，以获得较优的压裂参数，从而发挥压裂技术的最大效用，建立起更加完善的压裂作业规范，提高资源的开发效率。
通过本文的研究可以说明，煤层气藏水平井分段压裂裂缝参数优化至关重要，是获得良好煤层气产量的重要保障。
为此，在实际压裂作业中，应加强储层物性参数对压裂参数的影响研究，选择合理的压裂参数，不断完善压裂工艺，以及在维持安全性的前提下降低投入，综合利用现有的技术和设备，提高煤层气藏水平井分段压裂的经济效益和技术效果，从而推动煤层气产量的增加，为满足国家能源安全的需要做出贡献。
煤矿地面水力压裂增透技术研究及应用
煤矿地面水力压裂增透技术研究及应用随着煤矿深度的增加和采空区的扩大，煤层裂隙的连通性逐渐减弱，导致煤层透水性下降。
为了提高煤层透水性，一些煤矿企业通过地面水力压裂技术来实现增透，取得了很好的效果。
本文以某煤矿为例，介绍了其水力压裂增透技术的研究及应用情况。
地面水力压裂增透技术是一种通过喷射高压水流将水平煤层裂隙强制扩张的技术。
其原理基于以下三个方面：1.地应力效应。
煤层深度越深，地应力越大。
在高压水流的冲击下，煤层裂隙会逐渐扩大，破裂面积增大，导致煤层透水性增加。
2.水流冲刷效应。
高压水流在进入煤层裂隙后，会引起局部水流速度的剧烈变化。
这种水流速度变化会产生剪切力和摩擦力，使煤层裂隙周围的颗粒产生磨蚀和冲刷，促进煤层裂隙的扩大和连通。
3.压缩弹性效应。
在高压水流的作用下，煤层内的孔隙和裂隙会遭受水压力和应力的双重作用，从而产生弹性变形。
当水流停止喷射后，孔隙和裂隙会恢复原状，形成较大的空隙和缝隙，进而改善煤层透水性。
二、技术应用过程1.制定施工计划。
根据煤层地质条件和透水性要求，制定施工计划，明确水力压裂方案、施工工艺和设备配置等内容。
2.选择施工点位。
选取煤层透水性较差的地段，确定水力压裂的施工点位和井点位置，同时进行现场勘察和测量，明确煤层深度、倾角、孔隙度和裂隙特征等参数。
3.布设压裂管网。
根据地质条件和水平煤层裂隙的特点，选择合适的压裂管径和喷嘴数量、排列方式，在施工点位井筒内布设压裂管网，并将其与高压水泵和控制系统连接。
4.试压和压裂。
先进行试压，检测管道系统的密封性和耐压性，并根据煤层特点和地质结构参数调整水流压力和流量。
然后开始压裂作业，根据水力压裂方案逐级进行压裂，使煤层裂隙扩张，直到达到要求的透水性。
5.井筒修复和安全措施。
水力压裂后，需要对井筒进行修复和加固，确保井壁的完整性和稳定性。
同时，应选派专人进行安全监测和管道维护，以确保压裂作业的安全性和顺利性。
某煤矿应用地面水力压裂增透技术后，取得了以下几个明显的效果：1.煤层透水性显著提高。
水力压裂介绍
.
12
水力压裂增产机理
.
13
2、沟通油气储集区
由于地质上的非均质性，地层中有产能的地区并不一定 与井底相连通。例如：砂层中透镜体，三角洲沉积的砂 体等不一定都被井所钻穿。通过压裂所形成的人造裂缝， 可以将它们与井底沟通起来，就增加了新的供油区，大 型压裂压出的较长裂缝甚至可将几个透镜体压穿，沟通 油气储集区是压裂增产的重要原因
对于天然裂缝油藏，在于人工裂缝沟通天然裂缝
.
14
3、克服井底附近地层的污染
压裂后的裂缝可以解决井底污染所造成的低产后果。为 此目的所进行的压裂可以是小规模的，只要穿过堵塞区 的深度即可。但是对裂缝的导流能力却要求很高。因为 井底附近裂缝的渗透率在油气生产中是个关键
.
15
水力裂缝模型
.
为剖 矩面 形均 模 ，为 型 裂一 ： 缝椭 宽 高圆 度 度， 剖 恒垂 面 定直 及
.
33
（4） 优化施工设计 施工设计的优化就是指用最少的投入获得最大的经济 效益。一般从三个方面来考虑： ① 以油井生产期间加速开采为目的； ② 在最低费用下，施工方法和施工过程的改进和实现； ③ 对于长期开采，以获得最高采收率。
.
34
压裂施工的经济优化设计一般有3个步骤。 ⑴对一个确定的油藏，根据不同的裂缝长度和裂缝导流能 力估算预期得到的油或气的产量，将它们与现金费用联系 起来； ⑵确定压裂施工要求，以获得期望的缝长和导流能力，将 这些与成本联系起来； ⑶选择裂缝长度和导流能力，使这时的收益与成本组成最 大的经济利润
取短期导流能力值的1/3作为实际应用值,支撑缝内的
导流能力可达到40.1DC.cm。
.
41
最终优化该层加 砂规模为42m3
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文章编号：1005-0930（2014）06-1128-012中图分类号：TD712文献标识码：Adoi：10.16058/j．issn．1005-0930.2014.06.009
收稿日期：2013-10-14；修订日期：2014-04-27基金项目：大型油气田及煤层气开发十二五国家科技重大专项（2011ZX05065）；国家自然科学基金项目（51374258）；中央高校基本科研业务费（CDJZＲ12240056）；重庆大学研究生科技创新基金优秀新生科研
培育项目（CDJXS122411XX）作者简介：葛兆龙（1983—），男，博士，硕士生导师．Tel：023-65106640，E-mail：gezhaolong@163．com
煤矿井下新型水力压裂封孔材料优化及封孔参数研究
葛兆龙1，梅绪东1，卢义玉1，程亮1，夏彬伟1，陈久福2（1．重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室，重庆400030；2．重庆市能源投资集团公司，重庆松藻煤
电有限责任公司，重庆401445）
摘要：针对目前煤矿井下水力压裂钻孔封孔材料易收缩、密封效果差、成本高及封孔长度不合理等问题，研究出一种由水泥、早强减水剂、聚丙烯纤维和拌合水组成的新型水力压裂封孔材料；通过室内实验优化出收缩率和抗压强度最优时的封孔材料配比及压裂钻孔封孔参数，建立新材料承压能力与封孔长度的计算关系式，并进行现场验证．结果表明，新材料的最优配比为m（水泥）∶m（水）∶m（早强减水剂）∶m（聚丙烯纤维）=1∶0.6∶0.03∶0.005；当钻孔孔径一定时，材
料承压能力与封孔长度呈线性关系，现场实验结果与封孔参数计算关系基本一致，该新材料是一种性能好、成本低廉以及操作配比简单的水力压裂封孔材料．关键词：突出煤层；瓦斯抽采；水力压裂；封孔材料；封孔参数
高瓦斯低透气性突出煤层瓦斯高效抽采是瓦斯治理的关键性技术难题，水力压裂技术具有增大煤层透气性、降低地应力及卸压范围大［1-2］等特点，对防治煤矿瓦斯灾害及煤层气开采起到了很好的作用［3-5］，在国内的多个矿区应用．压裂钻孔封孔是水力压裂技术的关键，正确选择封孔材料是压裂钻孔封孔成功的前提和保障．目前国内外用于煤矿井下水力压裂钻孔的封孔材料主要有水泥砂浆、聚氨酯、改性树脂以及PD复合材料［6-8］等；其中，水泥砂浆具有操作简单、成本低等优点，但是易收缩，密封效果差；聚氨酯材料与钻孔壁煤岩体的胶结能力弱、自身的抗压能力差，满足不了抗高压的要求，封孔长度也达不到理想的密封状态，同时材料有一定的毒性，价格高；改性树脂和PD复合材料，组成成分较多，材料制备工艺复杂而且成本高，煤矿难以承受，大范围的推广应用困难．煤矿井下水力压裂钻孔封孔质量主要取决于以下两个关键因素，一是封孔材料必须同时满足性能好、成本低廉以及配比简单等条件；二是封孔长度能够保证孔底高压水的作用下，钻孔不发生渗漏，但是封孔长度过长也会导致材料、人力、时间的浪费．要解决以上两个关键问题，必须寻找一种能够兼顾性能与经济性的新型水力压裂封孔材料，且从根本
第22卷6期2014年12月应用基础与工程科学学报JOUＲNALOFBASICSCIENCEANDENGINEEＲINGVol．22，No．6December2014上探索不同压裂孔孔径下材料封孔长度与承压能力之间的规律，建立计算关系式，避免钻孔封孔长度过长或者过短，造成封孔盲目性，导致水力压裂钻孔密封质量差、成功率低、封孔成本高等问题．本文在综合考虑上述因素的基础上，根据水力压裂钻孔密封对封孔材料的性能要求，综合分析水泥、早强减水剂、聚丙烯纤维等材料的特点，并进行实验室不同配比实验，最后优化出强度高、收缩率低、密封效果好、成本低的新型封孔材料．采用模拟钻孔封孔装置对新型封孔材料的封孔参数进行实验研究，建立不同钻孔孔径条件下新材料封孔长度与承压能力的计算关系式，计算在所需煤层起裂压力下钻孔的合理封孔长度，最后通过现场试验，分析并验证该封孔材料的实用性和优越性．
1水力压裂钻孔密封原理
煤矿井下水力压裂钻孔封孔是将压裂管与封孔材料以及地层煤岩体胶结在一起，从而形成一个纵向上的水力封隔系统．通过实验和煤矿井下水力压裂现场实践表明，不管是穿层条带还是本煤层水力压裂，压裂孔密封质量不好，渗漏水严重都会影响压裂效果，分析其原因主要有两种，（1）通过压裂钻孔封孔材料本身渗漏；（2）通过钻孔周围裂隙圈渗漏．因此，水力压裂钻孔封孔材料本身致密抗渗及其对钻孔周围裂缝密封是封孔材料的关键因素．封孔材料在注浆压力作用下，注入压裂钻孔一定长度，材料流动充满该段密封钻孔并扩散进入填充钻孔周边裂隙区的范围，使得钻孔到裂隙区范围内的渗透率和力学状态发生改变［9］，增加了钻孔周围煤岩体的密实度和强度，从而达到了对压裂钻孔周围以及密封连接处间隙或缝隙进行密封［10］．封孔材料通过自身及与钻孔壁、压裂管壁的固化胶结
实现对压裂钻孔的高压密封．上述钻孔密封原理，为优化出适用于井下煤矿水力压裂孔的封孔材料提供理论基础．
2新型水力压裂封孔材料研究
采用封孔材料进行水力压裂钻孔密封的关键在于封孔材料的选择．根据钻孔密封原理，防止压裂钻孔密封失败的发生，一是防止密封界面产生微间隙；二是避免封孔材料中形成通道．即要求材料具有较强的胶结能力和抗透水能力，而材料的胶结能力和抗透水能力与材料的致密程度、收缩率、抗压强度等性能紧密相关．因此封孔材料的基本要求是：（1）材料整体致密，胶结能力强、抗压强度高；（2）收缩小，凝固后能达到准确的封孔位置；（3）封孔材料的组成粒径小，能进入钻孔周围裂缝，同时对钻孔周围煤岩体有加固作用；（4）耐老化、干裂性能强，具有较高的抗冲击断裂韧性；（5）井下使用方便、操作配比技术
难度低；（6）各原料来源广泛，成本低．2.1原材料选择
根据煤矿井下水力压裂钻孔密封对封孔材料的要求，采用总体控制，反向调节的思路．采用以水泥浆为主料，对材料的性质起总体控制作用；在其它成分的选择上，力求使单一组分仅调节材料的某一指标，对材料总体性质没有明显影响．参考国内外相关文献［11-15］，以水泥浆作为主要成分，选择早强减水剂作为外加剂，并
9211No．6葛兆龙等：煤矿井下新型水力压裂封孔材料优化及封孔参数研究加入聚丙烯纤维．其中，早强减水剂的作用是：（1）增强材料的早期抗压强度，减小收缩；（2）增加浆液的流动性，使浆体在管路中容易输送；（3）使封孔材料能够最大限度地渗入
钻孔周边裂缝中，加固钻孔周围煤岩体．聚丙烯纤维的作用是：（1）提高浆体的密实程度，同时提高抗渗性能、抗裂性能以及抗冲击性能，起加强筋作用，使浆液胶结融合；（2）改善界面胶结质量，减小收缩，增强密封效果．并且聚丙烯纤维与早强减水剂的作用无相互影响，新型封孔材料组成及各组分作用如图1所示．
图1新型封孔材料的组成及各组分的作用Fig．1Componentsofnewsealingmaterialandcomponent'seffect
新型封孔材料的基本成分如图2所示，为满足材料性能要求，水泥为42.5Ｒ拉法基普通硅酸盐，水泥品质符合《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》（GB175—99）标准；外加剂为重庆某公司生成的早强减水剂，型号为Ms型，推荐加量2%—4%；纤维采用聚丙烯纤维，其物理力学参数见表1；水为干净的自来水．
图2新型封孔材料的基本成分Fig．2Basiccomponentsofnewsealingmaterial
表1聚丙烯纤维的物理力学参数Table1Physicalandmechanicalparametersofpolypropylenefiber
类型密度/（g/cm3）直径/mm规格/mm抗拉强度/MPa弹性模量/MPa熔点/℃燃点/℃耐酸碱性分散性束状单丝0.910.0489≥350≥3500165590极强极好
2.2实验方法
新型封孔材料需具备较小收缩率和较高强度，同时具备较大的流动性．为获得满足施工工艺要求的封孔材料最优配比，实验测试封孔材料的收缩率和抗压强度．（1）收缩率测定采用Φ50×260mm的PVC管，一端用稠水泥浆密封，将新型封孔材
料灌入一端密封的PVC管中，试件有效长度为250mm，每个配合比6根试件，如图3所
0311应用基础与工程科学学报Vol．22示，在（20±2）℃的养护室中养护，以新型封孔材料灌满PVC管为基准长度，待材料凝固24h后用游标卡尺测量材料的收缩长度l，游标卡尺精度为0.1mm，收缩率取6根试件的
平均值．则封孔材料收缩率为
s=l250×100（1）式中，s为封孔材料的收缩率，%；l为材料的收缩长度，mm；250为试件的有效长度，mm．
图3收缩率实验试件Fig．3Specimenofshrinkagetest
（2）抗压强度测试模具为70.7mm×70.7mm×70.7mm，成型后立即用PE保鲜膜覆
盖，标准养护24h拆模，在养护室进行养护，每个配合比6个试件，如图4所示．采用日本岛津压力试验机分别测定1、3、7d的单轴抗压强度．
图4抗压强度实验试件Fig．4Specimenofcompressivestrengthtest
测试共有3个变量：水灰比、聚丙烯纤维体积掺量以及早强减水剂质量掺量；水灰比依次为1∶1、0.8∶1、0.6∶1，聚丙烯纤维体积掺量分别为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%，早强减水剂质量掺量分别为2%、3%、4%；通过单掺以及复掺配合比组合
方式，测试并记录各配比材料的收缩率与抗压强度．2.3实验结果分析
2．3．1收缩率实验封孔材料收缩率对其致密程度、抗压强度、胶结能力、封孔位置有
重要影响．不同水灰比下，材料收缩率随聚丙烯纤维体积掺量变化如图5所示．
1311No．6葛兆龙等：煤矿井下新型水力压裂封孔材料优化及封孔参数研究