松藻煤電公司水力壓裂情況調(diào)研報告

1、重慶松藻煤電公司水力壓裂技術(shù)調(diào)研報告重慶松藻煤電公司水力壓裂技術(shù)調(diào)研報告根據(jù)集團(tuán)公司領(lǐng)導(dǎo)安排，1月9日11日，集團(tuán)公司副總工程師李平帶隊，由安全開采總院、安監(jiān)局、生產(chǎn)部裝備中心、物資供銷分公司、謝橋礦、丁集礦、潘一礦、勘探工程處等單位有關(guān)人員組成調(diào)研組，前往重慶松藻煤電公司進(jìn)行了水力壓裂技術(shù)調(diào)研。現(xiàn)將調(diào)研情況匯報如下：一、調(diào)研礦井概況及水力壓裂開展情況松藻煤電公司位于重慶市南部，是重慶市最大的無煙煤和動力煤生產(chǎn)基地，是重慶能源集團(tuán)的下屬公司。公司礦區(qū)探明地質(zhì)儲量為12.5億噸，工業(yè)儲量9.8億噸，規(guī)劃可采儲量6.7億噸。煤層屬中灰、富硫、低磷的無煙煤，年產(chǎn)量已達(dá)500萬噸以上，煤炭產(chǎn)品主供重慶

2、珞璜電廠和重慶電廠，并為川渝、兩廣用戶提供民用煤和工業(yè)用煤。本次到松藻煤電公司所屬的同華及逢春兩個礦進(jìn)行了調(diào)研。1、同華煤礦概況同華煤礦，地處重慶市綦江縣安穩(wěn)鎮(zhèn)。礦井設(shè)計生產(chǎn)能力30萬噸/年，現(xiàn)擬三水平擴(kuò)建生產(chǎn)能力45萬噸/年。礦井絕對瓦斯涌出量34.85m3/min，相對瓦斯涌出量73.73m3/t，屬煤與瓦斯突出礦井。同華煤礦地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，井田區(qū)內(nèi)含煤810層，自下而上編為K1、K2a、K2b、K3a、K3b、K4、K5、K6、K7煤層，其中K3b煤層為全區(qū)可采煤層，K1煤層為大部可采煤層，K2a、K4、K6煤層為局部可采，煤層18°42°。K1為弱突出煤層作為下保護(hù)層

3、首先開采，平均煤厚為0.65m；K3b煤層為強(qiáng)突出煤層，平均煤厚為2.66m。礦井瓦斯含量隨埋藏深度的增加而升高， K3b煤層瓦斯含量梯度為3.06m3/噸煤/100m；K1煤層瓦斯含量梯度為2.88 m 3/噸煤/100m。生產(chǎn)實踐中測定±0m水平以上各主采煤層原始瓦斯： k1煤層最大20.15m3/t、k3b煤層最大24.53m3/t；瓦斯壓力為：k1煤層1.7MPa、k3b煤層3.5 MPa。礦井主要開采K1和K3b煤層，現(xiàn)礦井二水平一、二區(qū)生產(chǎn)，正向三水平延伸，三水平首采面2013年二季度投產(chǎn)。該礦從建礦以來共計發(fā)生煤與瓦斯突出73次，最大突出強(qiáng)度7138t，噴出瓦斯2850

4、00m3，歷年突出共死亡188人，其中最多一次死亡125人。2、逢春煤礦概況逢春煤礦，地處重慶市綦江縣石壕鎮(zhèn)。礦井設(shè)計生產(chǎn)能力30萬噸/年,改擴(kuò)建后生產(chǎn)能力為90萬噸/年。礦井絕對瓦斯涌出量45/min，相對瓦斯涌出量51m3/t，屬煤與瓦斯突出礦井。礦井屬急傾斜煤層群開采礦井,從上至下依次開采6#、7#、8#煤層，煤層平均傾角63°。現(xiàn)生產(chǎn)+523水平以上的+600-670、+670-750兩個階段、開采煤層均具有自燃發(fā)火傾向和煤塵爆炸危險性，其中7#、8#煤層為突出煤層，6#煤層作為保護(hù)層開采。8#煤層瓦斯含量為25.87m3/t、7#煤層為19.85m3/t、6#煤層為18.8

5、2m3/t。調(diào)研組分別在同華、逢春煤礦與集團(tuán)公司、礦有關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行了座談，了解和學(xué)習(xí)了松藻煤電公司和礦在水力壓裂裝備、技術(shù)工藝流程、安全管理等方面的經(jīng)驗，并現(xiàn)場參觀了同華和逢春煤礦兩個水力壓裂作業(yè)地點(diǎn)水力壓裂操作過程。2011年以來，松藻煤電有限公司在所屬各礦進(jìn)行了水力壓裂增透技術(shù)試驗研究，取得了較好的效果。目前該技術(shù)已經(jīng)在松藻煤電公司各礦進(jìn)行了推廣應(yīng)用。公司規(guī)定突出煤層條帶預(yù)抽鉆孔施工前必須進(jìn)行高壓水力壓裂（40 MPa以上），然后再施工穿層鉆孔進(jìn)行預(yù)抽，另外還開展了回采工作面順層鉆孔中壓（20 MPa左右）水力壓裂增透試驗研究。公司在水力壓裂管理上已形成常態(tài)化的管理機(jī)制，每年根據(jù)各礦井的

6、區(qū)域消突計劃下達(dá)相應(yīng)的水力壓裂計劃，每半年召開一次水力壓裂技術(shù)交流會。通過本次調(diào)研，調(diào)研組認(rèn)為，松藻煤電公司在水力壓裂增透技術(shù)研究和管理上取得了一定的成效和經(jīng)驗，值得我們學(xué)習(xí)和借鑒。二、水力壓裂設(shè)備及系統(tǒng)水力壓裂設(shè)備主要包括移動變壓器、高壓注水泵、電視監(jiān)測裝置。高壓水管路系統(tǒng)主要包括清水箱、高壓膠管、高壓三通、閘閥和卸壓閥等輔助材料，具體情況如下：（一）、水力壓裂設(shè)備1、高壓注水泵：一般采用BZW200/56型注水泵（高壓壓裂）或BRW200/31.5型乳化泵（中壓壓裂）。生產(chǎn)廠家為南京六合煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司。2、移動變壓器：安設(shè)一臺630KVA移變，專門負(fù)責(zé)高壓注水泵及鉆機(jī)等設(shè)備的供電。3

7、、電視監(jiān)測裝置：配備一套ZSJ127電視監(jiān)測裝置，生產(chǎn)廠家為陜西航泰電氣有限公司，主要用于遠(yuǎn)程實時監(jiān)視注水過程中高壓注水泵的運(yùn)行狀況、注水鉆孔及附近巷道情況。（二）、高壓水管路系統(tǒng)高壓水管路系統(tǒng)主要包括清水箱、高壓膠管、高壓三通、閘閥和卸壓閥等管件組成。由南京六合煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司根據(jù)需要的壓力等級進(jìn)行配備。所有配件必須取得煤安證。（三）鉆孔封孔套管水力壓裂鉆孔施工完成后，必須全程下50*8mm無縫鋼管作為套管，煤層段套管必須打上花眼。鉆孔外套管必須設(shè)置高壓三通和卸壓閥并與高壓水管路系統(tǒng)連接。水力壓裂設(shè)備、材料明細(xì)序號用途設(shè)備名稱規(guī)格型號備注1鉆進(jìn)設(shè)備礦用鉆機(jī)ZY-750型2鉆頭PDC3強(qiáng)力

8、鉆桿50*800mm4封孔設(shè)備高壓封孔管50*8mm厚壁管5封孔機(jī)BDF-10/2.46普通硅酸鹽水泥7白水泥膨脹增強(qiáng)防收縮8馬麗散封孔1.5m9注漿泵10壓裂設(shè)備高壓管接頭25mm11高壓膠管25mm、75MPa12高壓電纜MYJV22-6/6KV-3×5013低壓電纜MY-0.38/0.69-3*7014移動變壓器630KVA15注水泵BZW-200/56MPa南京六和16電機(jī)YBK2355m1-4無錫金億達(dá)17清水箱SX-3000型南京六和18電氣控制箱KXJR4-12南京六和19電視監(jiān)測裝置ZSJ127陜西航泰三、水力壓裂技術(shù)原理及工藝流程（一）水力壓裂原理水力壓裂技術(shù)主要機(jī)

9、理：通過高壓快速驅(qū)動水流，在短時間將大量的水?dāng)D入煤層微裂隙，微裂縫擴(kuò)寬伸展后，使煤層發(fā)生碎裂，產(chǎn)生網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的次生裂縫與裂隙，從而增加煤層的透氣性。同時高壓水進(jìn)入煤層微裂隙，置換部分煤層吸附瓦斯。（二）水力壓裂主要工藝流程1、水力壓裂工作按時間先后順序主要分為八個步驟，具體工藝流程如下：壓裂設(shè)備安裝壓裂鉆孔設(shè)計與施工測定煤層原始瓦斯含量及水份壓裂鉆孔封孔水力壓裂壓裂效果檢驗施工抽采鉆孔數(shù)據(jù)分析2、各工序工作標(biāo)準(zhǔn)及要求(1)、壓裂設(shè)備安裝礦機(jī)電部門負(fù)責(zé)提供水力壓裂地點(diǎn)電氣設(shè)備供電系統(tǒng)設(shè)計。安裝部門根據(jù)設(shè)計要求安裝好供電系統(tǒng)、高壓注水泵、高壓水管路系統(tǒng)和遠(yuǎn)程電視監(jiān)測系統(tǒng)。所有系統(tǒng)安裝、調(diào)試完成，經(jīng)機(jī)

10、電部門驗收合格后，方可開始水力壓裂。（2）壓裂鉆孔設(shè)計與施工鉆孔孔徑一般為87mm,終孔孔徑不小于75 mm，鉆孔要求終孔于待壓煤層頂板不小于0.5 m，并封孔至待壓煤層底板。壓裂鉆孔間距一般根據(jù)已考察出的水力壓裂有效半徑，并保留15%的富余系數(shù)確定。水力壓裂后通過兩個方面來確定壓裂半徑。一是通過觀察壓裂時圍巖滲水、頂板掉渣和圍巖深部爆裂聲等判斷壓裂影響范圍，或通過在預(yù)計影響范圍內(nèi)施工的測壓鉆孔，鉆孔內(nèi)出水或壓力急劇上升確定其有效影響半徑。二是以壓裂鉆孔周邊單孔抽采濃度大于20%，且穩(wěn)定時間7天以上，鉆孔與壓裂孔的間距即為壓裂影響半徑。松藻煤電公司通過試驗，總結(jié)了穿層鉆孔水力壓裂的有效半徑一般

11、為30-70m。壓裂鉆孔必須嚴(yán)格按照設(shè)計參數(shù)進(jìn)行施工，并詳細(xì)記錄見煤巖情況。施工完成后，將施工資料交地質(zhì)部門進(jìn)行審查，保證鉆孔施工到位。（3）、測定煤層原始瓦斯含量及水份壓裂鉆孔施工到待壓煤層底板2米時，先停止鉆孔施工。通知防突員做好瓦斯含量測定準(zhǔn)備工作。準(zhǔn)備工作完成后，再施工鉆孔穿過待壓煤層，并用DGC瓦斯含量快速測定儀測定煤層原始瓦斯含量，并收集煤樣進(jìn)行煤層水份測定，并做好相關(guān)記錄。（4）、壓裂鉆孔封孔鉆孔施工完成后，嚴(yán)格按設(shè)計進(jìn)行封孔。鉆孔必須全程下50*8mm無縫鋼管作為套管，煤層段的套管改成1寸鐵管并打上花眼，并在下部設(shè)置過濾網(wǎng)，防止封孔材料進(jìn)入套管內(nèi)。用普通水泥、白水泥對進(jìn)行封堵，

12、普通水泥和白水泥比例為3.5：1，封孔深度以封到待壓煤層底板為準(zhǔn)。（5）、高壓水力壓裂封孔完成并至少凝固24小時后，方可開始對該壓裂鉆孔進(jìn)行高壓水力壓裂。壓裂前，首先將注水泵壓力調(diào)至40Mpa或設(shè)計的壓力值，然后開始實施壓裂。壓裂過程中，由“一通三防”部門安排專人對注水泵的壓力變化情況、注入水量情況進(jìn)行記錄，直至注水泵壓力急劇上升到40Mpa（或設(shè)計壓力值）、壓裂泵水箱內(nèi)水位不再下降或注水泵壓力急劇下降到15 Mpa以下時，即可結(jié)束壓裂。（6）、壓裂效果檢驗水力壓裂完成后，即開始施工預(yù)計影響半徑邊緣的抽采鉆孔作為檢驗鉆孔，鉆孔見煤時用DGC瓦斯含量快速測定儀測定待壓煤層的瓦斯含量,并采集煤樣測

13、定其含水份，同時對檢驗鉆孔施工過程中有無出水、噴孔等現(xiàn)象、回風(fēng)瓦斯變化情況進(jìn)行記錄。檢驗鉆孔檢驗指標(biāo)符合設(shè)計要求，證明壓裂有效即可進(jìn)行穿層預(yù)抽鉆孔施工。（7）、施工抽采鉆孔檢驗鉆孔施工結(jié)束后，按設(shè)計要求施工穿層預(yù)抽鉆孔，所有穿層預(yù)抽鉆孔均作為檢驗鉆孔，同時記錄鉆孔施工過程中有無出水、噴孔等現(xiàn)象。鉆孔施工、封孔結(jié)束后，接入礦井抽采系統(tǒng)進(jìn)行抽采，每個壓裂單元必須安裝一個自動放水器。(8)、數(shù)據(jù)分析抽采期間，抽采隊每天對該區(qū)域試驗點(diǎn)的鉆孔及單元瓦斯流量、濃度等參數(shù)進(jìn)行測定，并做好記錄，連續(xù)抽采兩個月后，對該區(qū)域的預(yù)抽效果進(jìn)行評價，作出總結(jié)分析。四、水力壓裂效果近幾年來，重慶能源集團(tuán)在10多對礦井進(jìn)行

14、了100多次試驗，目前正在進(jìn)行效果的系統(tǒng)總結(jié)過程。通過在同華煤礦的應(yīng)用，水力壓裂技術(shù)主要有以下三個方面的效果：1、抽采濃度和抽采量均提高一倍以上。同華煤礦的3111-1-2運(yùn)輸巷掘進(jìn)條帶位于-60m階段四石門至一區(qū)-60m階段北邊界石門段，巷道長420m，在茅口巷布置14個鉆場（鉆場間距30m），煤層原始瓦斯含量16.5814m3/t。2011年10-12月分別進(jìn)行了3個孔壓裂試驗 。然后施工預(yù)抽鉆孔進(jìn)行抽采，平均抽采單孔濃度為41.45%、平均單個鉆場抽采純量為0.223m3/min，抽放135天后，經(jīng)檢驗有長150m的條帶抽采達(dá)標(biāo)。而同標(biāo)高的2125-3運(yùn)巷條帶長300m，沒有進(jìn)行水力壓裂

15、，于2011年10月2012年2月進(jìn)行水力割縫后施工預(yù)抽鉆孔并抽采，平均抽采濃度僅為13.98%、平均單個鉆場抽采純量僅為0.09m3/min。通過比較，3111-1-2運(yùn)巷抽采濃度提高了196，抽采量提高了148。縮短了抽采達(dá)標(biāo)的時間，平均可縮短4個月。2、提高了煤巷的掘進(jìn)單進(jìn)3111-1-2運(yùn)巷于 2012年5月3日開始掘進(jìn)，兩班制作業(yè)，5月進(jìn)尺57m，未出現(xiàn)防突指標(biāo)超標(biāo)現(xiàn)象。與3111-1-2運(yùn)巷垂高差僅50m的21117-2-1運(yùn)巷，全長508m，采用傳統(tǒng)的條帶預(yù)抽區(qū)域措施，三班制作業(yè)，月進(jìn)度僅為33.86m。因此，通過高壓水力壓裂后，3111-1-2運(yùn)巷比2117-1-2運(yùn)巷掘進(jìn)單進(jìn)

16、提高了68%，杜絕了防突指標(biāo)超標(biāo)現(xiàn)象。3、減少了煤巷掘進(jìn)過程防突預(yù)測指標(biāo)超標(biāo)現(xiàn)象采用水力壓裂后抽采的的3111-1-2運(yùn)巷于 2012年5月3日進(jìn)場掘進(jìn)，掘進(jìn)過程中未出現(xiàn)防突指標(biāo)超標(biāo)現(xiàn)象。而沒有采用水力壓裂抽采的21117-2-1運(yùn)巷，在煤巷掘進(jìn)過程中出現(xiàn)18次防突指標(biāo)超標(biāo)，沒有消除突出危險，必須在工作面采取局部防突措施，安全威脅大。4、從壓裂試驗情況統(tǒng)計分析，壓裂后煤層的透氣性系數(shù)增大，單孔瓦斯抽放濃度、瓦斯抽放純量大幅度提高，有利于提高抽采效果。5、壓裂后，抽采濃度大幅提高，為瓦斯民用氣源提供了充足的保障。五、水力壓裂的主要安全措施為了確保水力壓裂過程中“一通三防”管理及施工人員人身安全，

17、松藻煤電公司主要從通風(fēng)瓦斯管理、人員防護(hù)、防治災(zāi)害等方面采取相應(yīng)的安全措施，確保水力壓裂過程安全。1、健全通風(fēng)系統(tǒng)，確保壓裂地點(diǎn)風(fēng)量充足。根據(jù)壓裂點(diǎn)瓦斯涌出情況，選擇全負(fù)壓通風(fēng)或局部通風(fēng)，但必須保證風(fēng)量能夠滿足稀釋瓦斯需要，同時打鉆地點(diǎn)要做好防噴工作，必須配備防噴裝置。2、加強(qiáng)監(jiān)測監(jiān)控，確保斷電靈敏可靠。在壓裂鉆孔回風(fēng)側(cè)510m范圍內(nèi)安設(shè)專用瓦斯監(jiān)測探頭及CO探頭，并將其與該區(qū)域回風(fēng)側(cè)的一切電氣設(shè)備電源進(jìn)行閉鎖，一旦瓦斯超限，能立即切斷壓裂點(diǎn)及回風(fēng)流內(nèi)的一切非本質(zhì)型電氣設(shè)備電源。3、加強(qiáng)鉆孔施工安全管理。在施鉆過程中若出現(xiàn)噴孔、卡鉆、頂鉆、吸鉆、抱鉆、響煤炮、瓦斯忽大忽小、瓦斯持續(xù)上升、礦壓顯

18、現(xiàn)等明顯的突出預(yù)兆時，必須立即停止作業(yè)、切斷電源、撤出人員至地面，并向礦調(diào)度室匯報。4、安全防護(hù)設(shè)施齊全。進(jìn)入該區(qū)域的人員必須隨身攜帶完好的隔離式自救器。并在壓裂地點(diǎn)配備壓風(fēng)自救裝置。壓裂點(diǎn)附近安設(shè)直通礦調(diào)度室的調(diào)度電話，確保通訊暢通。5、嚴(yán)格人員撤離和警戒制度。水力壓裂實施前，由專人負(fù)責(zé)將影響區(qū)域無關(guān)人員撤離，并清點(diǎn)人員無誤后向調(diào)度室匯報人員撤離情況，人員全部撤至新鮮風(fēng)流以外，并切斷壓裂地點(diǎn)及回風(fēng)側(cè)內(nèi)的一切非本質(zhì)安全型電氣設(shè)備電源。壓裂期間設(shè)置專人警戒，嚴(yán)禁任何人員進(jìn)入壓裂地點(diǎn)及回風(fēng)系統(tǒng)。6、嚴(yán)格水力壓裂設(shè)備操作及高壓管路的安全管理。（1）高壓管路系統(tǒng)必須完好可靠，每間隔3m固定一個點(diǎn)，開注

19、水泵前必須對管路系統(tǒng)進(jìn)行逐一檢查，排除隱患。（2）注水泵必須安排專職司機(jī)進(jìn)行操作，司機(jī)必須經(jīng)過培訓(xùn)，持證上崗，掌握設(shè)備性能及安全措施，密切關(guān)注壓裂泵泵箱水位，防止排空，如供水不及時或出現(xiàn)緊急情況時，必須立即停泵。（3）當(dāng)注水泵的壓力急劇上升到40Mpa（或設(shè)計壓力值）時，必須立即停止注水泵工作。（4）注水泵停止運(yùn)行后，必須在壓力表指示降到0MPa以下時，方可打開卸壓閥，放出管路內(nèi)積水后，方可拆開高壓膠管，嚴(yán)防殘留高壓水流傷人。7、安全管理措施。每次進(jìn)行水力壓裂前，施工單位必須編制專項安全技術(shù)措施，并確保貫徹到每位職工。各項準(zhǔn)備工作完成后，由礦職能部門組織現(xiàn)場驗收，驗收合格方可按壓裂方案步驟進(jìn)行

20、水力壓裂。六、調(diào)研結(jié)論：1、松藻煤電公司水力壓裂用的壓裂注水泵，松藻煤電集團(tuán)綜合價格、設(shè)備大小、性能等選擇的是南京六和的成套產(chǎn)品（含電機(jī)）BZW-200/56MPa，采用雙泵聯(lián)合作業(yè)，現(xiàn)場使用效果較好。除該設(shè)備外，陜西寶雞航天、河南煤層氣公司等也均生產(chǎn)同類型設(shè)備。2、通過現(xiàn)場調(diào)研，ZSJ127型民視監(jiān)測設(shè)備及其關(guān)聯(lián)設(shè)備在確保人員撤出后，仍能對壓裂情況進(jìn)行實時監(jiān)控起到了較為明顯的效果。3、松藻煤電公司通過試驗發(fā)現(xiàn)，水力壓裂的破裂壓力與煤層埋藏深度和地應(yīng)力有密切關(guān)系，煤層埋深在700m左右，煤層破裂壓力在40MPa以上。4、松藻煤電公司底板巷布置在茅口灰?guī)r內(nèi)，灰?guī)r其f值為816，巖石致密，有利于高壓水力壓裂開展。5、松藻煤電公司通過試驗，認(rèn)為穿層鉆孔水力壓裂的有效半徑范圍為30-70m，但其受被壓裂煤層厚度、底（頂）巖性、是否受斷層構(gòu)造影響以及注水量多少等因素影響。松藻煤電公司初步認(rèn)為，單孔壓入水量至少在120m3以上方可合格。6、條帶預(yù)抽水力壓裂技術(shù)在松藻煤電公司各礦應(yīng)用均比較成功，能夠大幅縮