平煤股分八礦井下高壓水力壓裂技術(shù)方案

1、平煤股分八礦井下高壓水力壓裂技術(shù)研究”實(shí)施技術(shù)方案瓦斯所2020年5月10日一、礦井概況平煤股分八礦位于平頂山市區(qū)東部，距市區(qū)11km,礦井于1966年12月破土動工，1981年2月投產(chǎn)，設(shè)計生產(chǎn)能力300萬噸/年。井田工業(yè)儲量為萬噸，可采儲量為萬噸，設(shè)計效勞年限為65年。礦井采納立井多水平采區(qū)上下山開拓方式開發(fā)，采納走向長壁全數(shù)垮落的采煤工藝。礦井具有完整獨(dú)立的通風(fēng)系統(tǒng)，通風(fēng)系統(tǒng)為中央并列與對角分區(qū)的混合式通風(fēng)系統(tǒng)，主扇工作方式為抽出式，共布置四個進(jìn)風(fēng)井筒（副井、新副井、西二風(fēng)井、主井）；四個回風(fēng)井筒（東風(fēng)井、西一風(fēng)井、北風(fēng)井、丁一風(fēng)井），利用安裝在地面的礦用要緊通風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)，并備有一樣能

2、力的備用要緊通風(fēng)機(jī)。生產(chǎn)水平和采區(qū)實(shí)行分區(qū)通風(fēng)，采區(qū)、采掘工作面的風(fēng)量均能知足平安生產(chǎn)需要。礦井為二級熱害礦井，地溫梯度4.9C/100m，局部有高溫?zé)崴顒?，水?240C。礦井可采煤層共有三組四層，即：丁煤層（平均厚度2.0m），戊煤層（平均厚度），己15煤層（平均厚度3.5m）和己煤層（局部可采）。煤層傾角西異830，東異820。礦井為自燃發(fā)火礦井，三組煤層均具有自燃發(fā)火危險性，自燃發(fā)火期為46個月。三組煤層均具有煤塵爆炸危險性，煤塵爆炸指數(shù)為。依照八礦2020年度礦井瓦斯品級鑒定報告結(jié)果，八礦礦井瓦斯相對涌出量為3/1，絕對涌出量為3/min；二氧化碳相對涌出量為3/1，絕對涌出量為3

3、/min，依照煤礦平安規(guī)程第133條定為高瓦斯礦井，自1987年以來，戊、己煤層在采掘生產(chǎn)進(jìn)15程中接踵發(fā)生煤與瓦斯突出。1989年，八礦被重慶煤科院鑒定為煤與瓦斯突出礦井，1997年鑒定為嚴(yán)峻煤與瓦斯突出危險礦井。其中戊煤層和己煤層為突出煤層，突出煤層中，己煤層TOC o 1-5 h z1515上部為己煤，下部為己煤和庚組煤，戊組煤層上部為戊煤層。148因己煤層、戊煤層、庚組煤層賦存極不穩(wěn)固，煤層缺失嚴(yán)峻,148己煤層與己煤層間距為28米，己煤層開采后嚴(yán)峻破壞己1515煤層。因此，八礦區(qū)域防突方法采納預(yù)抽煤層瓦斯。2020年，八礦打算掘進(jìn)預(yù)抽巷5300米。二、項(xiàng)目實(shí)施工作面大體情形（一）戊8

4、-21030采面采面概況該采面位于戊一采區(qū)東翼，西起戊一皮帶上山，東到戊組國鐵愛惜煤柱，南臨戊一21010采面，地面標(biāo)高+70+95。戊煤層區(qū)段標(biāo)高一510一570m，埋深580665m。工作面設(shè)計可采走向長度948m，采長185m，可采儲量80萬t。戊采面設(shè)計六條巷道，三條煤巷、三條巖巷，別離為：風(fēng)巷、風(fēng)巷瓦斯抽排巷、機(jī)巷、機(jī)巷高抽巷、切眼及切眼預(yù)抽巷。戊8-21030機(jī)巷設(shè)計長度1334米，外錯機(jī)巷15米，距己15煤層頂板13米布置；風(fēng)巷設(shè)計長度980米，內(nèi)錯機(jī)巷10米，戊機(jī)巷設(shè)計長度1317米，巷道標(biāo)高一510一570m米，瓦斯壓力，瓦斯含量16m3/1，依照突出危險品級劃分，屬突出危險

5、工作面。該巷道正在施工機(jī)巷外圍工程。煤層情形由于該區(qū)域揭露資料稀少，依照戊-21010采面、周圍鉆孔及勘探線剖面綜合來看，煤層情形比較穩(wěn)固，煤厚3.6m，平均左右，黑色塊狀半亮型為主，局部含有不穩(wěn)固夾矸；煤層傾角呈西大東小，上陡下緩之趨勢，一樣1316，平均。地質(zhì)構(gòu)造從戊一21010機(jī)巷所揭露資料看，共揭露2條正斷層。有1條對掘進(jìn)有必然的阻礙，其斷層參數(shù)別離為:傾角53。落差2m；傾角35。落差。（二）己15T4140采面采面概況采面位于己二上山采區(qū)西翼最下部，東起采區(qū)上山，西至十二礦北山風(fēng)井己組愛惜煤柱邊界，南鄰正在施工的己1522040采面，北部為尚未開發(fā)的二水平己二下山采區(qū)。采面沿己15

6、煤層走向布置機(jī)、風(fēng)兩巷。在己15煤層底板灰?guī)r中布置1條底抽巷，與機(jī)巷中對中25m,距己15煤層底板左右，保證距己煤層底板垂距不小于10m。從回風(fēng)上山開口。其中風(fēng)巷高位尾巷利用己15-22040機(jī)巷預(yù)抽巷延伸約378m。煤層概況依照鉆孔資料及揭露己15煤層分析，該采面煤厚在3.85m左右，平均，在構(gòu)造區(qū)域有變薄情形。煤層傾角一樣在1728。之間，平均22，呈西緩東陡之趨勢。地質(zhì)構(gòu)造結(jié)合現(xiàn)有資料及等咼線情形，估量該米面可不能有大的地質(zhì)構(gòu)造，但局部會有頂板破碎及小構(gòu)造顯現(xiàn)。瓦斯賦存情形該工作面瓦斯壓力，瓦斯含量22.0m3/1,依照突出危險品級劃分，屬突出危險工作面。三、區(qū)域防突方法實(shí)施情形簡介（一

7、）戊8-21030機(jī)巷戊機(jī)巷在沒有施工之前已施工有掩護(hù)巷戊8-21030機(jī)巷預(yù)抽巷，依照該工作面區(qū)域瓦斯治理要求，從戊8-21030機(jī)巷預(yù)抽巷向戊機(jī)巷施工穿層鉆孔預(yù)抽戊機(jī)巷區(qū)域瓦斯，排除工作面掘進(jìn)時的突出危險性。穿層鉆孔每一組，每組6個，孔徑75mm，垂直于巷道布置。鉆孔別離操縱到戊機(jī)巷兩幫輪廓線之外15m。鉆孔施工完畢后要進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)抽放,封孔深度不低于13m。為提高穿層預(yù)抽成效，在穿層預(yù)抽孔施工前，先對預(yù)抽煤層實(shí)施水力壓裂，增大煤層透氣性。（二）己15T4140機(jī)巷低抽巷己15-14140機(jī)巷在沒有施工之前已施工有掩護(hù)巷己15-14140機(jī)巷底抽巷，依照該工作面區(qū)域瓦斯治理要求，從己15-14

8、140機(jī)巷底抽巷向己15-14140機(jī)巷施工穿層鉆孔,預(yù)抽己15-14140機(jī)巷區(qū)域瓦斯，排除被掩護(hù)巷道掘進(jìn)時的突出危險性,鉆孔每3m一組，每組6個鉆孔，孔徑為94mm，沿巷道下幫布置；鉆孔別離操縱到己15-14140機(jī)巷上、下幫巷道輪廓線之外15m；鉆孔施工完畢后要進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)抽放，封孔深度不低于13m；每組的4#鉆孔為水力壓裂鉆孔，水力壓裂是利用高壓水在煤體內(nèi)部底憋起高壓，在煤層中產(chǎn)生裂隙，同時將帶有支撐劑的攜砂液注入裂隙，形成具有必然寬度的高滲透填砂裂隙，降低了滲透阻力，可起到增透作用，提高抽放成效，同時降低瓦斯抽放衰減速度,從而達(dá)到消突的作用。四、水力壓裂項(xiàng)目實(shí)施方案簡介（一）戊8-210

9、30機(jī)巷水力壓裂鉆孔設(shè)計在戊8-21030機(jī)巷向戊機(jī)巷掘進(jìn)前方施工水力壓裂鉆孔，壓裂鉆8孔超前戊機(jī)巷掌子頭距離不得小于500m，壓裂鉆孔終孔位置操縱到戊機(jī)巷中間位置，孔深以現(xiàn)場實(shí)際深度為準(zhǔn)，鉆孔孔徑75mm，壓裂鉆孔間距。（附平面圖）卸壓抽放鉆孔設(shè)計在水力壓裂孔雙側(cè)各范圍內(nèi)布置穿層卸壓抽放鉆孔。穿層卸壓抽放鉆孔每一組，每組6個鉆孔，孔徑為75mm，垂直巷道上幫布置。鉆孔別離操縱到戊機(jī)巷上、下幫巷道輪廓線之外15m。先進(jìn)行水力壓裂，然后再執(zhí)行穿層卸壓抽放鉆孔。壓裂孔超前穿層抽放鉆孔不小于300m。（附剖面圖）穿層鉆孔參數(shù)表孔號角度（）距底板（m）設(shè)計孔深（m）與巷道夾角（）1#-18902#-3

10、2903#-40904#-52905#-65906#-90090水力壓裂孔-4590裝備（1）壓裂泵：型號BRW400/37X4AF型煤礦用乳化液泵，額定壓力37Mpa、額定流量400L/min。水箱：鐵質(zhì)，容積3m3。壓力表：型號YHY60（B）礦用本安型數(shù)字壓力計手持搜集器：型號FCH32/礦用本安型。管路高壓管路:選用內(nèi)徑別離為25mm和38mm，耐壓強(qiáng)度不低于35MPa的高壓膠管。無縫鋼管:外徑38mm，內(nèi)徑27mm，壁厚，每節(jié)長3m。圭寸孔器里段鋼管管壁開孔，孔密10孑L/米，鋼管底部封堵。封孔：壓裂孔采納水泥砂漿進(jìn)行封孔，封孔深度不低于20m，抗壓強(qiáng)度不低于35MPa。進(jìn)行水力壓裂

11、時，封孔的鉆孔必需保證不小于72小時凝固時刻。戊機(jī)巷抽排巷注水孔圭寸孔示用意i11鉆具鉆機(jī)，MK-4(或SGZIB)型液壓鉆機(jī)，鉆桿50(或42)mm,鉆頭75mm，用于壓裂鉆孔的施工。電磁輻射儀：KBD5礦用本安型煤與瓦斯突出電磁輻射儀。注漿泵：型號3，額定壓力3Mpa、額定流量/min。工藝流程供水管一水箱一連接管一注水泵一高壓水管一專用封孔器一鉆孔一煤體設(shè)備布置高壓泵安裝在二水平戊一瓦斯抽放泵站內(nèi)，高壓泵電源取自泵站內(nèi)的移動變壓器。高壓管安裝線路：二水平戊一瓦斯抽放泵站一一戊一東翼回風(fēng)上山戊-21030機(jī)巷回風(fēng)道戊-21030機(jī)巷。88抽放管路安裝線路：戊-21030機(jī)巷戊-21030機(jī)

12、巷回風(fēng)道88-二水平戊一瓦斯抽放泵站-戊一東翼回風(fēng)上山-戊一西翼回風(fēng)上山戊風(fēng)巷戊一高強(qiáng)一-西翼重車線地面瓦斯抽放泵站。平安方法在進(jìn)行注水預(yù)裂時，戊-21030機(jī)巷所有作業(yè)人員躲到距注水8點(diǎn)里外各100m的壓風(fēng)自救處，并設(shè)立警戒。通風(fēng)區(qū)負(fù)責(zé)反向風(fēng)門的檢查保護(hù)，并檢查風(fēng)筒穿孔防逆風(fēng)裝置,壓裂前要檢查風(fēng)門關(guān)閉情形、風(fēng)筒等防逆流裝置，確保平安靠得住。各警戒點(diǎn)安裝直通調(diào)度室和壓風(fēng)自救，每處安裝壓風(fēng)自救數(shù)量按最多人數(shù)確信，最少不得少于5個。壓裂管路泵站處設(shè)置三通并安裝卸壓閥門。增強(qiáng)高壓管路系統(tǒng)的保護(hù)治理，安裝后必需對高壓管路系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)真全面的檢查，利用前必需對高壓管路進(jìn)行耐壓實(shí)驗(yàn)，發(fā)覺異樣當(dāng)即處置，不然不

13、得進(jìn)行高壓壓裂操作。液壓泵站安裝在二水平戊一瓦斯抽放泵站，液壓泵站要安排專職司機(jī)操作，司機(jī)必需通過培訓(xùn)，持證上崗，把握設(shè)備性能及平安方法，且操作熟練、責(zé)任心強(qiáng)，嚴(yán)格依照泵站司機(jī)操作規(guī)程操作，顯現(xiàn)緊急情形時，必需當(dāng)即停泵。壓裂時由一名指揮領(lǐng)導(dǎo)小組組長在調(diào)度室指揮，由一名副總在井下現(xiàn)場總指揮。確信停電、撤人及警戒范圍停電范圍：戊-21030機(jī)巷所有非本安型電源；戊-21030機(jī)巷89-10設(shè)備道所有非本安型電源。戊一回風(fēng)所有電源。撤人范圍：戊-21030機(jī)巷所有人員；戊-21030機(jī)巷所有人員。89-10警戒位置：戊-21010風(fēng)巷防突風(fēng)門之外的新鮮風(fēng)流中；戊9-10-21010機(jī)巷回風(fēng)道口；戊-

14、21030機(jī)巷外段防突風(fēng)門外。9-108二水平戊一回風(fēng)內(nèi)不能有任何作業(yè)。壓裂實(shí)施期間，救護(hù)隊安排一救護(hù)小分隊帶齊裝備在二水平戊一瓦斯抽放泵站待命，隨時聽從壓裂指揮部調(diào)動。(11)現(xiàn)場壓裂人員及救護(hù)隊員必需與調(diào)度室維持聯(lián)系，壓裂期間每1015分鐘匯報一次。(壓裂時水壓要慢慢加壓，起始水壓10Mpa。(13)泵站司機(jī)必需嚴(yán)格按指令進(jìn)行操作。(高壓水的流量小于40L/min或壓力瞬時失壓時應(yīng)停止壓裂實(shí)驗(yàn)。壓裂期間，瓦斯監(jiān)測中心必需持續(xù)觀看戊-21030機(jī)巷及戊機(jī)8巷設(shè)備道的瓦斯轉(zhuǎn)變情形，發(fā)覺異樣必需當(dāng)即通知調(diào)度室及井下施工人員。顯現(xiàn)異樣時應(yīng)停止壓裂。高壓泵停機(jī)后，必需先在泵站進(jìn)行卸壓，使壓力表指示降

15、到0Mpa，預(yù)防鉆孔高強(qiáng)度噴孔。(壓裂終止30分鐘后第一與生產(chǎn)調(diào)度和瓦斯調(diào)度聯(lián)系，無異樣后先由救護(hù)隊員進(jìn)入觀察現(xiàn)場情形，確認(rèn)平安后技術(shù)人員方可進(jìn)入觀察。(18)經(jīng)救護(hù)隊員及工程技術(shù)人員檢查確認(rèn)無異樣情形后，方可宣布壓裂工作終止并通知調(diào)度室，由調(diào)度室通知相關(guān)施工單位解除警戒恢復(fù)電源和正常工作，許諾人員進(jìn)入。(填寫注水終孔報告單，詳細(xì)記錄注水時刻、注水量、鉆孔位置、鉆孔深度等數(shù)據(jù)。（加）避災(zāi)線路發(fā)生緊急情形時，現(xiàn)場人員及可能涉及到的人員要迅速打開自救器佩帶好，按避災(zāi)線路撤離危險現(xiàn)場，進(jìn)入平安地帶，不能夠及時撤離現(xiàn)場的人員要迅速打開壓風(fēng)管路閥門，躲入自救袋中。避災(zāi)線路：a.戊-21030機(jī)巷戊一軌道

16、上山戊組東大巷丁戊組8第一石門新副井地面；-戊一軌道上山-戊組東大巷-丁戊組第一石門-新副井-地面；C.其它工作面人員按各自單位制定的避災(zāi)線路撤離。其它未盡事宜按煤礦平安規(guī)程和防治煤與瓦斯突出規(guī)定的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。（二）己15-14140機(jī)巷低抽巷壓裂鉆孔設(shè)計在己-14140底抽巷向己-14140機(jī)巷掘進(jìn)前方施工水力壓裂鉆1515孔，壓裂鉆孔超前己-14140機(jī)巷掌子頭距離不得小于500m，壓裂鉆15孔終孔位置操縱到己-14140機(jī)巷中間位置，孔深以現(xiàn)場實(shí)際深度為15準(zhǔn)，鉆孔孔徑75mm，壓裂鉆孔間距30m，每10組抽放孔布置一個水力壓裂孔，即每隔10組對4#抽放孔進(jìn)行壓裂。在水力壓裂鉆孔雙側(cè)各

17、30m范圍內(nèi)布置穿層卸壓抽放鉆孔。穿層卸壓抽放鉆孔每3m組，每組6個鉆孔，孔徑為75mm，垂直巷道下幫布置。鉆孔別離操縱到己-14140機(jī)巷上、下幫巷道輪廓15線之外15m。先進(jìn)行水力壓裂，然后再執(zhí)行穿層卸壓抽放鉆孔。壓裂鉆孔超前穿層抽放鉆孔不小于300m。穿層鉆孔布置斷面及剖面圖X:*rc/6#廠、5#廠6#5#4#X3#乂4#乂3#乂2#J1#產(chǎn)2#1#C.己1514140機(jī)巷5#4#3#1#己15煤層Z222#己15-14140底抽巷穿層鉆孔參數(shù)表孔號角度()開孔高度距底板(m)設(shè)計孔深(m)與巷道夾角()1#16902#23903#31904#(水力壓裂)43905#57906#749

18、0裝備高壓泵：型號BRW315/型煤礦用乳化液泵，額定壓力、額定流量315L/min。水箱：鐵質(zhì)，容積3m3o壓力表：型號YHY60(B)礦用本安型數(shù)字壓力計管路高壓管路:選用內(nèi)徑別離為25mm和38mm，耐壓強(qiáng)度不低于35MPa的高壓膠管。無縫鋼管:外徑38mm，內(nèi)徑27mm，壁厚，每節(jié)長3m。鉆具鉆機(jī)，MK-4型液壓鉆機(jī)，鉆桿50mm，鉆頭75mm。設(shè)備布置高壓泵安裝在己四下延瓦斯抽放泵站內(nèi)，高壓泵電源取自泵站內(nèi)的移動變壓器。高壓管安裝線路：己四下延瓦斯抽放泵站-己四下延軌道上山己-14140底抽巷設(shè)備道己-14140底抽巷。1515抽放管路安裝線路：己-14140底抽巷己-14140底抽

19、巷回1515風(fēng)道-己四下延回風(fēng)上山-己四下延瓦斯抽放泵站。平安方法（1）在進(jìn)行水力壓裂時，己-14140低抽巷所有作業(yè)人員躲到距15壓裂地點(diǎn)里外各100m的壓風(fēng)自救處，并設(shè)立警戒。（2）通風(fēng)區(qū)負(fù)責(zé)反向風(fēng)門的檢查保護(hù)，并檢查風(fēng)筒穿孔防逆風(fēng)裝置，壓裂前要檢查風(fēng)門關(guān)閉情形、風(fēng)筒等防逆流裝置，確保平安靠得住。（3）各警戒點(diǎn)安裝直通調(diào)度室和壓風(fēng)自救，每處安裝數(shù)量壓風(fēng)自救按最多人數(shù)確信，每處很多于5個。（4）高壓管路在泵站處設(shè)置三通并安裝卸壓閥門。（5）增強(qiáng)高壓管路系統(tǒng)的保護(hù)治理，安裝后必需對高壓管路系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)真全面的檢查，利用前必需對高壓管路進(jìn)行耐壓實(shí)驗(yàn)，發(fā)覺異樣當(dāng)即處置，不然不得進(jìn)行水力壓裂實(shí)驗(yàn)。（6）液壓泵站安裝在己四下延瓦斯抽放泵站內(nèi)，液壓泵站要安排專職司機(jī)操作，司機(jī)必需通過培訓(xùn)，持證上崗，把握設(shè)備性能及平安方法，且操作熟練、責(zé)任心強(qiáng)，嚴(yán)格依照泵站司機(jī)操作規(guī)程操作,顯現(xiàn)緊急情形時，必需當(dāng)即停泵。（7）壓裂時由一名指揮領(lǐng)導(dǎo)小組組長在調(diào)度室指揮，由一名副總在井下現(xiàn)場總指扌車。壓裂實(shí)施前，通知調(diào)度室經(jīng)變電所切斷工作面的全數(shù)電源(除監(jiān)測)。由掘進(jìn)一隊當(dāng)班干部負(fù)責(zé)己-