顺槽底抽巷水力压裂安全技术措施

顺槽底抽巷水力压裂安全技术措施顺槽底抽巷水力压裂安全技术措施 21111 1 顺槽底抽巷穿层钻孔抽采浓度较低 为提高条 带穿层钻孔的预抽效果 达到快速消突的目的 选择对该处采 取水力压裂增透技术 为保证水力压裂工作安全有序进行 特 编制本安全技术措施方案 一 试验地点基本概况 1 试验地点概况 21111 1 顺槽底抽巷 790m 东翼胶带机大巷 为二水 平运煤大巷 兼做 21111 1 顺槽掩护巷 巷道断面形状为直 墙半圆拱 巷道净宽 净高为 5500mm 4350mm 该巷道内共 安排 3 台钻机正常施工 现第一台钻机在 78 组钻孔处向西施工 第二台钻机在 123 组钻孔处向东施工 第三台钻机在 157 组处 向东施工 本次压裂方案设计 2 个压裂钻孔 钻孔间隔 50m 2 3 压裂孔自西向东布置 施工地点分别在 130 135 组穿层 钻孔处 该段范围内 87 123 组 140 157 组穿层钻孔已施工 2 水力压裂地点煤层顶底板情况 11 2 煤层老顶为粉细砂岩 厚度 2 4 11 5 7 44m 浅灰白 色 细粒结构 顶部颗粒较细 层内含白云母薄片及暗色矿物 直接顶为 11 3 煤砂质泥岩 厚度 0 5 3 3 32m 砂质泥 岩 灰色 砂泥质结构 砂质含量不均 上部偶见植化碎片 11 3 煤 黑色 碎块至粉末状 沥青光泽 暗煤 11 2 煤层直接底为泥岩 11 1 煤 0 9 08 4 52m 泥岩 灰色 局部深灰色 泥质结构 层内含较多植化碎片 薄层状 岩性较脆 易碎 岩芯局部完整 局部发育碳质泥岩 11 1 煤 黑色 粉末状为主 暗煤 老底细砂岩 2 84 31 7 14 34m 细砂岩 浅灰色 块状 细粒 石英长石为主 硅钙质胶结 分选差 顶部与泥岩互为 薄层状 水平层理 抗压强度为 37 5mpa 21111 1 顺槽底抽巷布置于细砂岩下的中砂岩层下部 巷道顶板为中砂岩 中砂岩 7 44 27 18 15 52m 灰白色 中 粒结构 含少量粗粒成分 层理不明显 层内含少量暗色矿物 钙质胶结 顶底部发育有裂隙 岩性坚硬致密 附图 1 综合柱状图 3 瓦斯地质情况 瓦斯含量 该区段所掘地段 11 2 煤层自然瓦斯含量为 3 1 8 0m t 该区段 11 2 煤层底板标高为 759 1 715 2m 根据 集技 2009 304 号 文规定 该区段属于突出危险区 瓦斯 压力 根据 11 2 煤层瓦斯地质图 预计该区段瓦斯压力为 1 5 2 5mpa 试验处实测瓦斯含量 1 5mpa 140 组处实测瓦斯 含量 6 64m t 4 通风情况 21111 1 顺槽底抽巷为全负压通风巷道 风量为 1400m min 通风路线 第二副井 790m1 轨道石门 790m 东翼轨道大巷 21111 1 顺槽底抽巷 水力压裂钻孔施工地点 790m 东翼 胶带机大巷回风斜巷 东二 11 槽轨道下山 东二回风上山 东 风井 附图 2 21111 1 顺槽底抽巷水力压裂通风 监测 避 灾警戒系统示意图 5 抽采系统 抽采路线 地面抽采泵站 2bey 72 瓦斯抽采孔 630mm 630m 回风大巷 630mm 530 790m 东翼 暗副斜井 630mm 21111 1 顺槽底抽巷 273mm 二 水力压裂设备选型安装及相关设备材料 1 压裂泵选型 水力压裂设备选型为南井六合煤矿机械有限公司生产的 brw 200 56 型乳化泵 额定压力 56mpa 额定流量 200l min 2 相关设备材料 高压水力压裂系统由压力表 高压管 封孔器及相关装置 连接接头等组成 3 高压系统安装 水力压裂泵安设在试验地点向东 100m 处 井下供水管连 接至高压注水泵水箱进水口 通过压裂泵加压后 用 25mm 高压胶管 连接到压裂钻孔的高压封孔管上 将高压水流输送 至钻孔内 压裂孔孔口处的高压封孔管上必须安设高压闸门 卸压阀等 附图 3 21111 1 顺槽底抽巷水力压裂系统安装示意图 三 水力压裂实施方案 一 水力压裂原理 水力压裂技术主要机理 通过高压快速驱动水流 在短时 间将大量的水挤入煤层微裂隙 微裂缝扩宽伸展后 使煤层发 生碎裂 产生网状结构的次生裂缝与裂隙 从而增加煤层的透 气性 同时高压水进入煤层微裂隙 置换部分煤层吸附瓦斯 二 水力压裂工艺流程 1 水力压裂工作工艺流程 压裂设备安装 压裂钻孔设计与施工 测定煤层原始瓦斯 含量及水份 压裂钻孔封孔 水力压裂 压裂效果检验 施工抽 采钻孔 数据分析 2 各工序工作标准及要求 1 压裂设备安装 机电运输管理一科负责提供水力压裂设备供电设计 勘探 处根据设计要求安装好高压注水泵 高压水管路系统 根据设 计要求安装供电系统 信息工区安装远程电视监测系统 机电 修配中心负责设备调试工作 所有系统安装 调试完成 经机 电运输管理一科等单位验收合格后 方可开始水力压裂 2 压裂钻孔设计与施工 压裂钻孔选择在 21111 1 顺槽底抽巷 8w19 点向东 6 6m 43 4m 分别施工 2 3 孔 采用 zdy 3200s 型钻机配 113mm 金刚石复合片钻头施工 第一次施工至煤层底板法距 2m 位置 退出钻杆后 下一根 2m 注浆管进行注浆封堵裂隙 使用普通水泥 压力不小于 4mpa 凝固 48 小时后 利用 94mm 钻头进行透孔 钻孔终孔止于距 11 2 煤层顶板 0 5 米 处 钻孔必须严格按照设计参数进行施工 在钻孔施工中 应 准确记录钻孔参数 钻孔见各煤层时的长度 钻孔在煤层中的 长度 以及钻孔开孔时间 见煤时间及结束时间 附表 1 钻孔施工情况记录表 附图 4 水力压裂钻孔设计图 3 测定煤层原始瓦斯含量及水份 压裂钻孔施工期间 通防一科安排防突实验室人员做好瓦 斯含量测定准备工作 钻孔见煤后 用 dgc 瓦斯含量快速测定 仪测定煤层原始瓦斯含量 并收集煤样进行煤层水份测定 并 做好相关记录 4 压裂钻孔封孔 钻孔封孔采用 一堵多注 带压注浆 方式进行封孔 孔内全程下入 25mm 内径压裂管至孔底 压裂管每根 长 1m 采用特制接头连接 实管下至见煤点后 0 5m 位置 其 余见煤段为高压筛管 最上段筛管带堵头 且筛管采用纱布包 裹 压裂钻孔孔口段 10m 送入 25mm 内径的超高压无缝 纲管 抗压能力不小于 50mp 每根无缝钢管长 2m 采用特制 接头连接 压裂管外露孔口不小于 400mm 孔外的一根无缝钢管 尾端焊接 25mm 高压直通快速接头 确保能正常与两根 19mm 内径高压缠绕钢编管连接 为确保钢管不从孔内向下滑 还需在最后一根钢管孔外段加工支撑块 钻孔孔内下 4 分注浆管 返浆管 其中返浆管下至见煤 位置 注浆管超过孔口封堵段长度 0 3m 孔口封堵段使用采用聚氨酯加棉纱进行封堵固定 封堵 长度不小于 2m 同时在孔口打入木塞加固 聚氨酯固孔结束后 利用注浆泵进行带压注浆 用普通 水泥 白水泥对进行封堵 水灰比为 0 7 1 普通水泥和白水泥 比例为 3 1 根据实际情况采用多次带压注浆进行封孔 注浆 压力不得小于 4mpa 注浆结束待水泥浆沉降后 通过返浆管再次向孔内进行 注浆 直至压裂管返浆 反复进行 2 3 次 压裂孔注浆凝固至 进入 11 2 煤层 0 5m 处 附图 5 水力压裂钻孔封孔示意图 5 水力压裂过程 压裂试验数据监测 试验中采用远距离操作 为精确计算并实施监测孔内压力变化 试验中要记录压裂 泵处监测到的泵注压力 并设计在压裂孔孔口安装压力传感器 实现孔内压力变化的远距离精确监测 压力传感器数据记录表 见附表 2 在泵注系统管路中安装流量计 实现时时监控流量及累计 注入量 流量传感器数据记录表见附表 3 在压裂孔及其周边 10m 范围内安设瓦斯浓度传感器 监 测压裂钻孔回风流内的瓦斯浓度变化 瓦斯浓度数据记录表见 附表 4 压裂操作步骤 封孔完成并至少凝固 36 小时后 方可开始对该压裂钻孔 进行高压水力压裂 逐步将压力调至 10mpa 20mpa 压裂过 程中 由勘探处安排专人对乳化泵的压力变化情况进行统计 根据现场压裂情况 逐步上升压裂压力 如压力泵上升到 20mpa 时且水箱内水位不再下降时 操作暂停压裂工作 在压 裂过程中 如压裂泵压力上不去或压力急剧下降到 10mpa 以下 时 停止压裂工作 6 压裂抽采效果考察 水力压裂结束后 在钻孔周围施工抽采钻孔 对单孔抽采 浓度及单组抽采浓度进行考察 方案另行编制 四 安全技术措施 为确保 21111 1 顺槽底抽巷水力压裂工作安全顺利进 行 保证水力压裂过程中 一通三防 管理及施工人员人身安全 现从通风瓦斯管理 人员安全防护 高压设备管理及防治灾害 等方面采取相应的安全措施 压裂期间各单位及相关人员必须 严格执行 1 通风系统 通风区负责监管及维护通风系统 确保通风系统稳定可靠 2 监测监控 由信息工区负责在水力压裂地点回风侧安设 t 测瓦斯传感 器 t 测探头安装在压裂点回风侧 5 10m 处 并实现巷道及其 回风系统内瓦斯电闭锁 t 测 0 8 时 能自动切断巷道内及回风流中全部非本质安 全型电气设备电源 在水力压裂操作台附近安设专用电话 保证通讯正常 开 泵前由测气员检查工作面 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 隔离式自救器规定 进入该相关区域的人员必须随身携带 完好的隔离式自救器 4 高压管路系统 管路连接必须完好可靠 沿原风水管路延接 每间隔 5m 固定在风 水管路上 且各高压管接头必须进行固定 并保证 高压胶管平直 不得弯曲 开乳化泵以前必须由机电修配中心 人员对管路系统进行逐一检查 排除隐患 5 水力压裂钻孔施工规定 1 钻孔施工前必须先检查撤退路线是否畅通 安全设 施是否完好 确保安全施工 2 通风区按规定检查巷道瓦斯 钻孔施工期间必须安 设测气员 当瓦斯浓度达到 1 0 时 必须立即停止作业 切断 电源 撤出人员至新鲜风流处 并及时向相关单位进行汇报请 示处理 3 在施钻过程中若出现喷孔 卡钻 顶钻 瓦斯忽大 忽小 瓦斯持续上升 矿压显现等突出预兆时 必须立即停止 作业 切断电源 并向值班室与矿调度室汇报请示处理 4 钻孔施工应确保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 5 钻孔施工期间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 1 0 时 必须立即停止作业 切断电源 撤出人员至新鲜 风流处 并及时向相关单位进行汇报请示处理 6 警戒 撤人范围 严格人员撤离和警戒制度 水力压裂实施前 由勘探处负 责对水力压裂试验无关人员进行撤离 人员全部撤至警戒范围 外 在警戒位置安设专人警戒并挂设警戒网 警戒标识 严禁 无关人员进入试验地点 并切断回风区域的所有非本质安全型 设备电源 警戒撤人及断电到位后 方可开始执行水力压裂施 工 警戒位置 1 警戒 790m 东翼胶带机大巷压裂地点西 100m 处 2 警戒 790m 东翼胶带机大巷压裂地点西 100m 处 7 避灾路线 避火 瓦斯 水灾害路线 水力压裂试验点 790m 东翼 轨道大巷 790m1 轨道石门 第二副井 地面 8 其他安全技术措施 1 预埋高压注水管时 所有管头连接必须使用管钳拧 紧各丝扣 防止压裂过程中漏水 2 高压注水泵必须安排专职司机 机电修配中心安排 1 名司机 勘探处安排一名电工 一名机工 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 密切关注压 裂泵泵箱水位 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 3 开泵前 首先由勘探处安排专人巡查管路连接 设 备完好情况 确保无隐患 将管路系统内的所有人员全部撤出 由现场跟班人员指示开泵 压裂初始泵压调至 10mpa 进行注水 直至泵压稳定在 20mpa 如有漏水 炸管现象 必须停泵进行 卸压操作 待注水泵压力表指示降到 0mpa 以下时 方可进入 警戒内进行处理 4 当压裂泵的压力持续保持在 20mpa 且持续有 10min 以上时 必须立即停止压裂 5 压裂泵停止运行后 必须当压力表指示降到 0mpa 以下时 才可拆开高压胶管 否则严禁对高压胶管进行拆 装 等操作 严防残留高压水流伤人 6 水力压裂期间 信息工区必须连续观察压裂点瓦斯 变化情况 发现异常必须立即通知调度所及井下施工人员 7 水力压裂期间 勘探处安设专人认真核算水力压裂 孔注入水量 并将注入水量及时反馈于现场指挥带班人员 8 水力压裂停泵卸压后 必须停馈电开关 闭锁 9 关闭高压球阀及打开卸压阀时 人员必须使用长臂 工具操作 并佩戴防护眼镜 10 水力压裂过程 要注意观察巷道异常出水 顶板掉 渣等情况 发现异常要及时停止注水 11 水力压裂操作结束后 对电气设备防爆性能 管路 连接处进行一次全面检查 12 水力压裂钻孔由勘探处编制专项施工安全技术措施 13 各相关单位需将本措施与水力压裂方案一并贯彻执 行 五 组织保障措施 为保证水力压裂工作安全顺利进行 矿成立水力压裂领导 小组 一 领导小组成员 组 长 陈功胜 副组长 朱亮 成 员 通防一科 机电运输管理一科 调度一所 安监 处 机电修配中心 通风区 抽采区 信息工区 勘探处 生 产预备队 二 小组成员职责 组 长 负责水力压裂工作的的总体实施安排 压裂进行 前 由总工程师组织所有相关人员召开水力压裂实施专题会 对压裂工作进行统一安排 副组长 协助组长进行