薛湖煤矿掘进工作面水力致裂驱赶消突技术现场实施方案

1、薛湖煤矿掘进工作面水力致裂驱赶消突技术现场实施方案中国矿业大学2011 年 5 月目录1 2307 风巷掘进工作面概况 ········································

2、········- 1 -1.1 地质情况 ·······································

3、3;··················- 1 -1.2 2307 风巷掘进工作面施工 ···························

4、3;················- 3 -1.3 通风系统概述 ·······························

5、·······················- 3 -2 区域防突 ·························

6、·····································- 4 -2.1 区域防突措施 ··········&#

7、183;···········································- 4 -2.2 水力致裂参数 ···

8、3;·················································

9、3;- 8 -2.2.1 压裂水压力的确定 ··············································-

10、8 -2.2.2 压裂注水流量的确定 ············································- 9 -2.2.3 水力致裂工艺

11、 ··················································

12、;- 9 -2.2.4 封孔 ···············································

13、83;·········- 10 -2.2.5 压裂设备 ·····································

14、3;···············- 11 -2.3 水力致裂的监控 ·······························

15、3;···················- 11 -2.4 区域措施效果检验 ···························

16、83;·····················- 11 -2.5 区域验证 ··························

17、·······························- 12 -3 局部综合防突措施 ················&

18、#183;····································- 13 -3.1 钻孔布置 ··········

19、3;··············································- 13 -3.2 水力致裂参数 ·

20、;··················································

21、;··- 14 -3.2.1 压裂水压力的确定 ············································&#

22、183;- 14 -3.2.2 压裂时间的确定 ··············································

23、·- 14 -3.3 局部防突措施效果检验 ·············································- 1

24、4 -4 压裂泵安设和管路敷设 ···············································&#

25、183;·- 15 -5 具体施工主要安全技术措施 ·············································

26、;- 15 -5.1 打钻注意事项 ···············································

27、······- 16 -5.2 注水压裂注意事项 ·········································

28、;········- 17 -5.3 封孔器使用注意事项 ······································

29、83;········- 18 -5.4 本安全技术措施未尽事宜严格按煤矿安全规程执行 ··················- 18 -5.5 该方案适用于 23 采区 ··············&

30、#183;·······························- 18 -I中国矿业大学涉及多项发明专利，不得向外泄露煤层水力致裂驱赶对预防煤与瓦斯突出和瓦斯抽采有很好的效果。水进入煤后，对 煤岩和瓦斯的物理作用是很复杂的。水力致裂实现对煤岩体结构的改造，改善了煤岩体 的透气性。

31、对于透气性的煤层，高压水从煤体的裂隙、孔隙中驱赶自由状态的大量游离 瓦斯，使煤层的游离瓦斯通过注水孔周边的多个瓦斯抽放孔提前排出来，既减小了煤层 内的瓦斯压力，降低了突出危险性，又大大降低了掘进落煤时瓦斯涌出的高峰值，有效 避免了掘进空间瓦斯超限。同时，煤体在高压水的作用下产生内部位移和结构破坏，会 降低煤体弹性，增加煤体塑性，改变煤体的应力状态，达到卸压和排放瓦斯的作用，从 而起到防突作用。另外，在瓦斯抽采完后可根据工程需要利用水力致裂和瓦斯抽采孔对 煤层进行静压注水湿润煤体，水对瓦斯涌出起到明显的抑制作用，可降低煤体内残留瓦 斯的解吸速度，相应降低煤体中瓦斯的涌出速度和涌出量；同时可以进一

32、步软化煤体， 增加煤体的塑性和内聚力，进一步降低煤与瓦斯突出危险性。深孔压裂瓦斯驱赶浅孔抽 采增透消突技术主要通过深孔水力致裂和浅孔瓦斯抽采相结合的方式，实现增透、弱化、 瓦斯驱赶、抽采与注水湿润的有机结合，有效地提高了瓦斯抽采率和降低了突出危险性， 因此，此方法为消除煤与瓦斯突出的有效途径。1 2307 风巷掘进工作面概况1.1 地质情况2307 风巷西临 2307 机巷，东临 2309 机巷，均未开始掘进，北邻东翼胶带大巷，南轨 道 大 巷北 2307风巷23 采 区 煤 仓第 十 联 巷胶 带 大 巷总 回 风 巷图 1 -12307 风 巷 巷 道 布 置 平 面- 1 -中国矿业大学

33、涉及多项发明专利，不得向外泄露为 DF34 断层。2307 风巷布置在二 2 煤层中，巷道顺煤层坡度掘进，水平标高-780-760m。 巷道设计断面为三心拱形，巷道底脚处净宽 4800mm，毛宽 5100mm，净高 3400mm， 毛高 3550mm，设计长度 1140m。2307 风巷巷道布置平面如图 1-1。2307 工作面处于地质精查范围之内，从现有地质资料看，该工作面地质构造较复杂， 处于向斜的核部，工作面内发育 DF22、DF203、DF21 三个正断层，这将对巷道掘进造 成一定的影响。另外预计巷道内还有未探明的小断层发育，施工时要做好超前探测，及 时查清构造发育情况，做好地质编录。

34、表 1 -12307 工 作 面 断 层 情 况 表构 造 名 称走 向倾 向性 质落 差倾 角对 掘 进 影 响DF203ENS E正 断 层0 -5 m62 °有DF21S EES S W正 断 层0 -6 m62 °有DF22S EES S W正 断 层0 -4 m65 °有二 2 煤原煤灰分 16.91，发热量 28.47MJ/kg，以低中灰、中高发热量的贫煤为主。 赋存于山西组中下部、下距石炭系太原组顶部灰岩约 50m，煤层底板砂岩 36.6 m，上距 K4 铝质泥岩 51.51 m，顶板为砂质泥岩或砂岩，底板为砂质泥岩和粉砂岩。该区总体上 煤层赋存稳定

35、，结构简单，全区可采，煤层总体上呈一走向近东北，倾向西的单斜构造。 煤层倾角从现有资料分析可有较大变化，未知断层发育，煤层倾角普遍为 312°，煤 层厚 1.34.5m，平均厚 2.6m。二 2 煤层为中硬煤，瓦斯成分，煤层底板-600m 以浅，氮气成分最高占 70，一般 小于 20，个别点氧气达 60，二氧化碳 20，甲烷含量在 5ml/g 以下，属瓦斯风化 带；-600m 以深地带沼气成分占 8095之间，甲烷含量在 5ml/g 以上。瓦斯风化带内 瓦斯含量一般在 1.764.46ml/g 之间；进入沼气带，沼气含量有所增加，煤层底板-600-800m 瓦斯含量 6.1517.5

36、9ml/g；-800m 以深最高达 19ml/g。瓦斯含量在 1214m3 /t 左 右（以实测数据为准），瓦斯压力为 1.21.8MPa，矿井瓦斯抽放半径为 5m，煤层透气 性系数为 0.0861m3 /(M Pa2 d)，百米钻孔瓦斯流量衰减系数为 1.38d- 1 。图 1-2 为 2307 风 巷瓦斯含量及瓦斯压力等值线图。- 2 -中国矿业大学涉及多项发明专利，不得向外泄露2301辅助运输巷2307风巷图 1 -22307 风 巷 瓦 斯 含 量 及 瓦 斯 压 力 等 值 线 图1.2 2307 风巷掘进工作面施工2307 风巷布置在二 2 煤层中，巷道沿煤层底板掘进，挑顶以保证巷

37、道高度。该巷道 掘进采用 EBZ-200 型综掘机掘进，工作面同时装备与 EBZ-200 型掘进机煤巷掘进相适 应的及相配套的出煤运输设备（SSJ-1000 桥式转载机、SSJ-150 带式输送机）。综掘机在 截割过程中必须按设计要求一次截割并支护成巷，严格控制截割高度和宽度，左右以中 线控制。如遇施工条件变化可根据实际情况改变截割顺序。若防突措施效果检验指标超 限，严格按相关的防突安全措施执行。如果不具备综掘条件或者遇无炭柱、断层等地质 构造，综掘施工难以进行，施工方法采用人工爆破、综掘机装煤（岩），刮板输送机、 胶带式输送机运输。1.3 通风系统概述通风方式及通风距离：2307 风巷采用压

38、入式局部通风机通风，两组局扇同时给 2307 风巷掘进工作面供风，其中一趟风筒直径为 1000mm，吊挂在巷道左帮，另一趟风筒直 径为 800mm，吊挂在巷道右帮。局部通风机安设在 2307 风巷车场，最长供风距离约为 1500m。新鲜风流：地面副井东翼轨道大巷2307 风巷车场2307 风巷掘进工作面 迎头。乏风风流：掘进工作面迎头2307 风巷2307 风巷回风巷总回风巷东风井- 3 -中国矿业大学涉及多项发明专利，不得向外泄露地面。2307 风巷通风系统如图 1-3。北轨 道 大 巷23 采 区煤仓第 十 联 巷2307 风巷2 30 7 风 巷 掘 进 工 作 面胶 带 大 巷总 回

39、风 巷图 1 -32307 风 巷 通 风 系 统 图2区域防突2.1 区域防突措施二 2 煤层具有煤与瓦斯突出危险，掘进之前必须采取合适的措施进行消突，消突措 施应严格按照煤与瓦斯突出规定的要求，坚决做到预先抽采瓦斯消突，然后进行掘 进。理论与现场试验证明在掘进工作面迎头施工区域防突钻孔，运用水力致裂孔、瓦斯 抽放孔相结合的方式，采用“深孔压裂+瓦斯驱赶+浅孔抽放”的思路是实现掘进工作面 区域消突的有效途径。考虑到煤体中会存在裂缝、断层等大弱面，处于不利方向的弱面 会阻碍高压水在煤体中的均匀压裂，影响水力致裂效果；另外，水压力会随着钻孔深度 的增加有一定程度的衰减，加上水力致裂孔在掘进面迎头

40、前方以一定角度向外张开，呈 发散状，导致水力致裂后水压裂缝的空间分布形态一般会表现出“外密内疏”的特点， 鉴于以上原因，提出以下三种可行的水力致裂方案（前期试验常规水力致裂和分段同时 水力致裂，在总结前期试验结果的基础上可以试验脉冲式水力致裂）。（1）常规水力致裂瓦斯驱赶 水力致裂孔孔口封孔，对其进行注水压裂，使煤体产生水压裂缝，实现增透，同时高压水将煤体中赋存的游离瓦斯向周围挤压，达到水力致裂瓦斯驱赶的目的。（2）分段同时水力致裂瓦斯驱赶- 4 -中国矿业大学涉及多项发明专利，不得向外泄露对水力致裂孔分几段同时注水压裂，实现增透，同时高压水将煤体中赋存的游离瓦 斯向周围挤压，达到水力致裂瓦斯

41、驱赶的目的。该方法可有效减小原生裂缝、断层对水 压裂缝的阻碍作用，保障水压裂缝的均匀性和瓦斯驱赶的效果。（3）脉冲式水力致裂瓦斯驱赶 水力致裂孔孔口封孔，用专用的水力脉冲泵对其进行注水压裂，使煤体产生水压裂缝，实现增透，同时高压水将煤体中赋存的游离瓦斯向周围挤压，达到水力致裂瓦斯驱 赶的目的。脉冲泵产生的脉冲水压力会一定程度增加煤体的水压裂缝的数目，从而改善 水力致裂和瓦斯驱赶的效果。为检验以上三种水力致裂方案的效果，需分别对其进行“深孔压裂+瓦斯驱赶+浅孔 抽放”的试验，通过对比分析不同压裂方案的技术效果、施工难度与成本等，最终确定 最佳的工艺技术。现阶段先对“常规水力致裂瓦斯驱赶”和“分段

42、同时水力致裂瓦斯驱 赶”两方案进行现场试验，等技术成熟后再对其它方案进行试验。钻孔的布置以及瓦斯抽放： 考虑到煤层较厚，分上、中、下三排布置 10 个钻孔，排距 500mm，各排钻孔 间距均为 1200mm，下排钻孔距煤层底板 800mm，钻孔倾角均为顺煤层。S 1S 3 为水 力致裂孔，呈三角形布置，S 1 位于上排，距煤层底板 1800mm，S 2、S 3 位于下排，距 煤层底板 800mm，孔深 6062.1m；K1K7 为瓦斯抽放孔。K1 K2 位于上排，K3 K6 位于中排，K7 位于下排，孔深 25.250.4m。鉴于在区域消突的第一循环，瓦斯抽放孔的布置在迎头前方会存在抽采空白区

43、域， 所以为最大限度的保证抽采效果，在区域消突第一循环增设 K8、K9 两个瓦斯抽放孔， 以后循环不再采用。如果消突区域内存在较大的裂缝或断层，且大弱面方向对区域煤体的水力致裂不 利，阻碍了水压裂缝的均匀扩展，为保证区域致裂效果，应根据实际情况合理调整压裂 孔的位置、角度、压裂方式和顺序，甚至补加适量水力致裂孔辅助压裂。多个水力致裂 孔同时注水压裂时，为减少应力叠加程度，可合理调整布孔方式。在煤层变薄区可根据煤层的实际厚度调整钻孔的排距及下排钻孔至煤层底板的距 离，钻孔间距及数目不变。在煤层变薄区和煤层倾角较大的区域施工水力致裂孔时可能 会打到顶底板岩层中，无法满足对压裂孔长度要求，为最大限度

44、的保证区域压裂效果， 应合理调整水力致裂孔的压裂顺序甚至多个孔同时压裂，建议将打入顶底板的水力致裂- 5 -中国矿业大学涉及多项发明专利，不得向外泄露孔放至最后压裂。此时，瓦斯抽放钻孔的长度可比最长有效压裂钻孔长度短 5m。 便 于 采用 高压 膨 胀胶 管 封孔 器 封孔 ， 水力 致 裂孔 和 瓦斯 抽 放孔 施 工均 使 用 75mm 钻头，孔口除尘。 施工顺序： 施工水力致裂孔水力致裂施工抽放孔抽放瓦斯同时施工下一个抽放孔最后一个抽放孔不低于 24 小时的抽放校检。 瓦斯抽放孔每施工完毕一个，要求及时封孔抽放，保证最后一个孔抽放时间不低于24 小时。 瓦斯抽放孔的封孔深度不小于 15m

45、，封孔段长度不小于 5m，钻孔封堵必须严密； 瓦斯抽放孔孔口抽放负压不得小于 20kPa，预抽瓦斯浓度不低于 30%。 掘进时要保持瓦斯抽放孔超前掘进工作面 20m。（ a） 孔 口 布 置 图- 6 -中国矿业大学涉及多项发明专利，不得向外泄露S 1 4 2 0 0 S 2S 3K 4K 7K 57 °1 5 ° K 1K 224 ° K 337°K 657°K 8K 9 1 5 0 0 0（ b） 俯 视 图图 2 -1区 域 防 突 钻 孔 布 置 图表 2 - 1区 域 防 突 钻 孔 布 置 参 数孔 号仰 角（ °）方 位

46、（ °）长 度（ m）直 径（ m m）距 煤 层 顶 板（ m）距 巷 道 中 心（ m）S 1煤 层 坡 度060751 .80S 2 、 S 3煤 层 坡 度左 、 右 偏 1562 .1750 .81 .2K 7煤 层 坡 度050750 .80K 4 、 K 5煤 层 坡 度左 、 右 偏 750 .4751 .30 .6K 1 、 K 2煤 层 坡 度左 、 右 偏 2438 .4751 .81 .2K 3 、 K 6煤 层 坡 度左 、 右 偏 3725 .2751 .31 .8K 8 、 K 9煤 层 坡 度左 、 右 偏 5718 .3750 .81 .8- 7 -

47、中国矿业大学涉及多项发明专利，不得向外泄露2.2 水力致裂参数2. 2. 1 压裂水压力的确定破裂水压力的计算：zzh tzzh tps ，1( 竖 直 裂 缝 )( 1 -1 )ps ，1( 水 平 裂 缝 )( 1 -2 )p f3p f3式中pf破裂水压力；z 垂直应力；侧压力系数；tsh 煤体抗拉强度； p 瓦斯压力。根据实验室和现场的测试，煤体的抗拉强度平均为 0.36MPa，瓦斯压力为 1.2 1.8MPa，取 1.5MPa。竖直应力按自重应力计算，则gh 2500×9.8×78019.11M Paz式中上覆岩层的密度，kg/m3 ； g重力加速度，取 9.8

48、N/kg； h煤岩层的埋深，760780m，取 780m。计算得不同侧压力系数下的裂尖破裂水压力见表 2-2。表 2 -2不 同 侧 压 力 系 数 下 的 破 裂 水 压 力侧 压 力 系 数0 .470 .53破 裂 水 压 力 （ M Pa）9 .7013 .13由于矿井的断层及向背斜等构造发育，井田构造应力不清楚。因此，在进行区域性 的大规模水力致裂之前，在理论计算的基础上必须进行钻孔水力致裂的调压试验，调压 试验的原理与水力致裂地应力测量相似，通过合适排量的注水来监测水压力的波动及关 闭水压力的大小等，可以知道钻孔的实际破裂水压力和地应力的大小。加压过程中要特 别注意：应该缓慢加压，

49、并时时注意压力表及流量计的变化，通过水压力和流量的变化 可以推断压裂煤体的情况。根据瓦斯抽采和单孔水压裂缝扩展范围的要求，钻孔孔口的水压力应大于钻孔水压 衰减加裂缝内水力衰减加裂尖的破裂水压力，即- 8 -中国矿业大学涉及多项发明专利，不得向外泄露PPPp孔 口孔 损裂 损f根据理论分析和以往经验，煤巷掘进头水力致裂消突的孔口水压初步确定应控制在 825MPa 之间，不宜过大。2. 2. 2 压裂注水流量的确定注水流量（也称注水速度）是指单位时间内的注水量。为了便于各钻孔注水流量的 比较，通常以单位时间内每米钻孔的注水量表示。由于煤岩体的节理裂隙相对较为发育， 水力致裂过程中水的滤失较为严重，

50、滤失一方面降低裂尖扩张的净水压力，同时会导致 煤岩体大量吸水，不利于后续的排水抽采瓦斯。因此，从煤层增透的角度考虑，应采用 大流量的泵，以大排量快速压裂工艺实现煤岩体的结构改造和卸压。在一定的煤层条件 下，钻孔的注水流量随钻孔长度、孔径和注水压力的不同而增减。注水流量与注水压力 的经验公式如下：aeqkp(1-3)式中：q单位长度钻孔的注水流量，L/h； k系数，一般取 38； a系数，取决于煤层的渗透特性，一般取 a=2； pe 注水的有效压力，MPa，pe =p-pw ；pw 钻孔位置的瓦斯压力，1.21.8 MPa，取最小值 1.2 MPa； p注水压力，取 15 MPa。因此q=5.5

51、×(15-1.2)2 =1047.4(L/h)=17.5（L/min）所以，单位长度钻孔的注水流量为 17.5L/min。2. 2. 3 水力致裂工艺水力致裂注水系统有单孔注水系统与多孔注水系统之分。现已广泛采用多孔注水系 统，通过分流器（流量调节阀）的自动调节，可使每个钻孔的注水流量基本相等。总注 水量由注水表测出。钻孔的注水压力可由压力表测出的压力减去封孔器造成的压力降求 出。（1）压裂注水系统 进入注水系统的水必须是经过过滤而无杂质的清水。为保障水压裂缝的扩展长度与范围，同时便于提高瓦斯驱赶的效果，初步设计区域长钻孔水力致裂消突注水时间为- 9 -中国矿业大学涉及多项发明专利，

52、不得向外泄露30min，最小不能小于 9min，如果压力明显下降，则可以停止注水。 水力致裂注水系统主要由注水泵、分流器、注水表、单向阀、阀门、压力表、高压胶管等组成。利用注水泵（或乳化液泵）加压注水，将作业现场注水管路与封孔器连通， 将封孔器完全插入钻孔内，在一定的压力下，封孔器胶管膨胀实现封孔，开始注水。当注水达到设计要求或钻孔周围煤壁有水渗出时，可提前结束或暂停对该钻孔的注 水。煤壁有水渗出时，增加一定时间（24 小时）抽放。（2）不同水力致裂方式及参数具体如下：常规水力致裂瓦斯驱赶：用注水泵对 S 1、S 2 和 S 3 压裂孔进行一定时间的注水压裂， 封孔深度 2025m，封孔长度

53、3-5m。分段同时水力致裂瓦斯驱赶：将 S 1、S 2 和 S 3 压裂孔由内到外分为 20m、20m 和 20m（外封孔段）三段，将内两段钻孔同时封孔，引入两根独立的管路对两段钻孔同时 压裂，水压力尽量控制为从内到外应逐渐减小；内部两段间钻孔封孔长度为 1-3m，最 外的封孔长度 3-5m。脉冲式水力致裂瓦斯驱赶：封孔深度大于 20m，封孔长度大于 3-5m；用专用的水 力脉冲泵对 S 1、S 2 和 S 3 压裂孔进行一定时间的注水压裂。（3）为缩短区域消突的时间，提高掘进效率，同时避免单个孔水力致裂时对邻近 压裂孔造成应力影响引起的钻孔变形甚至塌孔，在泵的排量满足要求的前提下，可尝试 2

54、3 个水力致裂孔同时注水压裂。（4）注水压力应缓慢增加。（5）注意钻孔施工质量，尽可能不打废孔。2. 2. 4 封孔封孔方式确定：因为封孔器有使用方便，操作简单，并且可以重复使用等优点，且 薛湖矿的二 2 煤层中硬，钻孔不易塌孔，成形较好，所以优先考虑采用封孔器进行封孔 压裂并抽采瓦斯。又考虑到区域消突的钻孔长度较大，压裂水压力较大，所以掘进工作 面水力致裂区域消突优先采用高压膨胀胶管封孔器（多节式）封孔。按注水压力选择与 其适应的封孔器型号，按注水流量选择合理的封孔器直径。钻孔封孔段质量要求较高， 孔径要圆，孔壁要平，弯度要小，孔壁直径比封孔器胶筒直径大 510mm 为宜。封孔 器封孔法操作

55、方便，简化了封孔工艺，且封孔器可以重复利用，材料消耗少，封孔成本 较低。如果局部区域遇到钻孔易塌孔、成形较差的情况，可考虑采用中国矿业大学浆体- 10 -中国矿业大学涉及多项发明专利，不得向外泄露类钻孔密封 PD 材料进行封孔压裂并抽采瓦斯。 封孔深度确定：封孔深度取决于注水压力、煤层的裂隙发育程度、煤的透水性及钻孔方向等。一般注水压力高、煤层裂隙发育及煤层渗透水性能强的上向钻孔，其封孔深 度要大。水力致裂孔确定封孔深度不小于 20m，封孔段长度不小于 1-3m，即高压膨胀 胶管封孔器的长度不小于 1m，可以多节可接。2. 2. 5 压裂设备（1）钻机 打钻使用目前矿上施工消突钻孔的钻机。（2

56、）注水泵 考虑到井下突出煤层水力致裂增透与消突的注水压力不宜过大，根据前面计算，乳化 液 泵 的 注 水 压 力 和 排 量 满 足 要 求 ， 可 以 考 虑 用 矿 上 的 乳 化 液 泵 ， 其 公 称 压 力 为 31.5MPa，公称流量为 125L/min。如果后期长钻孔压裂且加砂时，可以考虑购买能泵注 砂水混合液的大排量泵。2.3 水力致裂的监控注水压力和流量采用防爆的流量计和压力计来实时监测和数据存储。在典型区域和 水力致裂参数下水压裂缝的扩展形态采用注水的水箱中加白石灰搅拌均匀，低浓度的石 灰水随水压裂缝的扩展而向前运移，在后续的掘进中可以通过观测石灰的颜色来判断水 压裂缝的扩

57、展形态。在压裂前后采用电磁辐射仪监测掘进工作面围岩电磁辐射幅值与脉 冲数的变化。在瓦斯抽采时监测抽放负压、排水量及瓦斯浓度、瓦斯抽放量随时间的变化。2.4 区域措施效果检验矿井采用残余瓦斯含量的实际直接测定值为主要指标，进行区域措施效果检验： 在对区域防突措施效果检验前，应检查、分析防突钻孔的深度、角度以及分布 情况是否符合措施要求，不符合要求的重新补打连抽。否则不予校检，严禁掘进。 掘进工作面所有抽放孔施工完毕经抽放后，通过计算抽采达标满足残余瓦斯含 量小于 8m3/t 后，进行区域措施效果检验。 对区域防突措施进行校检时，在煤巷条带每间隔 2030m 至少布置 1 个检验测- 11 -中国

58、矿业大学涉及多项发明专利，不得向外泄露试点，且每个检验区域不得少于 3 个检验测试点，检验测试点布置于所在部位钻孔密度 较小、孔间距较大、预抽时间较短的位置，并尽可能远离测试点周围的各预抽钻孔或尽 可能与周围预抽钻孔保持等距离，且避开采掘巷道的排放范围和工作面的预抽超前距。 在地质构造复杂区域增加一个检验测试点。 效检钻孔每进尺 2021m 均用网孔直径 1mm 的分选筛直接在孔口接煤粉，并 将筛选后的煤粉迅速放入密封罐中。 煤样取好后立即送往瓦斯实验室进行残余瓦斯量测定。残余瓦斯含量小于 8m3/t 的预抽区域为无突出危险区，若任何一个检测测试点的指标值达到或超过 8m3/t，则判 定为预抽

59、防突效果无效。则此检验测试点周围半径 100m 内的预抽区域均判定为预抽防 突效果无效，所在区域煤层仍属突出危险区。但若检验期间在煤层中进行钻孔等作业时发现了喷孔、顶钻等明显突出预兆时，发 生明显突出预兆的位置周围半径 100m 内的预抽区域均判定为预抽防突效果无效，所在 区域煤层仍属突出危险区。 对于突出危险区，继续进行瓦斯抽放，同时测定抽放参数，通过计算抽采达标 后，再次进行效果检验，直至指标不超。 区域治理不达标，严禁掘进。2.5 区域验证对区域措施效果检验无突出危险区域，每掘进 10m 进行验证一次，效检方法采用钻 屑量 S 和钻孔瓦斯涌出初速度 q 进行突出危险性效检，方法如下：3

60、个效检孔分别布置在掘进面两侧和中部，孔深 14m（投影距），两帮效检孔终孔点 位于巷道断面两侧轮廓线外 4m，偏角 73°，中间孔平行于掘进方向；钻孔每钻进 1m 测量该 1m 段的全部钻屑量 S，并在暂停钻进后 2min 内测定钻孔瓦斯涌出初速度 q。每 个指标均测定 5 次，并取最大值作为效检用最终指标。表 2 -3突 出 危 险 性 的 临 界 值钻 孔 瓦 斯 渗 出 初 速 度 q（ L /m in）钻 屑 量 S（ kg /m ）4.56- 12 -中国矿业大学涉及多项发明专利，不得向外泄露如果实测得到的 S、q 的所有测定值均小于临界值，并且未发现其他异常情况，则 该工

61、作面预测为无突出危险工作面；否则，为突出危险工作面。只要有一次区域验证为 有突出危险或超前钻孔等发现了突出预兆，则该掘进面以后的掘进作业均应当执行局部 综合防突措施。3局部综合防突措施3.1 钻孔布置当采取深孔压裂区域消突措施后，局部防突仅采用钻孔卸压抽采即可满足要求时， 可以不用进行局部水力致裂，局部浅孔抽放孔布置可以采用抽放孔预留 10 米的措施孔超前布置，钻孔个数 15-18 个孔。 以下为局部水力致裂消突方案：采用在掘进工作面煤壁打钻孔，运用水力致裂孔、抽放孔相结合的方式来实现掘进 工作面消突的目的。钻孔的布置形式及参数具体如下： 如果消突区域内存在较大的裂缝或断层，且大弱面方向对区域

62、煤体的水力致裂 不利，阻碍了水压裂缝的均匀扩展，为保证区域致裂效果，应根据实际情况合理调整压 裂孔的位置、角度、压裂方式和顺序，甚至补加适量水力致裂孔辅助压裂。在煤层变薄区和煤层倾角较大的区域施工水力致裂孔时可能会打到顶底板岩层中， 无法满足对压裂孔长度要求，为最大限度的保证区域压裂效果，应合理调整水力致裂孔 的压裂顺序甚至多个孔同时压裂，建议将打入顶底板的水力致裂孔放至最后压裂。此时， 瓦斯抽放钻孔的长度可比最长有效压裂钻孔长度短 5m。 使用 75mm 或以上的钻头，孔口除尘。 施工顺序： 施工水力致裂孔水力致裂施工抽放孔抽放瓦斯同时施工下一个抽放孔最后一个抽放孔不小于 2 小时的抽放校检

63、。区域抽放孔抽放 16 小时后，施工局部措施第一循环，区域抽放孔可充当局部抽放 孔，孔深 2021.9m，局部抽放孔施工完毕后，最后一个孔抽放时间不得低于 2 小时； 必须保证区域抽放孔最后一个孔不低于抽放 24 小时，抽放结束后，方准效检。第二循环、第三循环按照以上设计进行布置。- 13 -中国矿业大学涉及多项发明专利，不得向外泄露 瓦斯抽放孔的封孔深度不小于 4m，封孔段长度不小于 1m，钻孔封堵必须严密； 瓦斯抽放孔孔口抽放负压不得小于 20kPa，预抽瓦斯浓度不低于 30%。 掘进时要保持瓦斯抽放孔超前掘进工作面 10m。3.2 水力致裂参数3. 2. 1 压裂水压力的确定根据区域水力

64、致裂的水压力计算，局部水力致裂消突的水压力取 15MPa。3. 2. 2 压裂时间的确定进入注水系统的水必须是经过过滤而无杂质的清水，初步设计水力致裂注水时间为 15min。当注水达到设计要求或钻孔周围煤壁有水渗出时，可提前结束或暂停对该钻孔 的注水。3.3 局部防突措施效果检验 当迎头抽放孔按措施执行完毕后，即进行效检，效检孔 3 个分别布置在巷道两 侧及巷道中部，孔深 14m（投影距），两帮效检孔终孔点位于巷道断面两侧轮廓线外 4m， 偏角 73°，中间孔平行于掘进方向，采用钻屑量 S 和钻孔瓦斯涌出初速度 q 进行突出危 险性效检。 根据现场测试的 S 和 q 值判断工作面的突

65、出危险性：当 S6.0kg/m 或 q4.5L/min 时，则工作面预测为突出危险工作面；当 S6.0kg/m 且 q4.5L/min 时，则工作面预测为无突出危险工作面（过构造破坏带时 q 按 4.0L/min 执行）。 效检员在效检前必须对预抽煤层瓦斯防突措施孔进行验收，施工不符合设计要 求的严禁效检。钻孔每钻进 1m 测量该 1m 段的全部钻屑量 S，并在暂停钻进后 2min 内 测定钻孔瓦斯涌出初速度 q。 若效检指标不超，保留不少于 20m 的区域措施孔超前距、不少于 10m 的局部措 施孔超前距和不小于 4m 的检验孔超前距进行批掘。若效检指标超标，在超标孔附近补打 3 个抽放钻孔

66、，具体参数参考附近局部措施孔，抽放 1 小时后，再次进行效检，直至效检不超。- 14 -中国矿业大学涉及多项发明专利，不得向外泄露4压裂泵安设和管路敷设在压裂设备运输前，应对道路、井口、井下巷道和供电进行勘察。高压管路管径选 取 51mm 高压胶管，也可考虑采用乳化液泵的高压管路，接头采用高压快速接头连接， 高压管路外端连接专用压裂泵输出端，里端连接专用封孔器。（1）泵站位置井下压裂泵安设位置：2307 工作面风巷外侧。（2）压裂设备运输巷道内移运压裂设备时，运输巷内一侧从巷道道渣面起 1.6 m 的高度内，必须留有 宽 0.8 m 以上的人行道；巷道内平板车上压裂设备的最突出部分，与巷帮支护

67、、管道和 线缆吊挂的距离不得小于 0.3 m。巷道内组装压裂设备时，压裂设备与巷帮支护、管道和线缆吊挂的距离均不得小于 0.5 m；压裂泵泵头和动力端与巷帮支护的距离应满足设备检查和维修的需要，并不得小 于 0.7 m。巷道坡度在 5°以上时，必须有可靠的防滑装置。（3）井下供电要求施工中泵站需要动力电源（660/1140 V，355 kW）和控制电源（127 V）设施，配 备 400 A 的电源控制设备。泵站硐室要有足够的照明。 泵站动力和控制电源为二级负荷，并按煤矿安全规程的要求设置保护。（4）水箱 前期采用乳化液泵压裂，可以直接采用其配套的水箱；后期若采用专用水力致裂泵，需配套特制井下压裂备用水箱，水箱容积不低于 3m3 ，满足压裂流量要求。（5）高压管路敷设2307 风巷高压管路敷设路线为：2307 压裂泵站2307 风巷。沿途高压压裂管路总 长需 1200m。5具体施工主要安全技术措施- 15 -中国矿业大学涉及多项发明专利，不得向外泄露5.1 打钻注意事项（1）打眼工必须经过培训，并持证上岗，打眼必须由打眼工担任。（2）严格执行敲帮问顶制度，对活矸及时捣掉。（3）打钻前先检查迎头后方 5m 范围的巷道，有隐