瓦斯治理攻坚经验交流材料

1、2022/9/21保障平安关爱生命1瓦斯抽采水力压裂增透技术应用情况单位：六枝工矿集团公司化处煤炭分公司 瓦斯治理攻坚年交流材料时间：2021年4月20日2022/9/21保障平安关爱生命2引言 根据省煤监局安排，现就瓦斯抽采水力压裂增透技术在六枝工矿集团化处煤炭分公司的应用情况进行介绍，不妥之处敬请评判指正。2022/9/21保障平安关爱生命3主要内容 一、矿井概况二、煤层瓦斯情况三、煤层压裂实施背景四、水力压裂增透情况2022/9/21保障平安关爱生命4矿井概况一、矿井概况化处煤炭分公司为六枝工矿集团有限责任公司下属公司，以下简称化处煤矿位于六枝特区大煤山背斜西翼，行政区域隶属于贵州省六枝

2、特区大用镇和落别乡，矿区总面积11.1698km2，1970年12月开始建设，并于1974年12月建成后简易投产。主采煤层为7号煤层。设计生产能力30万t/a，核定生产能力36万t/a。2022/9/21保障平安关爱生命5煤层瓦斯情况 二、煤层瓦斯情况 主采煤层为7号煤层，为贫煤，煤层厚度由0.339.80m，一般34m，平均倾角22度，瓦斯放散初速度P16、透气性系数0.32620.7601m2/MPa2.d、吸咐常数a=30.6102、b=1.1164、钻孔瓦斯流量衰减系数 0.05620.8167d-1、巩固性系数f 0.11。采区瓦斯压力对超过了1.3MPa，瓦斯含量在15 m3/t以

3、上，7号煤层煤尘有爆炸危险，煤层易自燃，自燃倾向等级为二类自燃，最短发火期为一个月。2022/9/21保障平安关爱生命6煤层压裂实施背景 三、煤层压裂实施背景 化处煤矿主采7号层属单一煤层开采，不具备保护层开采条件，为解决煤层透气性差、瓦斯抽采工艺有待提高、现有瓦斯抽采技术预抽困难，煤层松软，抽采钻孔经常出现塌孔、卡钻、喷孔现象，钻孔流量不稳定、衰减很快，流量只能稳定在一月内，有的甚至更短，难以保证抽采效果，瓦斯治理投入大等问题，我矿于2021年底分别在2372机巷、机巷碛头和1470底板抽放巷实施了本煤层及底板穿层水力压裂增透技术。2022/9/21保障平安关爱生命7水力压裂增透情况 一压裂

4、钻孔的布置和压裂情况 1. 2372机巷本煤层压裂时，施工本煤层上行钻孔，压裂孔间距25m和30.6m，3个压裂孔控制压裂区域110米左右，整个区域内共布置近40个常规抽采孔，压裂区域施工的抽采孔孔间距有以前的2米提高到3米。2022/9/21保障平安关爱生命8水力压裂增透情况 图1 水力压裂钻孔布置图2022/9/21保障平安关爱生命9水力压裂增透情况图2 水力压裂钻孔布置图2022/9/21保障平安关爱生命10水力压裂增透情况表1 本煤层压裂孔情况表类型孔深/m孔径/mm封孔深度/m方位角/倾角/本煤层1#5589306723本煤层2#6089306723本煤层3#558930672320

5、22/9/21保障平安关爱生命11水力压裂增透情况 2. 在施工完1、2、3#压裂孔后，在迎头施工了4、5掘进压裂孔，见表2、图3，化学方式封孔，封孔深度在30m。表2 压裂孔施工参数表类型孔深/m孔径/mm封孔深度/m与巷道掘进方向/倾角/迎头4#618930-11-5迎头5#60.58930602022/9/21保障平安关爱生命12水力压裂增透情况图3 迎头压裂孔布置示意图2022/9/21保障平安关爱生命13水力压裂增透情况表3 压裂孔施工参数压裂孔封孔长度/m时间/min压力/MPa压裂液用量/m31#30148.47.22#30218.793#3015012.6724#25245.5

6、5.55#308212.135.92022/9/21保障平安关爱生命14水力压裂增透情况3. 在1470中巷19、20、21#钻场中施工1个压裂孔、1个卸压孔，并在钻场间巷道中部施工高角度孔各1个，共计5个压裂孔，各孔的详细情况如下。2022/9/21保障平安关爱生命15水力压裂增透情况图4 1470中巷压裂孔布置平面示意图2022/9/21保障平安关爱生命16图5 19#钻场钻孔布置剖面示意图水力压裂增透情况2022/9/21保障平安关爱生命17水力压裂增透情况图6 高位压裂孔布置剖面示意图图7 封孔示意图2022/9/21保障平安关爱生命18水力压裂增透情况表4 各孔参数表2022/9/2

7、1保障平安关爱生命19水力压裂增透情况压裂孔孔深/m封孔长度/m时间/min压力/MPa压裂液用量/m3中1#54.5381441842.1中2#23.4222115.99.1中3#45.528.29816.341中4#25235212.917.1中5#36.527.87338.230.4表5 压裂孔施工参数2022/9/21保障平安关爱生命20水力压裂增透情况图8 压裂孔附近瓦斯浓度曲线2022/9/21保障平安关爱生命21水力压裂增透情况 二压裂效果考察 主要从常规瓦斯抽采浓度、瓦斯抽采量、区域瓦斯预抽率、有效抽采时间、剩余瓦斯压力、剩余瓦斯含量、防突指标效检、防突措施工程量、裂隙沟通情况

8、等方面进行了考察。 1. 瓦斯抽采分析 1 本煤层1、2、3#压裂孔压裂完成后在1月18日开始联网抽采，抽采孔半径由以前的2m调整为3m，其中2、3#压裂孔间施工9个抽采孔，1、2#压裂孔间施工8个，1、3#压裂孔外各施工5个。自抽采以来，压裂孔、压裂区域的抽采孔浓度、瓦斯抽采总量一直保持良好的态势。2022/9/21保障平安关爱生命22水力压裂增透情况图9 1#压裂孔抽采曲线2022/9/21保障平安关爱生命23水力压裂增透情况图10 2#压裂孔抽采曲线2022/9/21保障平安关爱生命24水力压裂增透情况图11 3#压裂孔抽采曲线2022/9/21保障平安关爱生命25水力压裂增透情况图12

9、 封孔25m的抽采孔抽采曲线2022/9/21保障平安关爱生命26水力压裂增透情况图13 2、3#压裂孔间的2#抽采孔浓度曲线2022/9/21保障平安关爱生命27水力压裂增透情况图14 压裂段支管抽采浓度曲线2022/9/21保障平安关爱生命28水力压裂增透情况图15 压裂段支管日抽采瓦斯纯量曲线2022/9/21保障平安关爱生命29 自开始抽采以来，压裂孔瓦斯浓度为85%以上，抽采100天后未明显衰减，仍在70%以上。压裂范围内抽采孔，大局部抽采效果明显，抽采90天后，局部抽采孔浓度仍维持在30%以上。 2372机巷压裂控制段内抽采总管为10寸管路，浓度一般在1535%，负压在1520KP

10、a，压差一般为20Pa左右，依据皮托管计算公差，计算结果为压裂控制区域日抽采瓦斯纯量一般在5000方以上，抽采期延长到100天以上，压裂区域抽采总量80万方，区域预抽率到达50%，实现抽采达标，纯瓦斯流量到达3方/分钟，实现了稳定工业化气流。水力压裂增透情况2022/9/21保障平安关爱生命30 煤层厚度6.5m，瓦斯含量20 m3/t取1620中的上限，煤层密度1.4t/ m3，压裂控制区域为长110m，宽70m的矩形区域，那么瓦斯储量为：1107061.420=1401400140万方。那么区域瓦斯预抽率为80140=57%。 压裂前后的比较 压裂前2372机巷外段施工的常规抽采孔间距在2

11、m，又补充局部抽采孔，有些区段瓦斯抽采半径缺乏1m，抽采初期瓦斯浓度多在50%以上，抽采10天左右即呈现衰减趋势，30天左右就衰减到有效浓度30%以下，极少有抽采40天有效期的，压裂后各种抽采参数效果显著。水力压裂增透情况2022/9/21保障平安关爱生命31水力压裂增透情况未压裂区域压裂影响区域备注抽采半径/米234减少50%以上，防突钻孔措施工程量减少30%50%百米钻孔瓦斯抽采量m3/min.hm0.277抽采浓度/%20天内30%以上压裂孔100天内70%，压裂区域内大量抽采孔100天内30%增幅显著（瓦斯浓度超过30%为有效抽采期）有效抽采期/天50100开抽，压裂孔目前抽采110天

12、，压裂区域抽采孔100天预抽率/%30左右50实现抽采达标煤层瓦斯压力/兆帕1.3实现工作面预抽消突瓦斯含量/立方/吨167表6 本煤层抽采情况表表6 本煤层抽采情况表2022/9/21保障平安关爱生命32 压裂抽采后，瓦斯部测试了2372工作面压裂区域本煤层剩余瓦斯压力小于0.74MPa，剩余瓦斯含量小于4.3m3/t，说明压裂抽采区域消除了突出危险性。 22372机巷掘进碛头压裂抽采在施工完4、5#压裂孔后，开始抽采迎头瓦斯，抽采时间为8天，测试迎头支管抽采参数如下。水力压裂增透情况2022/9/21保障平安关爱生命33日期负压/KPa压差/Pa浓度/%纯流量/m3/d2011.2.716

13、.03.008.610002011.2.816.03.008.610002011.2.915.02.007.26842011.2.1014.02.008.07602011.2.1115.02.005.04752011.2.1215.02.005.04752011.2.1315.02.005.4513总计4907 m3水力压裂增透情况表7 2372机巷掘进抽采参数2022/9/21保障平安关爱生命34 在压裂以前的掘进循环中，一般要抽采15天以上，本次压裂后抽采仅用了7天，抽采时间大幅度减少，为2372机巷掘进提供了珍贵的时间；抽采量与常规掘进抽采总量相当，且略有提高。 31470中巷压裂抽采压

14、裂后及时测试常规10#瓦斯抽采钻场，监测瓦斯浓度、抽采负压、管路压差，并计算钻场的瓦斯抽采总量，做为压裂区域的比照参考孔，在测试的21天内，共抽采瓦斯42141m3，日均抽采量2000 m3。水力压裂增透情况2022/9/21保障平安关爱生命35 压裂后由于1470机巷钻机等其他原因19、20#压裂钻场直到一个月后才打钻联网抽采，压裂后停滞时间较长，监测了瓦斯抽采参数， 19#钻场测试23天内，共抽采瓦斯73688 m3，日均抽采量3200 m3；20#钻场测试23天内，共抽采瓦斯57643 m3，日均抽采量2500 m3。水力压裂增透情况图17 压裂19#钻场抽采参数情况2022/9/21保

15、障平安关爱生命36 据施工过程中的实测数据，10#钻场煤层在2.2m左右，19、20#钻场处于1470中巷的薄煤带区域，煤厚为1m左右，对应控制区域瓦斯储量相差大，同时在压裂停滞30天没有抽采的不利因素影响下，由于压裂区域煤层透气性大幅提高，裂隙、孔隙网络发育，综合抽采效果提高了50%。水力压裂增透情况图18 常规20#钻场抽采参数情况2022/9/21保障平安关爱生命37 2. 掘进效检分析在2372机巷掘进位置施工4#、5#压裂孔进行掘进工作面压裂，经抽采后进行了掘进。在压裂前，掘进工作面放炮后瓦斯浓度多在0.60.85%，有时会出现瓦斯超限等情况；压裂后掘进期间，炮后瓦斯浓度普遍降到0.

16、30.4%，大幅降低了炮后瓦斯超限的可能性，为掘进提供了良好的工作环境。 3. 防突措施工程量分析12372机巷情况2372机巷外段施工的常规抽采孔间距在2m，后期补充局部抽采孔，使得大局部区段瓦斯抽采半径缺乏1m。压裂后在1、2、3#压裂区域瓦斯抽采孔调整为3m，并显现显著的抽采效果，在后期的压裂工程实践中，瓦斯抽采孔的间距应显著大于3m。水力压裂增透情况2022/9/21保障平安关爱生命3821470中巷情况在1470中巷的常规钻场多施工3050个以上，19、20、21#钻场为压裂试验区域，均施工18个抽采孔，防突钻孔措施工程量至少减少40%以上，经济效益显著。水力压裂增透情况钻场抽采孔/

17、个备注145 压裂前孔期间为，压裂孔孔底间距调整为，仍控制预掘进巷道两帮各。220335430530636191820182118表8 1470中巷防突钻孔施工情况2022/9/21保障平安关爱生命39 4. 钻场卸压效果分析 1470中巷2#压裂孔压出细粒煤粉3吨多，4#压裂孔压出细粒煤粉6吨多。 4#压裂孔控制范围为倾向40m，走向20m压裂孔间距，煤厚1.1m，经计算压裂孔控制区域内煤体卸压率计算为4.8，大于保护层开采3的卸压率要求，到达了区域消突的效果。 5. 影响范围分析 从压裂现场压裂孔相互贯穿、大量煤水混合物涌出来看，压裂直观效果显著，压裂范围在2372机巷为30m以上，147

18、0中巷施工时，相距2#压裂孔60m间距以外的16#钻场大量煤水混合物涌出，压裂范围在3060m范围内。 示踪剂测试1470中巷压裂裂隙、缝隙网络沟通情况时，各压裂孔、抽采孔相互连通，示踪剂均可以检测到，综合测试效果验证了压裂范围内增加了煤层透气性，裂隙范围增大的效果。水力压裂增透情况2022/9/21保障平安关爱生命40 6. 经济效益分析压裂材料主要包括封孔无缝钢管30m/煤孔、化学封孔药剂150180KG/孔、送液管等，双料注浆泵，中巷封孔可使用水泥砂浆封孔。 结合实际情况，煤孔综合本钱，44元/米；岩孔综合本钱75元/米；压裂孔综合本钱以5000元计。 以长500m，宽75m的工作面区段

19、为例，压裂半径30m，施工压裂孔孔间距50m。抽采孔半径以4m计算，成孔平均55m。工作面共施工10个压裂孔，125个抽采孔。那么节省煤孔125个，为1255544=302500元，节约本钱25万元以上。水力压裂增透情况2022/9/21保障平安关爱生命41 三压裂的结论与建议 经化处矿实施水力压裂试验证明，经过压裂的煤体，整体卸压、透气性大幅度提高，瓦斯得到释放，抽采瓦斯总量提高，抽采达标；剩余瓦斯压力、瓦斯含量大幅度降低，突出危险性得到有效消除；掘进有效时间增加，掘进速度提高；中巷压裂瓦斯能量大量释放，从根本上消除了瓦斯动力现象的能量来源，同时该技术具有较强可操作性和实用性，综合来看，工程完成了预定的技术要求，创新性使用了示踪剂测试裂隙范围、抽采范围。 经过深入研究和屡次压裂实践，形成了化处矿的压裂工艺，包括压裂方案的编制、封孔方式、压裂方式等，化处矿探索出了本煤层、掘进、中巷压裂的工艺，探索出了瓦斯区域治理的新途径，同时仍需要进一步的研究、应用，并不断完善。水力压裂增透情况2022/9/21保障平安关爱生命42 1. 通过成功实施了10次压裂，完成了预定内容。这些尝试