水力壓裂抽采瓦斯技術(shù)在南桐礦區(qū)的應(yīng)用課件

1、報(bào)告人：任梅青重慶南桐礦業(yè)有限責(zé)任公司2017 年 6月23日水力壓裂抽采瓦斯技術(shù)在南桐礦區(qū)的應(yīng)用 南桐礦業(yè)公司所屬礦井，均為煤與瓦斯突出礦井，其地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜（特別是構(gòu)造區(qū)域地應(yīng)力高）、瓦斯壓力高（局部已經(jīng)達(dá)18MPa）、瓦斯含量大（1228m3/t），煤層松軟且透氣性極低（透氣系數(shù)為0.0050.007m2/MPa2.d），是我國(guó)煤與瓦斯突出災(zāi)害最為嚴(yán)重的礦區(qū)之一。 近幾年，集團(tuán)公司著力推進(jìn)“水治瓦斯”工作, 南桐礦業(yè)公司黨政高度重視瓦斯治理，并得到科技公司和松藻公司指導(dǎo)幫助，我公司精心組織開展了高壓水力壓裂煤層增透技術(shù)研究。2012年在東林、魚田堡煤礦試驗(yàn)成功后，先后在南桐礦業(yè)公司其他礦井

2、全面推廣應(yīng)用。我們的技術(shù)路線是“以水力壓裂為手段，以增透抽采為途徑。不圖鉆孔數(shù)量多，只求抽采效果好”。經(jīng)過(guò)努力，區(qū)域瓦斯治理效果大幅度提高，基本實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。瓦斯超限次數(shù)大幅降低，打鉆人員、抽采鉆尺總量顯著減少。 現(xiàn)報(bào)告如下：簡(jiǎn) 介一、主要工作措施（一）管理上求實(shí)創(chuàng)新、精耕細(xì)作 瓦斯治理認(rèn)識(shí)上高度統(tǒng)一。我們牢固樹立瓦斯事故“可防、可控、可治”理念；堅(jiān)持以瓦斯“零超限、零死亡”為目標(biāo)；堅(jiān)持“抽采治本、應(yīng)抽盡抽”原則。堅(jiān)持“管理操作兩并重，物質(zhì)精神雙激勵(lì)。以精細(xì)操作保質(zhì)量，以優(yōu)質(zhì)工程保進(jìn)度”原則。全力開展瓦斯治理研究，大力推廣應(yīng)用新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備,操作上堅(jiān)持“精心編制方案，全面收集資料，系統(tǒng)

3、分析總結(jié)，探索技術(shù)規(guī)律”。 1、統(tǒng)一認(rèn)識(shí)、做好頂層謀劃 精心布置、強(qiáng)化管控。每年初公司就下達(dá)了瓦斯治理工作實(shí)施計(jì)劃，制定了工作面塊段、石門掲煤瓦斯治理和專用抽放巷掘進(jìn)節(jié)點(diǎn)目標(biāo)管理辦法，明確了各級(jí)管理人員的工作職責(zé)和措施要求，制定了獎(jiǎng)懲標(biāo)準(zhǔn)，按月進(jìn)行檢查考核。未按時(shí)完成瓦斯治理節(jié)點(diǎn)目標(biāo)，按獎(jiǎng)勵(lì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)等處罰。 狠抓部署兌現(xiàn)，為瓦斯治理留足時(shí)間、空間。公司把礦井瓦斯治理工程節(jié)點(diǎn)目標(biāo)納入日常管控，每月由公司通瓦部和安監(jiān)部督查，對(duì)單項(xiàng)瓦斯治理工程節(jié)點(diǎn)目標(biāo)完成情況進(jìn)行檢查確認(rèn)，并執(zhí)行獎(jiǎng)懲兌現(xiàn)。對(duì)實(shí)施水力壓裂抽采瓦斯工作未按要求落實(shí)的，嚴(yán)格追究相關(guān)責(zé)任人的責(zé)任。礦總工程師在公司每月召開的防重例會(huì)上要總結(jié)

4、上月部署執(zhí)行中存在的問(wèn)題和補(bǔ)救措施。公司主要領(lǐng)導(dǎo)多次聽(tīng)取工作匯報(bào)，研究部署瓦斯治理工作。 組建水力壓裂專業(yè)組。2012年底，在東林煤礦首次實(shí)驗(yàn)完成后，將參加此工作的人員組成水力壓裂專業(yè)組，負(fù)責(zé)公司各礦的水力壓裂現(xiàn)場(chǎng)管理和實(shí)驗(yàn)工作。專業(yè)組共4人，掛靠東林煤礦，由公司通瓦部管理。 組建瓦斯治理專業(yè)隊(duì)伍。2016年10月，公司組建瓦斯治理指導(dǎo)隊(duì)，定員12人，現(xiàn)有8人，由各礦井副科級(jí)以上的專業(yè)技術(shù)業(yè)務(wù)骨干組成。具有高中及以上文化程度，具有豐富的現(xiàn)場(chǎng)管理經(jīng)驗(yàn)，熟悉煤礦瓦斯治理專業(yè)知識(shí)和操作技能，身體健康，工作認(rèn)真負(fù)責(zé)，每一個(gè)隊(duì)員都能做到“管理中是領(lǐng)隊(duì)，操作時(shí)是工匠”，是一個(gè)精干高效的專業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)。全體隊(duì)

5、員共同確立了十六字工作準(zhǔn)則 “團(tuán)結(jié)協(xié)作、誠(chéng)實(shí)守信、精益求精、大膽創(chuàng)新”。2、創(chuàng)新瓦斯管理體系，探索瓦斯專業(yè)化管理 公司瓦斯治理指導(dǎo)隊(duì)的職責(zé)：負(fù)責(zé)指導(dǎo)并審查礦井區(qū)域瓦斯治理方案設(shè)計(jì)；負(fù)責(zé)組織礦井實(shí)施水力壓裂工作前的現(xiàn)場(chǎng)工作驗(yàn)收；負(fù)責(zé)礦井壓裂孔過(guò)煤參數(shù)收集，現(xiàn)場(chǎng)操作并監(jiān)控壓裂管的安設(shè)和封孔全過(guò)程，確保壓裂孔的封孔質(zhì)量；監(jiān)督指導(dǎo)礦井壓裂泵組日常檢查、維修保養(yǎng)，提出中修、大修方案，保證設(shè)備完好；負(fù)責(zé)壓裂泵組的現(xiàn)場(chǎng)操作，及時(shí)組織處理現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題；負(fù)責(zé)對(duì)礦井壓裂孔接抽質(zhì)量監(jiān)督檢查，確保抽采穩(wěn)定；負(fù)責(zé)壓裂工程的資料收集、整理、分析，總結(jié)；開展瓦斯治理技術(shù)攻關(guān)、技術(shù)創(chuàng)新，破解技術(shù)難題，探索引進(jìn)瓦斯治理新技術(shù)、新工

6、藝、新設(shè)備，提高瓦斯治理效果，縮短瓦斯治理時(shí)間，降低瓦斯治理成本。 明確責(zé)權(quán)利關(guān)系。礦井與公司瓦斯治理指導(dǎo)隊(duì)形成甲乙方關(guān)系，以工程量和效果為依據(jù)按月結(jié)費(fèi)，與礦井結(jié)算的費(fèi)用中，壓裂孔的抽采效果所占比重在50%以上，如果效果不好，還要處罰，目的就是強(qiáng)調(diào)效果，重獎(jiǎng)重罰。瓦斯治理指導(dǎo)隊(duì)內(nèi)部建立二次分配制度。（二）技術(shù)上不斷探索，多層次、全方位攻克技術(shù)難題 無(wú)論仰孔、平孔、俯孔，都保證了封孔質(zhì)量，封孔長(zhǎng)度最小10米，最大達(dá)100米以上，水泥砂漿二次封孔，做到了全長(zhǎng)封孔，壓裂不漏水，抽采不漏氣。特別是對(duì)于小傾角鉆孔和水平鉆孔，使用微膨脹水泥材料進(jìn)行封堵，效果良好。 1、摸索了一套行之有效的封孔工藝 首先利

7、用常壓水反復(fù)洗煤孔，保證鉆孔下桿、封孔能夠到位，減少了煤粉堵死篩管的可能性。其次將壓裂管內(nèi)徑由25mm改為36mm。再就是改開關(guān)式卸壓為螺旋排放式卸壓，在壓裂結(jié)束后，能及時(shí)卸壓排水，基本解決了煤粉堵死壓裂管問(wèn)題。若出現(xiàn)堵死現(xiàn)象，利用高壓水進(jìn)行疏通。這樣，就可以利用壓裂孔抽采瓦斯，不再另打抽采孔。2、解決了煤粉堵死壓裂管問(wèn)題 現(xiàn)大量使用的寶雞航天動(dòng)力設(shè)備公司第三代產(chǎn)品，壓力和流量能滿足需要，但設(shè)備故障多，只能連續(xù)工作4小時(shí)。南京六合泵的流量小，壓裂效果不好，只在紅巖煤礦使用過(guò)。重慶水泵廠的壓裂泵在同等壓力下，流量小于寶雞第三代泵。寶雞第四代壓裂泵組，其流量26.6m3/h、壓力52MPa和流量3

8、9m3/h、壓力34Mpa的工作參數(shù)，適合我公司煤層壓裂，且體積變小，連續(xù)工作時(shí)間增長(zhǎng)，計(jì)劃4月內(nèi)在東林煤礦試用。3、對(duì)壓裂泵組使用效果全方位進(jìn)行了比選 現(xiàn)大量使用的寶雞航天動(dòng)力設(shè)備公司第三代產(chǎn)品，壓力和流量能滿足需要，但設(shè)備故障多，只能連續(xù)工作4小時(shí)。南京六合泵的流量小，壓裂效果不好，只在紅巖煤礦使用過(guò)。重慶水泵廠的壓裂泵在同等壓力下，流量小于寶雞第三代泵。寶雞第四代壓裂泵組，其流量26.6m3/h、壓力52MPa和流量39m3/h、壓力34Mpa的工作參數(shù)，適合我公司煤層壓裂，且體積變小，連續(xù)工作時(shí)間增長(zhǎng)，計(jì)劃4月內(nèi)在東林煤礦試用。3、對(duì)壓裂泵組使用效果全方位進(jìn)行了比選 根據(jù)不同條件，重點(diǎn)

9、探索了如何選擇合理的壓裂順序，判斷鉆孔壓裂的效果，選擇合適的時(shí)機(jī)進(jìn)行卸壓、放水。利用鄰近壓裂孔的相互影響，提高總體壓裂效果。形成了水力壓裂操作規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和泵組操作維護(hù)管理規(guī)定。4、探索出了高效、實(shí)用的壓裂操作流程 俯角或小傾角鉆孔施工在全負(fù)壓通風(fēng)條件下進(jìn)行，巷道配風(fēng)量大于300m3/min。對(duì)于自噴能力強(qiáng)的煤層，采用風(fēng)力排渣，孔口濕式除塵。2016年公司沒(méi)有出現(xiàn)施鉆過(guò)程中的瓦斯超限現(xiàn)象。5、有效防止打鉆噴孔和瓦斯超限 水力壓裂煤層增透預(yù)抽瓦斯技術(shù)先后在公司本部七個(gè)礦井和貴州礦井推廣應(yīng)用，取得了良好的效果。（另有技術(shù)總結(jié)）二、取得的效果（一）深化了區(qū)域防突措施 壓裂增透抽采煤層瓦斯作為區(qū)域防

10、突措施，一次性施工完成，無(wú)需施工其他穿層孔和順層孔。經(jīng)考察，穿層鉆孔壓裂后抽采180天，抽采負(fù)壓13kPa,有效半徑為60米。抽采達(dá)標(biāo)后，采掘過(guò)程中不需要實(shí)施工作面防突措施。大幅度減少了鉆孔工程量，實(shí)實(shí)在在縮短了抽采達(dá)標(biāo)時(shí)間。 舉例如下： 東林煤礦2606E4 段機(jī)巷掘進(jìn)條帶，走向長(zhǎng)280m，設(shè)計(jì)壓裂孔3個(gè),瓦斯抽采濃度98%，18個(gè)月抽采瓦斯27.5萬(wàn)m3，減少鉆尺1.4萬(wàn)m。 東林煤礦3604E2 段回采工作面，走向280m，面積3.4萬(wàn)m2，布置壓裂孔10個(gè)，抽采濃度9598%，6個(gè)月時(shí)間抽采瓦斯29.9萬(wàn)m3，減少穿層孔、本層孔鉆尺2.6萬(wàn)米。 南桐煤礦 7507 下段工作面，走向45

11、0m，面積4.1萬(wàn)m2，布置壓裂孔16個(gè)，抽采濃度8395%，近5個(gè)月抽采瓦斯36.6 萬(wàn)m3，減少穿層孔、本層孔鉆尺3.3萬(wàn)m。舉例說(shuō)明舉例說(shuō)明 南桐煤礦325m7511 機(jī)巷掘進(jìn)條帶，走向長(zhǎng)度422m，設(shè)計(jì)壓裂孔7個(gè),抽采總管平均抽采濃度70%左右，平均抽采純量1085.18m3/d，已抽出瓦斯量40多萬(wàn)m3?，F(xiàn)繼續(xù)抽采。 興隆煤礦1601S 一段回采工作面走向長(zhǎng)350m范圍，在風(fēng)巷采用順層下向孔水力壓裂區(qū)域預(yù)抽措施，鉆孔間距25m，鉆孔孔深3540m，共設(shè)計(jì)施工14個(gè)鉆孔。主管抽采濃度4480，平均濃度62，平均抽采純量1154.88m3/d，累計(jì)抽采瓦斯總量12.23萬(wàn)m3，抽采4個(gè)月

12、后達(dá)標(biāo)。（二）省去了局部綜合防突措施工程量 采掘工作面驗(yàn)證指標(biāo)超標(biāo)現(xiàn)象基本消除，無(wú)需實(shí)施工作面防突措施和效果檢驗(yàn)，提高了采掘單產(chǎn)單進(jìn)水平，降低了生產(chǎn)的安全風(fēng)險(xiǎn)。 舉例如下：舉例說(shuō)明 東林煤礦3604E2 段采取水力壓裂治理瓦斯后，掘進(jìn)和回采期間均未出現(xiàn)瓦斯預(yù)測(cè)指標(biāo)超標(biāo)現(xiàn)象，掘進(jìn)單進(jìn)提高了約60%；回采推進(jìn)度由40m/月提高到55m/月，提高了37.5%左右。 紅巖煤礦3604S3 段風(fēng)巷、機(jī)巷后期掘進(jìn)巷道實(shí)施穿層水力壓裂抽采瓦斯后，掘進(jìn)工作面驗(yàn)證未出現(xiàn)指標(biāo)超標(biāo)現(xiàn)象，掘進(jìn)單進(jìn)提高了43%。 魚田堡煤礦3504W4 段工作面采取網(wǎng)格壓裂孔預(yù)抽煤層瓦斯區(qū)域措施后，回采時(shí)只在構(gòu)造區(qū)域出現(xiàn)一次1個(gè)鉆孔預(yù)

13、測(cè)孔指標(biāo)超標(biāo)現(xiàn)象，h2=220Pa，工作面回采推進(jìn)度由30m/月提高到45m/月。而2013年開采的3504三段工作面，采用穿層和本層常規(guī)鉆孔區(qū)域措施，每一個(gè)循環(huán)都要實(shí)施工作面局部防突措施和效果檢驗(yàn)，作業(yè)時(shí)間達(dá)30多小時(shí)。（三）瓦斯超限和事故得到有效控制 實(shí)施壓裂增透技術(shù)的采掘工作面，驗(yàn)證指標(biāo)超標(biāo)現(xiàn)象基本消除，瓦斯超限得到有效控制，消滅了煤與瓦斯突出和瓦斯等級(jí)事故，近三年瓦斯超限次數(shù)分別為22次、9次、5次，今年沒(méi)有超限。三、探索中的相關(guān)問(wèn)題和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)論 （一）水力壓裂剛結(jié)束時(shí)，煤層裂隙中充滿了水，形成壓力升高區(qū)，瓦斯暫時(shí)無(wú)法運(yùn)移。開始抽采后，水分蒸發(fā)并進(jìn)入抽采系統(tǒng)，煤層含水率逐漸降低，裂隙

14、通道形成，壓裂影響區(qū)域都能得到很好的抽采，包括壓裂孔終孔點(diǎn)下方區(qū)域以及下向孔的壓裂影響區(qū)域。 （二）采用水力沖孔或機(jī)械方式對(duì)目標(biāo)層掏穴，可提高壓裂效果，還可防止煤粉堵死篩管而影響抽采。壓裂結(jié)束后，在安全的前提下，應(yīng)盡快排水，長(zhǎng)時(shí)間保壓容易造成壓裂管堵死，無(wú)法抽采。如果壓裂管被堵死，可使用高壓水疏通。 （三）壓裂孔封孔質(zhì)量好，能保證抽采濃度。一般情況下，壓裂管內(nèi)流速在2m/s以內(nèi)，阻力損失小，能滿足抽采量的需要。因?yàn)橥咚菇馕俣扔邢蓿泶驅(qū)Ｓ贸椴煽准仍黾鱼@孔工程量，又不能明顯提高抽采效果，如果這些抽采孔封孔質(zhì)量不好，還會(huì)降低抽采濃度和總量。 （四）水力壓裂一般不會(huì)對(duì)煤層頂?shù)装逶斐蓳p害，因?yàn)槠鋲毫?/p>

15、低于煤層頂?shù)装鍘r石的單軸抗壓強(qiáng)度（即f值），更低于三軸抗壓強(qiáng)度。但當(dāng)目標(biāo)層附近有自由面（例如抽采巷）時(shí)，可能會(huì)使自由面處的巖石產(chǎn)生位移和破壞。一般情況下，這些破壞對(duì)巷道管理影響不大。 （五）水力壓裂抽采效果存在不均勻性，特別是壓裂參數(shù)選擇失當(dāng)或在受地質(zhì)構(gòu)造影響區(qū)域尤為明顯。在進(jìn)行區(qū)域措施效果檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)適度加密檢驗(yàn)測(cè)試點(diǎn)。還應(yīng)該進(jìn)一步研究考察壓裂效果和消除空白帶的其他方法。 （六）實(shí)施水力壓裂前必須做好準(zhǔn)備工作，特別是供水供電必須充分可靠。作業(yè)時(shí)，泵站到作業(yè)巷道范圍應(yīng)設(shè)為禁區(qū)，壓裂孔口設(shè)視頻監(jiān)控和瓦斯監(jiān)測(cè)，隨時(shí)觀察相關(guān)區(qū)域內(nèi)的情況。壓裂結(jié)束后的3個(gè)月內(nèi)，禁止在壓裂影響區(qū)域進(jìn)行采掘活動(dòng)，盡量不施工鉆孔。 （七）水力壓裂成功的關(guān)鍵是封孔質(zhì)量、大流量連續(xù)作業(yè)、施