1、報告人：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，集團公司著力推進“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)過努力，區(qū)域瓦斯治理效果大幅度提高，基本實現(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)報告如下：簡 介一、主要工作措施（一）管理上求實創(chuàng)新、精耕細作 瓦斯治理認識上高度統(tǒng)一。我們牢固樹立瓦斯事故“可防、可控、可治”理念；堅持以瓦斯“零超限、零死亡”為目標(biāo)；堅持“抽采治本、應(yīng)抽盡抽”原則。堅持“管理操作兩并重，物質(zhì)精神雙激勵。以精細操作保質(zhì)量，以優(yōu)質(zhì)工程保進度”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)一認識、做好頂層謀劃 精心布置、強化管控。每年初公司就下達了瓦斯治理工作實施計劃，制定了工作面塊段、石門掲煤瓦斯治理和專用抽放巷掘進節(jié)點目標(biāo)管理辦法，明確了各級管理人員的工作職責(zé)和措施要求，制定了獎懲標(biāo)準(zhǔn)，按月進行檢查考核。未按時完成瓦斯治理節(jié)點目標(biāo)，按獎勵標(biāo)準(zhǔn)進行對等處罰。 狠抓部署兌現(xiàn)，為瓦斯治理留足時間、空間。公司把礦井瓦斯治理工程節(jié)點目標(biāo)納入日常管控，每月由公司通瓦部和安監(jiān)部督查，對單項瓦斯治理工程節(jié)點目標(biāo)完成情況進行檢查確認，并執(zhí)行獎懲兌現(xiàn)。對實施水力壓裂抽采瓦斯工作未按要求落實的，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上要總結(jié)

4、上月部署執(zhí)行中存在的問題和補救措施。公司主要領(lǐng)導(dǎo)多次聽取工作匯報，研究部署瓦斯治理工作。 組建水力壓裂專業(yè)組。2012年底，在東林煤礦首次實驗完成后，將參加此工作的人員組成水力壓裂專業(yè)組，負責(zé)公司各礦的水力壓裂現(xiàn)場管理和實驗工作。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)隊伍。2016年10月，公司組建瓦斯治理指導(dǎo)隊，定員12人，現(xiàn)有8人，由各礦井副科級以上的專業(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)場管理經(jīng)驗，熟悉煤礦瓦斯治理專業(yè)知識和操作技能，身體健康，工作認真負責(zé)，每一個隊員都能做到“管理中是領(lǐng)隊，操作時是工匠”，是一個精干高效的專業(yè)技術(shù)團隊。全體隊

5、員共同確立了十六字工作準(zhǔn)則 “團結(jié)協(xié)作、誠實守信、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)隊的職責(zé)：負責(zé)指導(dǎo)并審查礦井區(qū)域瓦斯治理方案設(shè)計；負責(zé)組織礦井實施水力壓裂工作前的現(xiàn)場工作驗收；負責(zé)礦井壓裂孔過煤參數(shù)收集，現(xiàn)場操作并監(jiān)控壓裂管的安設(shè)和封孔全過程，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；負責(zé)壓裂泵組的現(xiàn)場操作，及時組織處理現(xiàn)場問題；負責(zé)對礦井壓裂孔接抽質(zhì)量監(jiān)督檢查，確保抽采穩(wěn)定；負責(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)隊形成甲乙方關(guān)系，以工程量和效果為依據(jù)按月結(jié)費，與礦井結(jié)算的費用中，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，目的就是強調(diào)效果，重獎重罰。瓦斯治理指導(dǎo)隊內(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 無論仰孔、平孔、俯孔，都保證了封孔質(zhì)量，封孔長度最小10米，最大達100米以上，水泥砂漿二次封孔，做到了全長封孔，壓裂不漏水，抽采不漏氣。特別是對于小傾角鉆孔和水平鉆孔，使用微膨脹水泥材料進行封堵，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，能及時卸壓排水，基本解決了煤粉堵死壓裂管問題。若出現(xiàn)堵死現(xiàn)象，利用高壓水進行疏通。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題 現(xiàn)大量使用的寶雞航天動力設(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。南京六合泵的流量小，壓裂效果不好，只在紅巖煤礦使用過。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)工作時間增長，計劃4月內(nèi)在東林煤礦試用。3、對壓裂泵組使用效果全方位進行了比選 現(xiàn)大量使用的寶雞航天動力設(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。南京六合泵的流量小，壓裂效果不好，只在紅巖煤礦使用過。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)工作時間增長，計劃4月內(nèi)在東林煤礦試用。3、對壓裂泵組使用效果全方位進行了比選 根據(jù)不同條件，重點

9、探索了如何選擇合理的壓裂順序，判斷鉆孔壓裂的效果，選擇合適的時機進行卸壓、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)和泵組操作維護管理規(guī)定。4、探索出了高效、實用的壓裂操作流程 俯角或小傾角鉆孔施工在全負壓通風(fēng)條件下進行，巷道配風(fēng)量大于300m3/min。對于自噴能力強的煤層，采用風(fēng)力排渣，孔口濕式除塵。2016年公司沒有出現(xiàn)施鉆過程中的瓦斯超限現(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，抽采負壓13kPa,有效半徑為60米。抽采達標(biāo)后，采掘過程中不需要實施工作面防突措施。大幅度減少了鉆孔工程量，實實在在縮短了抽采達標(biāo)時間。 舉例如下： 東林煤礦2606E4 段機巷掘進條帶，走向長280m，設(shè)計壓裂孔3個,瓦斯抽采濃度98%，18個月抽采瓦斯27.5萬m3，減少鉆尺1.4萬m。 東林煤礦3604E2 段回采工作面，走向280m，面積3.4萬m2，布置壓裂孔10個，抽采濃度9598%，6個月時間抽采瓦斯29.9萬m3，減少穿層孔、本層孔鉆尺2.6萬米。 南桐煤礦 7507 下段工作面，走向45

11、0m，面積4.1萬m2，布置壓裂孔16個，抽采濃度8395%，近5個月抽采瓦斯36.6 萬m3，減少穿層孔、本層孔鉆尺3.3萬m。舉例說明舉例說明 南桐煤礦325m7511 機巷掘進條帶，走向長度422m，設(shè)計壓裂孔7個,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m3?，F(xiàn)繼續(xù)抽采。 興隆煤礦1601S 一段回采工作面走向長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)計施工14個鉆孔。主管抽采濃度4480，平均濃度62，平均抽采純量1154.88m3/d，累計抽采瓦斯總量12.23萬m3，抽采4個月

12、后達標(biāo)。（二）省去了局部綜合防突措施工程量 采掘工作面驗證指標(biāo)超標(biāo)現(xiàn)象基本消除，無需實施工作面防突措施和效果檢驗，提高了采掘單產(chǎn)單進水平，降低了生產(chǎn)的安全風(fēng)險。 舉例如下：舉例說明 東林煤礦3604E2 段采取水力壓裂治理瓦斯后，掘進和回采期間均未出現(xiàn)瓦斯預(yù)測指標(biāo)超標(biāo)現(xiàn)象，掘進單進提高了約60%；回采推進度由40m/月提高到55m/月，提高了37.5%左右。 紅巖煤礦3604S3 段風(fēng)巷、機巷后期掘進巷道實施穿層水力壓裂抽采瓦斯后，掘進工作面驗證未出現(xiàn)指標(biāo)超標(biāo)現(xiàn)象，掘進單進提高了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，回采時只在構(gòu)造區(qū)域出現(xiàn)一次1個鉆孔預(yù)

13、測孔指標(biāo)超標(biāo)現(xiàn)象，h2=220Pa，工作面回采推進度由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，每一個循環(huán)都要實施工作面局部防突措施和效果檢驗，作業(yè)時間達30多小時。（三）瓦斯超限和事故得到有效控制 實施壓裂增透技術(shù)的采掘工作面，驗證指標(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事故，近三年瓦斯超限次數(shù)分別為22次、9次、5次，今年沒有超限。三、探索中的相關(guān)問題和現(xiàn)場試驗結(jié)論 （一）水力壓裂剛結(jié)束時，煤層裂隙中充滿了水，形成壓力升高區(qū)，瓦斯暫時無法運移。開始抽采后，水分蒸發(fā)并進入抽采系統(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）采用水力沖孔或機械方式對目標(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，長時間保壓容易造成壓裂管堵死，無法抽采。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。因為瓦斯解吸速度有限，另打?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，還會降低抽采濃度和總量。 （四）水力壓裂一般不會對煤層頂?shù)装逶斐蓳p害，因為其壓力

15、低于煤層頂?shù)装鍘r石的單軸抗壓強度（即f值），更低于三軸抗壓強度。但當(dāng)目標(biāo)層附近有自由面（例如抽采巷）時，可能會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。在進行區(qū)域措施效果檢驗時，應(yīng)適度加密檢驗測試點。還應(yīng)該進一步研究考察壓裂效果和消除空白帶的其他方法。 （六）實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，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，隨時觀察相關(guān)區(qū)域內(nèi)的情況。壓裂結(jié)束后的3個月內(nèi)，禁止在壓裂影響區(qū)域進行采掘活動，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