晉聖鴻公升煤業15101綜採工作面頂板弱化施工
安全技術措施會審簽字單
總工程師
生產副礦長
安全副礦長
機電副礦長
通風副礦長
生產管理部
安全管理部
機電管理部
通風管理部
地測防治水部
排程室專案部
編制會審意見：
晉聖鴻公升煤業15101綜採工作面頂板弱化施工
安全技術措施
15101綜採工作面頂板為k2灰岩，呈深灰色，質較純，該層硬度大，塊狀結構，強度較高。礦壓顯現十分明顯，因此為了安全開採，需對頂板進行弱化處理。聘請北京天地科技股份****開採設計事業部對15101綜採工作面進行了定向水力壓裂初始設計。
一、設計原則與設計依據
1）設計原則：定向水力壓裂技術可有效控制工作面堅硬頂板的垮落，最大程度削弱頂板的整體性，使得採空區頂板呈分層垮落。定向水力壓裂技術有效控制堅硬頂板的同時，避免給工作面的正常回採帶來影響，避免由於過度壓裂和軟化導致工作面頂板維護困難，避免由於水力壓裂給巷道支護帶來困難，避免其它可能的災害。
2）15101綜採工作面頂板為緻密堅硬的石灰岩，厚層穩定。
3）根據頂板岩層地應力場及岩層強度，由下式可計算裂縫起裂壓力pb：
pb=3σmin-σmax+σt
二、堅硬頂板定向水力壓裂設計
15101回風巷水力壓裂鑽孔布置
水力壓裂鑽孔布置如圖所示。鑽孔採用直徑為φ56mm的保徑加強鑽頭進行鑽進。
順槽壓裂鑽孔型別：根據鑽孔引數的不同，在回風順槽共布置3種型別的壓裂鑽孔，分別為：
1) 壓裂鑽孔-h，圖（b）所示，鑽孔長度為25m，傾角為45°；
2) 壓裂鑽孔-s，圖（c）所示，鑽孔長度為25m，傾角為45°；
3) 壓裂鑽孔-l，圖（d）所示，鑽孔長度鑽35m，傾角為30°。
鑽孔間距均為10m，可根據現場壓裂情況進行適當調整。
鑽孔施工順序：①先進行壓裂鑽孔-l的鑽進和壓裂作業，②在進行壓裂鑽孔-s的鑽進和壓裂工作，③最後進行壓裂鑽孔-h的鑽進和壓裂工作。
(a) 鑽孔布置俯檢視
(b) a-a剖面圖
(c) b-b剖面圖
(d) c-c剖面圖
圖 15101回風巷水力壓裂鑽孔布置
2）鑽孔開槽及封孔工藝
嚴把鑽孔質量關，鑽孔完成後要近似為一條直線，有利於封孔器的推入，定向水力壓裂採用倒退式壓裂法。
3）鑽孔注水壓裂
封孔器的安裝：連線安裝封孔器，然後接靜壓水對封孔器進行排氣、試壓，保證運作正常，通過高壓膠管將連線好的手動幫浦和儲能器與封孔器連線，連線處「o」型密封圈密封，連線採用快速連線方式。
高壓水幫浦的除錯：根據jc3090型水幫浦電機功率為90kw，配備相應的防爆開關，給水幫浦接電；水幫浦進水口接靜壓水，出水口接壓力為80mpa的高壓膠管，高壓膠管的另一端連線注水鋼管，其中：高壓膠管與水幫浦出水口的連線為a型扣壓連線方式，與注水鋼管的連線為快速連線方式，連線處「o」圈密封；檢查各個連線處，連線無誤後給高壓水幫浦先通水再通電，調整正反轉，觀測水幫浦是否正常運作。
具體的施工工藝：
● 安裝、連線、除錯工作結束後，連線注水鋼管將封孔器推送至預定位置（預裂縫處），封孔、注水壓裂採用倒退式壓裂法，即從鑽孔底部開槽處向外依次進行壓裂；
● 手動幫浦加壓封孔器，待壓力達到10mpa後停止加壓，觀察鑽孔並監測壓力表，檢驗封孔器能否保壓，若鑽孔中有水流出或壓力下降明顯，說明封孔失效，檢查封孔器各個連線處及封孔器本身，找出並解決問題，確保封孔器正常工作；
● 距離壓裂孔50m處拉警戒，試驗期間除作業人員外禁止人員通行，操作人員以及作業裝置距離壓裂孔的距離應在20m以上，且位於支護條件良好的地方；
● 給高壓水幫浦先通水再通電，然後慢慢加壓，同時記錄水幫浦壓力表以及手動幫浦壓力表資料，繼續加壓直至預裂縫開裂，這時壓力會突然下降，保壓注水使裂紋繼續擴充套件，保壓注水壓裂時間根據現場壓裂情況確定，前三處壓裂時間一般不少於30min，後幾處壓裂時間一般不少於20min，沿與裂紋方向形成橫向裂紋。若巷道頂板，煤幫或鑽孔中有水滲出或冒出時，立即停止壓裂；
● 壓裂結束後，高壓水幫浦先斷電再停水，封孔器洩壓，然後退出鑽孔，利用窺視儀觀察壓裂效果。
3.1、 施工工藝和技術要求
3.2、 施工機具
主要施工機具見下表：
主要施工機具
1）施工工藝
鑽孔鑽進使用zyw—1200型鑽機，第乙個鑽孔施工完畢後，利用鑽孔窺視儀觀測鑽孔，根據鑽孔情況確定開槽位置。第二個鑽孔施工至需開槽位置後，換上kz54開槽鑽頭，在孔底進行開槽。開槽過程中通過觀察鑽孔流出的水來判斷開槽程序，完成開槽後撤出開槽鑽頭，換普通鑽頭繼續鑽進，如此迴圈，直至鑽孔結束。
安裝封孔器，然後接靜壓水對封孔器進行排氣、試壓，保證運作正常，用高壓膠管連線手動幫浦、儲能器和封孔器，連線採用快速連線方式。
壓裂使用jc3090型高壓水幫浦，具體引數：
jc3090型高壓水幫浦引數
根據水幫浦電機功率為90kw，給高壓水幫浦接電；水幫浦進水口接靜壓水，出水口接壓力為80mpa的高壓膠管，高壓膠管的另一端連線注水鋼管，其中：高壓膠管與水幫浦出水口的連線為a型扣壓連線方式，與注水鋼管的連線為快速連線方式，連線處「o」圈密封；檢查各個連線處，連線無誤後給高壓水幫浦先通水再通電，調整正反轉，觀測水幫浦是否正常運作。
安裝、連線、除錯工作結束後，連線注水鋼管將封孔器推送至預定位置（預裂縫處）手動幫浦加壓封孔器，待壓力達到10mpa後停止加壓，觀察鑽孔並監測壓力表，檢驗封孔器能否保壓，若鑽孔中有水流出或壓力下降明顯，說明封孔失效，檢查封孔器各個連線處及封孔器本身，找出並解決問題，確保封孔器正常工作距離壓裂孔50m處拉警戒，試驗期間除作業人員外禁止人員通行，操作人員以及作業裝置距離壓裂孔的距離應在20m以上，且位於支護條件良好的地方給高壓水幫浦先通水再通電，然後慢慢加壓，同時記錄水幫浦壓力表以及手動幫浦壓力表資料，繼續加壓直至預裂縫開裂，這時壓力會突然下降，保壓注水使裂紋繼續擴充套件，同時也會軟化頂板。觀察到四個監測孔幾乎同時冒出大量的水，停止加壓，壓裂結束。高壓水幫浦先斷電再停水，封孔器洩壓，然後退出鑽孔，利用窺視儀觀察壓裂效果。
2）技術要求
定向水力壓裂技術要求完成鑽孔的軸線近似為一條直線，要求在鑽進過程中盡量降低鑽進速度，減小鑽機進給力，保證鑽孔的直線性；
壓裂結束後，首先通過注水管進行鑽孔放水，鑽孔放水時間為壓裂時間的1.5-2倍，待放水徹底後方可為封孔器卸壓，嚴禁在放水徹底前進行封孔器卸壓；
開槽後用靜壓水沖洗鑽孔；
封孔器分隔段必須為鑽孔預開槽段及岩層完這段；
◆ 高壓水幫浦需除錯正反轉，運轉時總是先通水後通電，停止運轉時總是先斷電後停水；高壓幫浦首次運轉30小時後需更換潤滑油，以後每工作約200小時換油一次；使用前檢查水幫浦各部位上的螺栓、螺母，確保擰緊；
◆ 定向水力壓裂採用倒退式壓裂法，即從鑽孔底部向孔口逐次壓裂；
◆ 壓裂過程中，保證一定的注水時間，確保壓裂、軟化充分，同時安排專人檢查壓裂孔周圍頂板，當有大量水從頂板中流出時，停止壓裂。
四、各職能部室的分工：
1）安全部安排井下安監工負責作業地點的安全檢查督促工作。
2）機電部負責在鑽場附近20公尺範圍內接通電源。
3）通風部負責作業地點的通風工作，保證作業場所風量達到要求，並指定瓦斯檢查員進行巡邏檢查。
五、主要危險源識別表
六、鑽探施工安全技術措施
所有參加作業人員必須認真學習本措施，並考試合格後方可上崗作業。
1、鑽機運輸、安裝
1）運送鑽機和裝置時，必須嚴格執行《煤礦安全規程》、《運輸操作規程》的要求，裝置要用8#鐵絲四根並股四角**牢固。
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