水力壓裂實施方案

2021-10-29 08:33:27 字數 3133 閱讀 2181

由於南桐礦業公司魚田堡煤礦煤層透氣性差,造成採用單一的穿層鑽孔、水力割縫等工藝後預抽效果不理想,工程量大。同時部分區域受地質構造影響,以中風壓為主的區域防突措施難以實施到位,造成較大的空白帶。因此,魚田堡煤礦將在3504w4段工作面頂板的矽質灰岩抽放巷道即34區-350m西抽推廣應用「高壓水力壓裂技術」。

以期望在保護層突出煤層中全面達到「增透、卸壓、消突」的作用,從而真正實現快速達標、經濟防突的目的。

魚田堡煤礦隸屬於重慶市能源投資集團南桐礦業公司。該礦地處重慶市萬盛經濟技術開發區。礦井位於重慶市南東面,方位152°,距萬東鎮4.0km,距重慶市主城區130 km。

礦井於2023年建礦,2023年正式投產,設計能力60萬噸/年,2023年核定生產能力39萬噸/年,現實際生產能力約33萬噸/年。礦井開採古生代二疊紀樂平統煤系煤層,煤系厚80~100m,含煤6層,從新到老分別為1~6號煤層。井田內1~3號煤層不可採;4號、6號煤層穩定可採, 5號煤層區域性可採,其中 4號煤層為主採層。

1.2.1礦井開拓、開採

礦井採用立井+暗斜井的綜合開拓方式,在井田中部布置主、副立井到二水平(+331m~-100m標高);三水平(-100m~-350m標高)在井田中部布置4個暗斜井;目前,礦井採掘活動主要集中在三水平四區,採掘活動相對比較集中。為了緩解這一不利局面以及礦井的長遠發展,礦井開展了四水平延深工程。目前,四水平各採區以剃頭下座的方式已分別延深至-400m、-431m、-465m以及-600m標高。

1.2.2礦井通風

礦井通風方式為用兩翼對角抽出式,在井田兩翼及採區布置了專用回風道。

1.2.3礦井供水系統

礦井供水供水方式主要為採用4寸無縫鋼管從+150m水平利用自壓方式向-100m水平及主要用水地點供水,在-100m建有專門的防塵水池向-350m水平各用水點供水,水源充足。

1.2.4礦井供電系統

礦井井下根據生產需求,在-100公尺水平和-350公尺水平各設有乙個**變電所,水平各採區變電所設於採區石門附近,與**變電所聯絡,為各採區運輸裝置、掘進裝岩機和一通三防裝置設施等供電。

1.2.5礦井排水系統

礦井排水方式為分水平集中排水,現礦井年平均湧水量750t/h,總排水能力2170t/h。

1.2.6礦井抽採系統

礦井建立了地面永久抽採站以及井下移動瓦斯抽放站,對瓦斯**採取分源抽放,即地面永久抽放站抽放卸壓瓦斯,井下移動瓦斯抽放站抽放預抽瓦斯。同時各主要抽採地點及管路可隨時實現併網抽放。

1.2.7礦井監控監控系統

礦井安全監控系統經2023年國債、2023年國債兩次改造、完善,2023年監測系統進行公升級(kj101型公升級為kj1o1n型),經國債安裝和逐步完善後kj101n系統能基本滿足目前安全需要。

1.2.8礦井通訊系統

礦井通訊系統目前約有200門**,地面主機型號為mtd-958,主機通過交接箱分接至地面和井下。

1.3.1地層及構造

礦區的地層除了缺失泥盆系、石炭系外,其餘新老地層均有出露,出露地層由老至新分別為志留系韓家店組;二疊系下統梁山組、棲霞組、茅口組,上統龍潭組和長興組;三疊系下統玉龍山組、飛仙關組、嘉陵江組,中統雷口坡組,上統須家河組;侏羅系下統白流井群。

礦井西翼與南桐煤礦井田接壤,東翼與東林煤礦井田接壤,魚田堡煤礦成東西走向,處於八面山向斜軸部,軸部煤層走向東西,傾角緩,八面山向斜東翼向鴉雀巖扭折帶過度,西翼扭折岩層走向ne30°—40°,傾角較陡約40°,向魚塘角扭折帶過度。受其影響,井田範圍內出現隱伏小斷層三條,分別是f1、f2、f3斷層。

1.3.2水文地質

魚田堡煤礦水文地質條件西面簡單、東面比較複雜,受大氣降雨影響明顯,年降雨量1000~1400mm,平均1200mm,對礦井開採有一定的影響,礦井主要含水層為頂部的長興灰岩、下部的茅口灰岩。

1.3.3煤層及頂底板

本次擬定壓裂煤層為5#煤層,也是目前礦井作為保護層開採的煤層。該煤層位於煤系中下部,屬區域性可採煤層,煤厚2~0.51m,平均0.

7m,堅固係數0.2—0.46。

煤層結構複雜,自上而下分為3個自然分層,其中二分層多為構造煤,光澤暗淡,在二分層在三分層之間多數範圍含有夾矸一層,厚約0.05—0.2m,其餘兩個自然分層屬於原生結構煤。

直接頂為2.49m的鈣質頁岩,老頂10.39m的矽質灰岩,底板為7.

61m的鋁土頁岩,煤層破壞型別—類。

1.3.4瓦斯

魚田堡煤礦屬於煤與瓦斯突出礦井。可採煤層均為突出煤層,4號煤層為強突出煤層,共發生突出221次,最大突出強度8765噸,最大瓦斯湧出量350萬m3。5號煤層在可採區內為相對較弱突出層,共發生突出194次,其中打鑽突出2次,最大突出強度343噸,最大瓦斯湧出量2.

18萬m3,在壓裂實施抽放巷道鄰近的34區-350m東抽實測瓦斯壓力為3.6mpa。6號煤層為中等突出層,共發生突出321次,其中延期突出18次,打鑽突出7次,最大突出強度895噸,最大瓦斯湧出量7.

8萬m3。各煤層瓦斯引數詳見表1.

表1 礦井煤層瓦斯參數列

1.3.5地溫、地壓

本區地溫梯度為1.45℃~1.91℃/100m,平均1.

71°c/100公尺;地溫增溫將52.36~98.31m/°c,平均65.

29m/°c。結論是本區屬地溫正常區,無異常區出現。-350m水平巖溫為32.

85℃,-600m水平巖溫為36.68℃。礦井未出現衝擊地壓區。

1.4.1巷道布置

此次壓裂的煤層為作為礦井保護層開採的5#煤層,該煤層頂底板岩性產狀、分類、頂底板岩性等詳見圖1、2。

圖1 壓裂區域5#煤層結構圖

圖2 壓裂區域5#煤層綜合柱狀圖

根據礦井實際條件,壓裂地點選在34區-350m西抽放巷道距-350mw4石門518.5m至662.4m範圍內,該抽放巷道布置在5號煤層頂板的矽質灰岩中,位於-350m水平西四石門以西,巷道淨寬3.

6m、淨高2.5m,採用錨桿支護,詳見圖3。

圖3 巷道斷面布置圖

34區-350m西抽放巷道對應工作面為3504w4段,該工作面區域5#煤層埋深約為660m。該工作面位於井田三水平四區,上接3504w3段工作面(回採中),下接4504w1段工作面(未開採),東鄰3504e4段工作面(3504e4段機巷工作面擬進場作業),西面為礦井井田邊界。目前,該抽放巷道大部分區域已施工機巷條帶預抽鑽孔及「31.

5mpa」幫浦壓系統的水力壓裂試驗鑽孔,本次水力壓裂區域選定為未施工任何鑽孔且能滿足高壓水力壓裂要求的剩餘段抽放巷道內,詳見圖4:壓裂區域巷道及採掘關係示意圖。

圖4 壓裂區域巷道布置及採掘關係圖

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