潘一煤礦
21111(1)順槽底抽巷水力壓裂方案
2023年3月
目錄1 前言 1
2 水力壓裂增透工藝試驗 3
2.1 壓裂地點概況及壓裂鑽孔布置 3
2.2 井下水力壓裂增透措施 5
2.3 壓裂孔封孔工藝 6
2.4 壓裂試驗資料監測 7
3 水力壓裂效果考察 9
3.1 壓裂有效半徑範圍考察 9
3.2 實驗室煤樣基本引數測定 9
3.3 煤層瓦斯含量計算 10
3.4 煤層透氣性係數測定 11
3.5 抽採半徑考察 12
水力壓裂是以水作為動力，使煤體裂隙暢通的一種措施。水力壓裂增透技術就是通過鑽孔向煤層壓入高壓水，當水壓入的速度遠超過煤層的自然吸水能力時，由於流動阻力增加，進入煤層的液體壓力逐漸上公升，當超過煤層上方的巖壓時，煤層內原來的閉合裂隙就會被壓開形成新的流通網路，煤層滲透性就會增加。當壓入的液體被排出時，壓開的裂隙就為煤層瓦斯的流動創造了良好的條件。
對煤層進行水力壓裂後，改變了煤的物理力學性質、滲透性質以及煤層的應力狀態，相應地改變突出的激發和發生條件，從而可使採掘作業時防止或減少突出的危險。水力壓裂可使煤中裂隙和孔隙的容積以及煤的結構發生變化，甚至造成煤的破裂和鬆動，起到水力疏鬆煤體的作用，使煤層近工作面部分卸壓和排放瓦斯。煤體的濕潤，可引起發生突出的條件和突出煤層的性質發生以系列的變化。
研究和試驗考察表明，煤體注水濕潤可使煤的力學性質發生明顯變化，煤的彈性和強度減小、塑性增大，從而使巷道前方的應力分布發生根本變化，即高應力區向煤體深部轉移，應力集中係數減小。煤體濕潤後，透氣性成百和上千倍低降低，水對瓦斯起到明顯的阻礙效應，煤中瓦斯湧出量和速度都大幅度地下降。上述的各種變化表明，注水濕潤煤體可以消除或降低煤層和近工作面處的突出危險。
總體來說，水力壓裂從以下三方面降低煤層的突出危險性：
（1）對煤層的物理力學性質改變作用：具有壓裂作用，通過水力壓裂可以使裂隙不斷貫通、擴大，擴大潤濕半徑，並產生「膨脹－收縮－膨脹」的反覆作用，最大範圍地改變煤層的物理力學性質；
（2）對瓦斯的驅替作用：通過水力壓裂最大限度的使水滲入到不同孔徑的裂隙、孔隙中，最大限度地增加煤體的潤濕性，會將不同孔內的瓦斯氣體驅替出來；
（3）改變地應力的分布規律：水力壓裂可以使得工作面前方應力通過水壓的傳遞作用變得更加均勻，從而降低由於應力不均勻分布造成的煤層突出的危險性。
含瓦斯煤體實施水力壓裂後，抽採鑽孔短時間內瓦斯濃度與抽採量均大幅增加，加快了抽採速度，降低了煤層瓦斯含量，是提高瓦斯抽採效率的有效技術手段之一。
潘一礦21111(1)順槽區域瓦斯壓力大，含量高，鑽孔工程量大，掘進速度緩慢，制約了礦井的生產接替，因此需尋求一種增透強化抽採工藝技術，提高礦井的生產效率。為提高煤巷條帶穿層消突鑽孔的預抽效果，增加煤層透氣性，選擇對21111(1)順槽底抽巷採取水力壓裂增透技術。
方案編制及設計的主要依據如下：
(1) 《煤礦安全規程》，****生產監督管理局\國家煤礦安全監察局，2023年；
(2)《防治煤與瓦斯突出規定》，****生產監督管理總局，2023年；
(3)《煤礦瓦斯抽放規範》，****生產監督管理總局，aq1027-2006，2023年；
(4) 《煤礦瓦斯抽採指標暫行規定》，****生產監督管理總局、國家發展和改革委員會、國家能源局、國家煤礦安全監察局，2023年；
(5) 《煤礦井下煤層瓦斯壓力的直接測定方法》（2007版）, aq/t1047-2007；
(6) 《煤層瓦斯含量井下直接測定方法》(2009版)，gb/t 23250-2009
(7) 潘一礦提供的相關資料。
潘一煤礦21111（1）順槽底抽巷穿層鑽孔抽採濃度較低，為提高揭煤消突鑽孔的預抽效果，達到快速消突的目的，選擇對該處揭煤採取水力壓裂增透技術。為保證水力壓裂工作安全有序進行，特編制本安全技術措施方案。
潘一礦21111（1）順槽底抽巷（-790m東翼膠帶機大巷）為二水平運煤大巷，兼做21111（1）順槽掩護巷。巷道斷面形狀為直牆半圓拱，巷道淨寬×淨高為：5500mm×4350mm。
該巷道內共安排3臺鑽機正常施工。
該區域直接頂為11-3煤砂質泥岩，厚度0～5.3/3.32，m，砂質泥岩：
灰色，砂泥質結構，砂質含量不均，上部偶見植化碎片。11-3煤：黑色，碎塊至粉末狀，瀝青光澤，暗煤。
直接底為泥岩11-1煤，0～9.08/4.52m，泥岩：
灰色、區域性深灰色，泥質結構，層內含較多植化碎片，薄層狀，岩性較脆，易碎，岩芯區域性完整，區域性發育碳質泥岩。11-1煤：粉末狀為主。
老底細砂岩2.84～31.7/14.
34m，細砂岩：淺灰色，塊狀，細粒，石英長石為主，矽鈣質膠結，分選差，頂部與泥岩互為薄層狀，水平層理，抗壓強度為37.5mpa。
該區域綜合柱狀圖見圖2.1。
根據淮南礦區前期的壓裂工程實踐及潘一礦該區域煤巖地質條件，本次壓裂試驗壓裂半徑按40m進行設計，設計3個壓裂鑽孔，分別為壓1#孔和壓2#孔。鑽孔施工至煤層距煤層頂板0.5m處，不穿透煤層。
鑽孔布置引數見表2-1，鑽孔布置圖見圖2-2.
表 2-1 壓裂鑽孔設計引數
圖2-1 揭煤區域區域性煤系地層綜合柱狀圖
（a）剖面圖
（b）平面圖
圖2-2 壓裂孔設計圖
鑽孔的開孔位置應選擇在煤壁或岩石完整的位置；鑽孔施工引數應嚴格按照設計執行，保證鑽孔平直、孔形完整。鑽孔進入煤層時必須幹式作業，嚴禁用水打，並在巷道或鑽孔口採取噴霧降塵措施。在鑽孔施工中，應準確記錄鑽孔引數、鑽孔見各煤層時的長度，鑽孔在煤層中的長度，以及鑽孔開孔時間、見煤時間及結束時間及其它情況（包括噴孔煤量、瓦斯湧出量等）。
並按表2-2所示格式詳細記錄。
表2-2 鑽孔施工記錄表
礦井名稱煤層名稱煤層厚度
封孔時間 1 2 3
壓裂引數設計涉及到壓裂裝置選型、壓裂施工引數及壓裂效果。其主要涉及幫浦注壓力及注入液量的設計。
（1）幫浦注壓力的確定
在壓裂中壓裂幫浦的幫浦注壓力pw可表示為
pw=pk - ph +pr+pf
因此壓裂幫浦的額定壓力應大於幫浦注壓力pw，其功率至少為幫浦注壓力與流量的乘積。
經初步計算，煤層起裂壓力在20-25mpa之間，幫浦注壓力在30mpa左右。
（2）壓裂用液量的設計
前置階段
對已一定煤層，為了增強壓裂效果，可設計新增適當比例表面活性劑、阻燃劑，隨同壓裂液壓入壓裂孔。本次試驗不要求新增活性劑與阻燃劑。前置液用量按下列式計算：
頂替階段
當前置液用量達到設計數量時，開始計頂替液。應準確計算頂替時間及液量，不得減少或增加頂替液量。頂替液用量計算公式如下：
經初步計算，該次壓力煤層注水量在150m3左右。
1、封孔管加工
壓裂鑽孔需送入φ25mm內徑的壓裂管，壓裂管每根長1m，採用特製接頭連線，壓裂煤層底板以上至終孔位置採用篩管。
壓裂鑽孔孔口段10m送入φ25mm內徑的超高壓無縫綱管，每根無縫鋼管長2m，採用絲扣連線；孔外的一根無縫鋼管尾端焊接φ25mm高壓直通快速接頭，確保能正常與兩根φ19mm內徑高壓纏繞鋼編管連線。由於送入孔內鋼管重量重，為確保鋼管不從孔內向下滑，還需在最後一根鋼管孔外段加工支撐塊。
2、壓裂孔的封孔工藝
壓裂鑽孔全孔段直徑為φ94mm，確保6分注漿管能正常送入孔內。本次水力壓裂鑽孔封孔工藝採用多次封孔。在進行多次封孔前，首先按照設計鑽孔引數施工鑽孔至煤層底板，然後使用水泥進行注漿。
待注漿凝固後進行再按照壓裂孔設計引數施工壓裂孔至煤層頂板，不穿透煤層，鑽孔施工完成後進行壓裂孔封孔。壓裂孔封孔示意圖如圖2-3所示。
圖2-3 壓裂孔封孔示意圖
壓裂孔孔內壓裂管管內徑為φ25mm的無縫鋼管，用專用接頭進行連線；壓裂煤層底板以上至終孔位置為篩管，篩管外用紗布包裹；孔口10m段壓裂管內徑為φ25mm加厚無縫鋼管，抗壓能力不小於50mp。壓裂管採用鑽機送入，直接送入壓裂鑽孔孔底，管口與截止閥連線，截止閥與注漿幫浦注漿管連線；注漿時開啟截止閥，注漿結束後及時關閉截止閥。壓裂鑽孔孔口採用馬麗散加棉紗封堵，長度不低於2m，同時在孔口打入木塞。
封孔採用多次帶壓注漿，水泥漿按照水灰比0.7:1，白水泥與425#水泥比1:
3配備，注漿壓力不得小於4mpa。首先通過注漿管向孔內進行注漿，水泥漿從返漿管流出後關閉注漿管孔口閥門。待水泥漿凝固一段時間後，壓裂孔孔內的水泥漿會有一定的下沉，此時通過返漿管再次向孔內進行注漿，直至壓裂管返漿，反覆進行2~3次，然後關閉返漿管截止閥。
壓裂孔注漿至進入11-2煤層0.5m位置處。
為更好的取得壓裂效果，壓裂實施過程中，須時時監測注水壓力與流量。由於試驗中採用遠距離操作，由於高程落差，管路摩阻等因素的存在，在壓裂幫浦處監測到的壓力僅為幫浦注壓力，與壓裂孔內的壓力相差甚遠，為精確計算並實施監測孔內壓力變化，試驗中設計在壓裂孔孔口安裝壓力感測器，實現孔內壓力變化的遠距離精確監測。流量及累計注入量可在幫浦注系統管路中安裝流量計，實現時時監控。
在壓裂孔及其周邊10m範圍內安設瓦斯濃度感測器，監測壓裂鑽場內的瓦斯濃度變化。記錄資料格式見下表：
表2-3 壓力感測器資料記錄表
表2-4 流量感測器資料記錄表
表2-5 瓦斯濃度記錄表
水力壓裂實施方案
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...
潘莊學校管理提公升工程實施方案
四 學生管理。堅持管理育人，嚴格落實 中小學生守則 和 日常行為規範 培養學生良好的行為習慣和優秀的思想品質。堅持全員育人，有計畫地組織學生參加班 團 隊活動和社會實踐活動，培養學生的社會實踐能力。建立完善學生評價體系，將學科成績評價與綜合素質評價 過程性評價與終結性評價有機結合，促進學生全面發展。...
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為在潘集學區形成教書育人 管理育人 服務育人的良好氛圍，切實做到以領導作風帶教風，以教風促學風，以良好的作風 教風 學風興校風，加快學校內涵發展的步伐，全面提高教育教學質量，制定潘集學區 四風 建設活動實施方案。一 指導思想 通過開展 四風 建設活動，努力營造勤勉清廉的作風 紮實高效的教風 勤奮創新...