瓦斯治理攻坚年经验交流材料-课件.ppt

1、2022-6-6保障安全关爱生命1瓦斯抽采水力压裂瓦斯抽采水力压裂增透技术应用情况增透技术应用情况单位：六枝工矿（集团）公司单位：六枝工矿（集团）公司化处煤炭分公司化处煤炭分公司 瓦斯治理攻坚年交流材料瓦斯治理攻坚年交流材料时间：时间：2012015 5年年4 4月月2020日日2022-6-6保障安全关爱生命2引言引言 根据省煤监局安排，现根据省煤监局安排，现就瓦斯抽采水力压裂增透技就瓦斯抽采水力压裂增透技术在六枝工矿（集团）化处术在六枝工矿（集团）化处煤炭分公司的应用情况进行煤炭分公司的应用情况进行介绍，不妥之处敬请评判指介绍，不妥之处敬请评判指正。正。2022-6-6保障安全关爱生命3主

2、要内容主要内容 一、矿井概况一、矿井概况二、煤层瓦斯情况二、煤层瓦斯情况三、煤层压裂实施背景三、煤层压裂实施背景四、水力压裂增透情况四、水力压裂增透情况2022-6-6保障安全关爱生命4矿井概况矿井概况一、矿井概况一、矿井概况化处煤炭分公司为六枝工矿（集团）有限责任公司下属公司，（以下简称化处煤矿）位于六枝特区大煤山背斜西翼，行政区域隶属于贵州省六枝特区大用镇和落别乡，矿区总面积11.1698km2，1970年12月开始建设，并于1974年12月建成后简易投产。主采煤层为7号煤层。设计生产能力30万t/a，核定生产能力36万t/a。2022-6-6保障安全关爱生命5煤层瓦斯情况煤层瓦斯情况 二

3、、煤层瓦斯情况二、煤层瓦斯情况 主采煤层为7号煤层，为贫煤，煤层厚度由0.339.80m，一般34m，平均倾角22度，瓦斯放散初速度P16、透气性系数0.32620.7601m2/MPa2.d、吸咐常数a=30.6102、b=1.1164、钻孔瓦斯流量衰减系数 0.05620.8167d-1、坚固性系数f 0.11。采区瓦斯压力对超过了1.3MPa，瓦斯含量在15 m3/t以上，7号煤层煤尘有爆炸危险，煤层易自燃，自燃倾向等级为二类自燃，最短发火期为一个月。2022-6-6保障安全关爱生命6煤层压裂实施背景煤层压裂实施背景 三、煤层压裂实施背景三、煤层压裂实施背景 化处煤矿主采7号层属单一煤层

4、开采，不具备保护层开采条件，为解决煤层透气性差、瓦斯抽采工艺有待提高、现有瓦斯抽采技术预抽困难，煤层松软，抽采钻孔经常出现塌孔、卡钻、喷孔现象，钻孔流量不稳定、衰减很快，流量只能稳定在一月内，有的甚至更短，难以保证抽采效果，瓦斯治理投入大等问题，我矿于2010年底分别在2372机巷、机巷碛头和1470底板抽放巷实施了本煤层及底板穿层水力压裂增透技术。2022-6-6保障安全关爱生命7水力压裂增透情况水力压裂增透情况 （一）压裂钻孔的布置和压裂情况（一）压裂钻孔的布置和压裂情况 1. 2372机巷本煤层压裂时，施工本煤层上行钻孔，压裂孔间距25m和30.6m，3个压裂孔控制压裂区域110米左右，

5、整个区域内共布置近40个常规抽采孔，压裂区域施工的抽采孔孔间距有以前的2米提高到3米。2022-6-6保障安全关爱生命8水力压裂增透情况水力压裂增透情况 图图1 水力压裂钻孔布置图水力压裂钻孔布置图2022-6-6保障安全关爱生命9水力压裂增透情况水力压裂增透情况图图2 水力压裂钻孔布置图水力压裂钻孔布置图2022-6-6保障安全关爱生命10水力压裂增透情况水力压裂增透情况表表1 本煤层压裂孔情况表本煤层压裂孔情况表类型孔深/m孔径/mm封孔深度/m方位角/倾角/本煤层1#5589306723本煤层2#6089306723本煤层3#55893067232022-6-6保障安全关爱生命11水力压

6、裂增透情况水力压裂增透情况 2. 在施工完1、2、3#压裂孔后，在迎头施工了4、5掘进压裂孔，见表2、图3，化学方式封孔，封孔深度在30m。表表2 压裂孔施工参数表压裂孔施工参数表类型孔深/m孔径/mm 封孔深度/m与巷道掘进方向/倾角/迎头4#618930-11-5迎头5#60.58930602022-6-6保障安全关爱生命12水力压裂增透情况水力压裂增透情况 迎头钻场2372机巷2372机巷4#5#图图3 3 迎头压裂孔布置示意图迎头压裂孔布置示意图2022-6-6保障安全关爱生命13水力压裂增透情况水力压裂增透情况表表3 3 压裂孔施工参数压裂孔施工参数压裂孔封孔长度/m 时间/min压

7、力/MPa压裂液用量/m31#30148.47.22#30218.793#3015012.6724#25245.55.55#308212.135.92022-6-6保障安全关爱生命14水力压裂增透情况水力压裂增透情况3. 在1470中巷19、20、21#钻场中施工1个压裂孔、1个卸压孔，并在钻场间巷道中部施工高角度孔各1个，共计5个压裂孔，各孔的详细情况如下。2022-6-6保障安全关爱生命15水力压裂增透情况水力压裂增透情况2 8 9 6 9 0 01 4 7 0 回 风 巷1 4 7 0 机 巷1 81 92 02 12 21 4 7 0 中 巷卸 压 孔中 1 #中 2 #中 3 #中

8、4 #中 5 #卸 压 孔卸 压 孔16m54m8m8m45m16m36m16m图图4 14704 1470中巷压裂孔布置平面示意图中巷压裂孔布置平面示意图2022-6-6保障安全关爱生命16图图5 19#5 19#钻场钻孔布置剖面示意图钻场钻孔布置剖面示意图水力压裂增透情况水力压裂增透情况7号煤层1470中巷1470机巷19#钻场7中1#卸压孔20m54.4m492022-6-6保障安全关爱生命17水力压裂增透情况水力压裂增透情况7号煤层1470中巷1470机巷20#钻场中2#（中4#）7123m封孔段压裂段孔口装置钻场图图6 6 高位压裂孔布置剖面示意图高位压裂孔布置剖面示意图图图7 7

9、封孔示意图封孔示意图2022-6-6保障安全关爱生命18水力压裂增透情况水力压裂增透情况钻 孔 参 数方 位(。)倾 角(。)孔 深（m）平 距(m )机 长钻 孔 特 征孔 号261754.554.1曹 光 学灰 岩2砂 岩14煤2砂 岩32煤4灰 岩0.5261492415.7曹 光 学砂 岩8煤1砂 岩8.2煤2灰 岩0.5261745.545.2曹 光 学砂 岩17煤1砂 岩24煤3灰 岩0.52614923.515.4曹 光 学砂 岩7煤0.5砂 岩14煤1.5灰 岩0.5261736.536.2吴 明 刚砂 岩15煤1.5砂 岩17.5煤2灰 岩0.5817123.47.6吴 明

10、刚灰 岩4砂 岩3.5煤0.5砂 岩14煤1.48171258.1吴 明 刚砂 岩9煤0.5砂 岩13.8煤1.2灰 岩0.5中 1#卸 压孔卸 压孔中 3#中 5#中 2#中 4#表表4 4 各孔参数表各孔参数表2022-6-6保障安全关爱生命19水力压裂增透情况水力压裂增透情况压裂孔孔深/m封孔长度/m时间/min压力/MPa压裂液用量/m3中1#54.5381441842.1中2#23.4222115.99.1中3#45.528.29816.341中4#25235212.917.1中5#36.527.87338.230.4表表5 5 压裂孔施工参数压裂孔施工参数2022-6-6保障安全关

11、爱生命20水力压裂增透情况水力压裂增透情况图图8 8 压裂孔附近瓦斯浓度曲线压裂孔附近瓦斯浓度曲线2022-6-6保障安全关爱生命21水力压裂增透情况水力压裂增透情况 （二）压裂效果考察（二）压裂效果考察 主要从常规瓦斯抽采浓度、瓦斯抽采量、区域瓦斯预抽率、有效抽采时间、残余瓦斯压力、残余瓦斯含量、防突指标效检、防突措施工程量、裂隙沟通情况等方面进行了考察。 1. 1. 瓦斯抽采分析瓦斯抽采分析 （1） 本煤层1、2、3#压裂孔压裂完成后在1月18日开始联网抽采，抽采孔半径由以前的2m调整为3m，其中2、3#压裂孔间施工9个抽采孔，1、2#压裂孔间施工8个，1、3#压裂孔外各施工5个。自抽采以

12、来，压裂孔、压裂区域的抽采孔浓度、瓦斯抽采总量一直保持良好的态势。2022-6-6保障安全关爱生命22水力压裂增透情况水力压裂增透情况图图9 1#9 1#压裂孔抽采曲线压裂孔抽采曲线2022-6-6保障安全关爱生命23水力压裂增透情况水力压裂增透情况图图10 2#10 2#压裂孔抽采曲线压裂孔抽采曲线2022-6-6保障安全关爱生命24水力压裂增透情况水力压裂增透情况图图11 3#11 3#压裂孔抽采曲线压裂孔抽采曲线2022-6-6保障安全关爱生命25水力压裂增透情况水力压裂增透情况图图1212 封孔封孔25m25m的抽采孔抽采曲线的抽采孔抽采曲线2022-6-6保障安全关爱生命26水力压裂

13、增透情况水力压裂增透情况图图13 213 2、3#3#压裂孔间的压裂孔间的2#2#抽采孔浓度曲线抽采孔浓度曲线2022-6-6保障安全关爱生命27水力压裂增透情况水力压裂增透情况图图14 14 压裂段支管抽采浓度曲线压裂段支管抽采浓度曲线2022-6-6保障安全关爱生命28水力压裂增透情况水力压裂增透情况图图15 15 压裂段支管日抽采瓦斯纯量曲线压裂段支管日抽采瓦斯纯量曲线2022-6-6保障安全关爱生命29 自开始抽采以来，压裂孔瓦斯浓度为85%以上，抽采100天后未明显衰减，仍在70%以上。压裂范围内抽采孔，大部分抽采效果明显，抽采90天后，部分抽采孔浓度仍维持在30%以上。 2372机

14、巷压裂控制段内抽采总管为10寸管路，浓度一般在1535%，负压在1520KPa，压差一般为20Pa左右，依据皮托管计算公差，计算结果为压裂控制区域日抽采瓦斯纯量一般在5000方以上，抽采期延长到100天以上，压裂区域抽采总量80万方，区域预抽率达到50%，实现抽采达标，纯瓦斯流量达到3方/分钟，实现了稳定工业化气流。水力压裂增透情况水力压裂增透情况2022-6-6保障安全关爱生命30 煤层厚度6.5m，瓦斯含量20 m3/t（取1620中的上限），煤层密度1.4t/ m3，压裂控制区域为长110m，宽70m的矩形区域，则瓦斯储量为：1107061.420=1401400140万方。则区域瓦斯预

15、抽率为80140=57%。 压裂前后的比较压裂前后的比较 压裂前2372机巷外段施工的常规抽采孔间距在2m，又补充部分抽采孔，有些区段瓦斯抽采半径不足1m，抽采初期瓦斯浓度多在50%以上，抽采10天左右即呈现衰减趋势，30天左右就衰减到有效浓度30%以下，极少有抽采40天有效期的，压裂后各种抽采参数效果显著。水力压裂增透情况水力压裂增透情况2022-6-6保障安全关爱生命31水力压裂增透情况水力压裂增透情况未压裂区域压裂影响区域备注抽采半径/米234减少50%以上，防突钻孔措施工程量减少30%50%百米钻孔瓦斯抽采量m3/min.hm0.277抽采浓度/%20天内30%以上压裂孔100天内70

16、%，压裂区域内大量抽采孔100天内30%增幅显著（瓦斯浓度超过30%为有效抽采期）有效抽采期/天50100开抽，压裂孔目前抽采110天，压裂区域抽采孔100天预抽率/%30左右50实现抽采达标煤层瓦斯压力/兆帕1.3实现工作面预抽消突瓦斯含量/立方/吨167表表6 本煤层抽采情况表本煤层抽采情况表表表6 6 本煤层抽采情况表本煤层抽采情况表2022-6-6保障安全关爱生命32 压裂抽采后，瓦斯部测试了2372工作面压裂区域本煤层残余瓦斯压力小于0.74MPa，残余瓦斯含量小于4.3m3/t，表明压裂抽采区域消除了突出危险性。 （2）2372机巷掘进碛头压裂抽采在施工完4、5#压裂孔后，开始抽采

17、迎头瓦斯，抽采时间为8天，测试迎头支管抽采参数如下。水力压裂增透情况水力压裂增透情况2022-6-6保障安全关爱生命33日期负压/KPa压差/Pa浓度/%纯流量/m3/d2011.2.716.03.008.610002011.2.816.03.008.610002011.2.915.02.007.26842011.2.1014.02.008.07602011.2.1115.02.005.04752011.2.1215.02.005.04752011.2.1315.02.005.4513总计4907 m3水力压裂增透情况水力压裂增透情况表表7 23727 2372机巷掘进抽采参数机巷掘进抽采参数

18、2022-6-6保障安全关爱生命34 在压裂以前的掘进循环中，一般要抽采15天以上，本次压裂后抽采仅用了7天，抽采时间大幅度减少，为2372机巷掘进提供了宝贵的时间；抽采量与常规掘进抽采总量相当，且略有提高。 （3）1470中巷压裂抽采压裂后及时测试常规10#瓦斯抽采钻场，监测瓦斯浓度、抽采负压、管路压差，并计算钻场的瓦斯抽采总量，做为压裂区域的对比参考孔，在测试的21天内，共抽采瓦斯42141m3，日均抽采量2000 m3。水力压裂增透情况水力压裂增透情况2022-6-6保障安全关爱生命35 压裂后由于1470机巷钻机等其他原因19、20#压裂钻场直到一个月后才打钻联网抽采，压裂后停滞时间较

19、长，监测了瓦斯抽采参数， 19#钻场测试23天内，共抽采瓦斯73688 m3，日均抽采量3200 m3；20#钻场测试23天内，共抽采瓦斯57643 m3，日均抽采量2500 m3。水力压裂增透情况水力压裂增透情况图图17 17 压裂压裂19#19#钻场抽采参数情况钻场抽采参数情况2022-6-6保障安全关爱生命36 据施工过程中的实测数据，10#钻场煤层在2.2m左右，19、20#钻场处于1470中巷的薄煤带区域，煤厚为1m左右，对应控制区域瓦斯储量相差大，同时在压裂停滞30天没有抽采的不利因素影响下，由于压裂区域煤层透气性大幅提高，裂隙、孔隙网络发育，综合抽采效果提高了50%。水力压裂增透

20、情况水力压裂增透情况图图18 18 常规常规20#20#钻场抽采参数情况钻场抽采参数情况2022-6-6保障安全关爱生命37 2. 2. 掘进效检分析掘进效检分析在2372机巷掘进位置施工4#、5#压裂孔进行掘进工作面压裂，经抽采后进行了掘进。在压裂前，掘进工作面放炮后瓦斯浓度多在0.60.85%，有时会出现瓦斯超限等情况；压裂后掘进期间，炮后瓦斯浓度普遍降到0.30.4%，大幅降低了炮后瓦斯超限的可能性，为掘进提供了良好的工作环境。 3. 3. 防突措施工程量分析防突措施工程量分析（1）2372机巷情况2372机巷外段施工的常规抽采孔间距在2m，后期补充部分抽采孔，使得大部分区段瓦斯抽采半径

21、不足1m。压裂后在1、2、3#压裂区域瓦斯抽采孔调整为3m，并显现显著的抽采效果，在后期的压裂工程实践中，瓦斯抽采孔的间距应显著大于3m。水力压裂增透情况水力压裂增透情况2022-6-6保障安全关爱生命38（2）1470中巷情况在1470中巷的常规钻场多施工3050个以上，19、20、21#钻场为压裂试验区域，均施工18个抽采孔，防突钻孔措施工程量至少减少40%以上，经济效益显著。水力压裂增透情况水力压裂增透情况钻场抽采孔/个备注145 压裂前孔期间为，压裂孔孔底间距调整为，仍控制预掘进巷道两帮各。220335430530636191820182118表表8 14708 1470中巷防突钻孔施

22、工情况中巷防突钻孔施工情况2022-6-6保障安全关爱生命39 4. 4. 钻场卸压效果分析钻场卸压效果分析 1470中巷2#压裂孔压出细粒煤粉3吨多，4#压裂孔压出细粒煤粉6吨多。 4#压裂孔控制范围为倾向40m，走向20m（压裂孔间距），煤厚1.1m，经计算压裂孔控制区域内煤体卸压率计算为4.8，大于保护层开采3的卸压率要求，到达了区域消突的效果。 5. 5. 影响范围分析影响范围分析 从压裂现场压裂孔相互贯通、大量煤水混合物涌出来看，压裂直观效果显著，压裂范围在2372机巷为30m以上，1470中巷施工时，相距2#压裂孔60m间距以外的16#钻场大量煤水混合物涌出，压裂范围在3060m范

23、围内。 示踪剂测试1470中巷压裂裂隙、缝隙网络沟通情况时，各压裂孔、抽采孔相互连通，示踪剂均可以检测到，综合测试效果验证了压裂范围内增加了煤层透气性，裂隙范围增大的效果。水力压裂增透情况水力压裂增透情况2022-6-6保障安全关爱生命40 6. 6. 经济效益分析经济效益分析压裂材料主要包括封孔无缝钢管（30m/煤孔）、化学封孔药剂（150180KG/孔）、送液管等，双料注浆泵，中巷封孔可使用水泥砂浆封孔。 结合实际情况，煤孔综合成本，44元/米；岩孔综合成本75元/米；压裂孔综合成本以5000元计。 以长500m，宽75m的工作面区段为例，压裂半径30m，施工压裂孔孔间距50m。抽采孔半径

24、以4m计算，成孔平均55m。工作面共施工10个压裂孔，125个抽采孔。则节省煤孔125个，为1255544=302500元，节约成本25万元以上。水力压裂增透情况水力压裂增透情况2022-6-6保障安全关爱生命41 （三）压裂的结论与建议（三）压裂的结论与建议 经化处矿实施水力压裂试验证明，经过压裂的煤体，整体卸压、透气性大幅度提高，瓦斯得到释放，抽采瓦斯总量提高，抽采达标；残余瓦斯压力、瓦斯含量大幅度降低，突出危险性得到有效消除；掘进有效时间增加，掘进速度提高；中巷压裂瓦斯能量大量释放，从根本上消除了瓦斯动力现象的能量来源，同时该技术具有较强可操作性和实用性，综合来看，项目完成了预定的技术要

25、求，创新性使用了示踪剂测试裂隙范围、抽采范围。 经过深入研究和多次压裂实践，形成了化处矿的压裂工艺，包括压裂方案的编制、封孔方式、压裂方式等，化处矿探索出了本煤层、掘进、中巷压裂的工艺，探索出了瓦斯区域治理的新途径，同时仍需要进一步的研究、应用，并不断完善。水力压裂增透情况水力压裂增透情况2022-6-6保障安全关爱生命42 1. 通过成功实施了10次压裂，完成了预定内容。这些尝试为进一步在化处矿推广应用煤矿井下定向水力压裂增透消突技术打下了基础，积累了宝贵的经验和教训。 2. 2372机巷本煤层的3次压裂，压裂区域煤层透气性显著增大，瓦斯有效抽采时间延长到110天以上，瓦斯预抽率提高到57%

26、，瓦斯压力、瓦斯含量降到规定值以下，实现了区域瓦斯消突；抽采半径显著增大，钻孔工程量减少50%以上。 3. 2372机巷掘进压裂中，实现定向卸压，消除了掘进前方的瓦斯能量，抽采时间大幅度减少，掘进期间，各种防突指标未出现超限等异常情况，炮后瓦斯浓度大幅度降低，整体为掘进提供了时间保证，使得掘进速度大幅度提高。水力压裂增透情况水力压裂增透情况2022-6-6保障安全关爱生命43 4. 1470中巷的5次穿层压裂中，实现了整体区域的定向增透，大量煤水混合物从卸压孔中卸除，煤体的应力能、瓦斯膨胀能提前得以释放，消除了压裂区域的瓦斯突出危险性；示踪剂测试到压裂区域相互沟通，压裂孔压裂半径在30m以上，整体区域裂隙、孔隙网络发达，透气性良好，在减少1/3以上防突措施孔工程量的前提下，瓦斯抽采量仍提高了1倍以上。若抽放钻孔再增加下全程筛管进行护壁，抽放效果更好。 5. 中巷压裂孔控制范围内煤体卸压率计算为4.8，大于保护层开采3的卸压率要求，到达了区域消突的效果。 6. 压裂后实施抽采，抽采瓦斯量比常规抽采孔增幅明显，鉴于中平能化集团的成功压裂经验，若在瓦斯异常区域，初期压裂效果不显著的区域，实施二次增效压裂，效果更加理想。水力压裂增透情况水力压裂增透情况2022-6-6保障安全关爱生命44l 谢谢谢谢大大家家！介绍结束介绍结束