穿層鉆孔區域消突綜合技術方案

摘要：水力沖孔、壓裂作為消突的手段之一，但是這兩種施工工藝都存在相對局限性，如何才能使其完美的結合，這就需要根據施工方案進行研究，文章對此進行分析。

關鍵詞：水力沖孔；壓裂；消突；卸壓；增透

中圖分類號：TD713.33 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937(2011)24-0163-01

1 技術實施方案

目前被各礦區廣泛推廣應用的卸壓增透消突措施是水力沖孔技術和水力壓裂技術，這兩項措施在不同煤層均取得較好的應用效果。但兩個技術措施都有一定得局限性，水力沖孔技術措施針對較硬煤體和下向孔，消突效果較差；水力壓裂僅靠高壓水壓裂煤體增加裂隙來提高煤層透氣性，由于沒有卸壓空間，被壓開的煤體在注水壓力撤除之后，重新閉合，只在較短時間內起到卸壓增透效果，特別是針對于軟煤。

2 綜合水力化工藝和技術參數考察

對比試驗三種試驗工藝方案的卸壓增透效果，主要從透氣性系數的增加情況、衰減系數的減小情況、抽放有效影響半徑的擴大情況和施工工程量的減小情況幾個方面考察，并研究了水力壓裂技術措施實施的合理時間和工序。另外，通過現場試驗和數值模擬的方法，進一步優化水力沖孔工藝，改善前期研究中存在的排不出渣、憋孔、埋鉆現象；研究水力壓裂注水前、中、后整個技術工藝過程。考察水力優化措施實施前后的抽放有效影響半徑、鉆孔瓦斯抽放量、煤體瓦斯壓力與含量、煤體水分。

①水力壓裂有效影響半徑與間距考察。有效影響半徑考察采用瓦斯流量法，預計水力壓裂有效影響半徑為6-15m之間。因此，布置考察孔距離水力壓裂孔分別為6m、10m、13m、15m。流程為：分和含量一考察抽放量至穩定一打水力壓裂鉆孔一考察瓦斯抽放量的變化一在各考察孔附近打鉆取樣測定水分的變化。考察完水力壓裂有效影響半徑后，間距按≤R布置，確定間距后設計水力壓裂鉆孔。

②鉆孔控制范圍。根據《防治煤與瓦斯突出規定》，要求鉆孔控制回采巷道外側的范圍是：傾斜、急傾斜煤層巷道上幫輪廓線外至少20m，下幫至少10m；其它為巷道兩側輪廓線外至少各15m。以上所述的鉆孔控制范圍均為沿層面的距離。2621(1)工作面的傾角在5-6°，為緩傾斜，需控制巷道兩側輪廓線15m。

③鉆孔直徑。采用水力壓裂技術措施的鉆孔直徑在42-94mm之間，孔徑不宜太大，不然封孔后承受不了高壓。可通過實驗不同孔徑水力壓裂效果考察和封孔質量考察，確定最佳水力壓裂孔徑。目前，根據河南礦區水力壓裂經驗和貴礦鉆機裝備條件，選用73 mm鉆頭。

④封孔深度和長度。采用專用封孔器封孔，封孔器長度10m，封孔器以外用無縫鋼管連接。封孔位置必須在煤巖交接面里0.5～1m。

⑤注水壓力。注水壓力是所有水力化措施中的重要參數。若注水壓力過低，不能壓裂煤體，煤層結構不會發生明顯的變化，相當于低壓注水濕潤措施，短時間內注水起不到卸壓消突的作用；若注水壓力過高，導致煤體在地應力和水壓綜合作用下迅速變形，形成突出。一般認為煤層發生壓裂的壓力大小主要取決于地層的煤層賦存深度以及煤層的f值。根據河南平頂山礦區試驗，得出煤層壓裂壓力與煤層賦存深度之間的關系，可用公式表示：P1=0.0265H+3.5，式中，Pf為煤層壓裂壓力，MPa；H為煤層賦存深度，m。在淮南礦區，目前還沒有壓裂壓力與煤體結構、埋深、裂隙發育情況及f值關系的成熟公式，在下一步工作中，通過實驗，進一步查明壓裂壓力與上述因素的關系，得出壓裂壓力與上述因素的合理關系式以確定合理的壓裂壓力。根據河南平頂山礦區的經驗公式，初步確定壓裂壓力為20 MPa。

⑥壓裂時間。壓裂時間與注水壓力、注水量等參數密切相關，注水壓力、流速不同，相同條件下達到同樣效果的注水時間也不同。注水過程中，煤體被逐漸壓裂破壞，各種孔裂隙不斷溝通，高壓水在已溝通的裂隙間流動，注水壓力及注水流量等參數不斷發生著變化，注水時間可根據注水過程中壓力及流量的變化來確定，當注水泵壓降為峰值壓力的30％左右，可以作為注水結束時間。

⑦注水流量與注水壓力的關系。中、高壓注水作用于煤體是一個逐漸濕潤煤體、壓裂破碎煤體的過程。在注水的前期，注水壓力和注水流量呈線性升高；隨后，注水壓力與流量反向變化，并呈波浪狀。這直觀反映出了在注水初期，具有一定壓力和流速的壓力水通過鉆孔進入煤體裂隙，克服裂隙阻力運動；隨后，當壓裂液充滿現有裂隙后，水流動受到阻礙，由于煤體滲透性較低，水流量降低，壓力增高而積蓄勢能；當積蓄的勢能足以破裂煤體形成新的裂隙時，勢能轉化為動能，壓力降低，水流速增加；當壓力液攜帶煤泥堵塞裂隙時，煤體滲透性降低，水難以流動使流量下降，壓力上升。