(完整)煤矿井下钻孔高压水力压裂技术研究与应用研究报告

井下水力压裂技术抽采煤层瓦斯技术及应用分析摘要：文章以某矿区作为研究对象，对该矿区井下的瓦斯灾害情况进行简要介绍，在此基础上，提出应用水力压裂技术对井下瓦斯进行抽采，以此来提高抽采效率，缩短抽采时间，解决矿井瓦斯突出问题。

期望通过本文的能够对水力压裂技术在煤矿瓦斯抽采中的推广应用有所帮助。

关键词：水力压裂技术；煤层；瓦斯抽采在煤矿井下五大灾害中，瓦斯的危害性最为严重，一旦井下瓦斯浓度超标，遇到火源后，会引起爆炸，由此不但会导致人员伤亡，而且还可能造成矿井坍塌。

因此，对井下瓦斯进行高效抽采显得尤为必要。

在瓦斯抽采的过程中，为提高抽采效率，缩短抽采时间，可以对水力压裂技术进行合理应用。

借此，下面就井下水力压裂技术抽采煤层瓦斯技术及应用展开分析探讨。

1矿井概况及瓦斯灾害某矿区的地质构造较为复杂，含煤地层为二叠系龙潭组，共计含煤8层，全区可采煤层为K1，局部可采煤层为K3和K4，整个矿井当中，有90%左右的范围是单一严重瓦斯突出危险煤层。

受到地质条件的影响，使得矿井的灾害情况比较严重，五大灾害一应俱全，其中瓦斯突出最为严重。

自该煤矿建成投用一来，共计发生瓦斯突出事故48次，造成47人死亡，其中6次事故为500吨以上。

随着井下开采作业面向纵深方向发展，使得瓦斯灾害变得更加严重。

为此，必须采取合理可行的方法和措施，对井下作业面的瓦斯进行高效抽采，以此来确保煤层开采的安全、有序进行。

2井下水力压裂技术在抽采煤层瓦斯中的应用2.1水力压裂技术增透机理水力压裂是通过裂缝为瓦斯流动创造有利条件，从而提高抽采效率的技术措施。

随着裂隙网络的形成，煤岩层的渗透率会随之提高，当压裂液排出以后，便会形成瓦斯渗流通道，由此能够使煤岩层本身的透气性获得大幅度增加，位于较远位置处的瓦斯可以较为通畅地流入到钻孔当中，瓦斯的抽采效率随之提高，抽采时间显著缩短。

2.2压力与水量的控制在对裂缝扩展长度进行控制时，可以对起裂压力、压裂液的注入量以及压裂时间的长短进行控制，并对压力参数进行合理确定。

281随着多年的经济发展，我国逐步步入全面建设小康社会的决胜阶段，煤炭资源是我国经济发张的重要保障。

随着开采年限的增加，越来越多的赋存条件较为复杂的煤层已经完成开采，煤层的开采逐步向着赋存复杂煤层转移。

瓦斯是煤层中含有的灾害性气体，瓦斯抽采不合理或抽采不完全会造成难以估量的后果[1，2]。

由于煤层渗透性差、瓦斯含量高、瓦斯压力大等造成瓦斯极难自由排出，所以提出水力压裂增透技术[3，4]，水力压裂增透技术是对煤层进行压裂，提升瓦斯抽采效果。

本文以某矿为研究对象，研究低渗透煤层水力压裂瓦斯抽采规律，为实现低渗透煤层瓦斯抽采提供一定的指导及借鉴。

1 原理分析水力压裂增透技术是在地应力的加载下，将高压水注入至低渗透煤层，在高压水的作用下，煤层出现压裂裂缝，裂缝起裂后根据地应力的作用发生偏转，达到改变煤层力学特性。

压裂后的煤层人工裂隙发育较好，达到瓦斯增透效果。

2 试验过程2.1 试验工作面概况根据马兰矿的实际地址情况，选定18503工作面的皮带巷和行人巷为本次水力压裂的实验地点。

皮带巷主要用于采区的通风和运输等，巷道预计服务年限11年。

该巷煤层为山西组中下部3#煤，煤层厚度5.23m~7.06m ，煤层平均厚度为5.93m。

煤层顶底板的岩性主要为细砂岩和砂岩。

煤层底板标高为+471m~+440m，水力压裂实验点的埋深为480m。

2.2 水力压裂钻孔布置及封孔水力压裂系统主要是由注液泵、压力表、封孔器及水箱等组成，煤层水力压裂系统示意图如1所示。

在进行水力压裂前对现场进行测试孔的瓦斯抽采实验，预先打好测试孔，随后将测试孔进行封堵，抽采瓦斯记录抽采数据。

完成测试孔的抽采后进行压裂孔1的压裂，打好钻孔后对压裂孔1封堵压裂，压裂完成后进行瓦斯抽采，记录瓦斯抽采数据，并将数据与测试孔抽采数据进行对比，为了保证实验结果的可靠性，重复上述步骤进行压裂孔2的施工与抽采，记录数据。

压裂孔水力压裂过程如下：图1 煤层水力压裂系统示意图在进行钻孔施工后对钻孔进行高压注水。

煤矿井下压裂关键技术及装备应用研究摘要：煤矿瓦斯灾害防治是全世界产煤国面临的共同难题，有效治理瓦斯是实现我国煤矿安全开采的技术保障。

本研究将地面压裂技术移植井下，结合煤矿生产实际情况，研究开发了井下水力压裂泵组、基于WIFI的井下压裂监控系统、井下压裂专用操作指挥舱等关键技术和装备，制定了井下压裂工艺与安全保障体系并在多家煤矿进行了工业应用，效果显著。

井下压裂关键技术和装备的有效研发，是井下压裂技术成功应用的保证。

关键词：煤矿瓦斯治理井下压裂装备1 引言水力压裂技术是改造低渗透储集层，使其达到工业性开采经济有效的增产措施之一，广泛应用于油、油气藏、煤层气藏，以及地热井资源的开采中，并取得了良好的增产效果[1]。

近年来，随着瓦斯、冲击地压等灾害防治的难度不断增大，煤矿灾害已成为制约我国煤炭行业可持续发展的关键因素[2-4]。

河南省煤层气开发利用有限公司及多家科研、高校和生产单位，根据煤矿安全高效生产的需要，以煤与瓦斯突出机理为指导，按照自主原始创新、集成创新和引进消化吸收创新的思想，结合煤矿巷道工程及采动影响，研发了成套技术及装备，成功地将地面压裂技术移植井下。

在河南平顶山、鹤壁、焦作、义马、贵州六枝等矿区上千次现场应用表明，井下压裂技术在增大煤层渗透率、提高瓦斯抽采量、降低煤与瓦斯突出危险性、防治冲击地压、改善工作面作业环境等方面效果显著。

国内相关专家认为井下压裂技术在单一低渗煤层区域瓦斯治理和利用方面开创了一条新途径。

2 井下压裂基本原理煤矿井下压裂是根据煤矿生产实际情况，利用煤矿生产活动造成的采动影响，结合井巷工程对煤层实施定向压裂增透。

其基本原理是利用高压流体对煤层双重孔裂隙介质体的劈裂作用，克服最小主应力和煤岩体的破裂压力，通过气固液多相多场耦合，使弱面发生张开、扩展和延伸[5]。

一方面原生孔裂隙的张开和扩展，增加了煤体孔隙率，另一方面原生孔裂隙的延伸增加了裂隙之间的连通，从而形成相互交织的多裂隙连通网络，增加了瓦斯的运移通道，正是由于这种裂隙连通网络的形成，致使煤层的渗透率大大提高，煤体实现整体均匀卸压，吸附瓦斯快速解析，从而增加瓦斯抽采量，消除煤与瓦斯突出的危险性。

《豫西软煤围岩水力破裂卸压增透技术研究与应用》篇一一、引言随着煤炭资源的不断开采，豫西地区软煤围岩的开采难度逐渐增大，煤层透气性差、瓦斯抽采困难等问题日益突出。

为了解决这一问题，水力破裂卸压增透技术被引入到豫西软煤围岩的开采中。

本文将就豫西软煤围岩的水力破裂卸压增透技术进行深入研究，分析其原理、应用及其带来的经济效益，为相关领域的进一步发展提供理论支持。

二、水力破裂卸压增透技术原理水力破裂卸压增透技术是一种利用高压水力能量对煤层进行破裂，提高煤层透气性的技术。

该技术通过向煤层注水，利用水的压力和能量，使煤层产生破裂，从而增加煤层的透气性，提高瓦斯抽采效率。

同时，水力破裂还能有效降低围岩应力，达到卸压的目的。

三、技术应用分析1. 现场试验：在豫西地区选取典型的软煤围岩矿井进行现场试验，对水力破裂卸压增透技术进行实际验证。

通过对比试验前后的瓦斯抽采量、煤层透气性等指标，评估该技术的效果。

2. 参数优化：根据现场试验结果，对水力破裂的参数进行优化，包括注水压力、注水量、注水频率等，以提高技术效果。

3. 联合开采：将水力破裂卸压增透技术与其它开采技术相结合，如爆破、机械化开采等，形成联合开采方案，提高煤炭开采效率。

四、技术应用的优势与挑战1. 优势：水力破裂卸压增透技术能有效提高煤层透气性，增加瓦斯抽采量，降低瓦斯事故风险；同时，该技术还能降低围岩应力，达到卸压的目的，有利于矿井安全。

此外，该技术操作简便，成本较低，具有较好的经济效益。

2. 挑战：在应用过程中，需注意控制注水压力和注水量，避免对周围岩层造成破坏；同时，需根据不同矿区的地质条件进行参数优化，以提高技术效果。

此外，该技术还需与其它开采技术相结合，形成联合开采方案，以充分发挥其优势。

五、技术应用的经济效益与社会效益1. 经济效益：通过水力破裂卸压增透技术的应用，提高了瓦斯抽采效率，降低了煤炭开采成本，提高了矿井的经济效益。

2. 社会效益：该技术的应用有助于提高矿井安全水平，降低瓦斯事故风险，保障了矿工的生命安全；同时，该技术还有利于煤炭资源的可持续开采，促进了煤炭行业的健康发展。

高压脉冲式水压致裂顶煤技术应用与研究[摘要]水力压裂作为经济、安全、高效的坚硬顶板控制技术，已在我国部分煤矿得到了成功应用，成为煤矿坚硬顶板控制的有效手段之一。

我国众多学者对其机理进行了研究，表明注高压水预裂顶板可定向压裂顶板、破坏顶板的完整性，进而弱化顶板的强度和一体性，使回采后顶板能够及时垮落，缩短初次来压时间和周期来压步距，从而降低顶板坚硬对回采工作面带来的危害。

[关键词]水力压裂；脉冲；顶煤垮落；0 引言柳巷煤矿30107综放面采用产气具预裂顶板技术，提高了顶煤回收率，为进一步提高回采安全系数和顶煤回收量，根据柳巷煤矿井田煤层赋存特性，在30110综放工作面回采前、初采初放及回采期间采用高压脉冲式水压致裂顶煤技术，达到改善顶煤冒放性，诱导矿山压力压碎顶煤和工作面顶板及时垮落目的，同时减少安全隐患，提高顶煤回采率，对巷道卸压、缓解片帮和底鼓效果显著，实现工作面安全生产，且水力压裂技术安全性高、工程量小、成本低，对同类地质条件下技术推广具有较大意义。

1 工作面情况30110工作面所属煤层为稳定型特厚煤层，煤层结构简单稳定，平均厚度为10.5m，倾角0.3°；直接顶为平均厚度4.6m的泥岩、粉砂质泥岩；老顶为平均厚度21m的粗粒长石砂岩。

采用走向长壁综合机械化采煤法，机采高度5.2m，放顶煤5.3m，全部垮落法管理顶板，煤机割、放煤步距为0.8m，顶煤不易垮落。

水文地质类型为中等，主要为第四系松散岩类孔隙及孔隙裂隙潜水、碎屑岩类裂隙水，根据上个工作面回采情况，工作面预计涌水量在10-40m³/h。

矿井为低瓦斯矿井，无冲击地压和热害影响。

30110工作面所属煤层为自燃煤层，自燃倾向性为‖类，煤尘具有爆炸性，自然发火周期59d。

2 顶煤水力压裂技术原理水力压裂是指通过钻孔注入高压流体（水、气体等），在流固耦合作用下，钻孔孔壁产生破裂并扩展。

煤岩体水压致裂增透技术的原理是利用钻孔水压力的作用，改变孔边煤岩体的应力状态，导致孔壁起裂和裂缝扩展，进而利用裂隙水压力，控制水压主裂缝的扩展。

煤矿井下水力压裂切顶卸压护巷技术应用研究摘要:煤矿高瓦斯工作面一般采用多巷布置,部分回采巷道除供本工作面使用外,还需为下一个工作面服务,某煤矿209 工作面护巷煤柱在工作面回采动压影响下围岩变形严重问题,采取了超前工作面进行水力压裂切顶卸压来减小煤柱所受采空侧覆岩载荷。

针对该工作面工程地质条件,对水力压裂钻孔施工相关参数进行了确定并进行了工业性试验,应用效果表明,压裂后巷道顶底板及两帮围岩变形量降低,巷道围岩变形处于可控范围,实现工作面安全高效回采。

关键词:水力压裂;切顶卸压;施工随着开采深度和煤层厚度的增加,留巷压力增大,留巷底鼓和帮部变形严重,巷道维护量增大,在下一工作面使用前,需对巷道进行修复。

同时由于巷道顶板坚硬岩层存在,沿空巷道悬顶宽度增大,顶板断裂不理想,悬顶的存在使沿空巷道压力增加。

因此需采用切顶卸压技术措施降低巷道悬顶宽度,降低留巷压力。

现有切顶卸压技术主要有爆破切顶卸压、顶板钻孔放顶、端头强制切顶等。

但爆破切顶方法仍存在工程量和炸药量大、成本高、污染井下空气等不足,在高瓦斯矿井或煤层中应用时,需采取控制瓦斯或煤层爆炸的措施。

为解决问题,提出了采用水力压裂切顶卸压技术,解决工作面悬顶问题。

一、慨况某煤矿生产矿井209 工作面为矿井主采面,209 工作面回采期间超前采动影响不大,超前支护段几乎没有明显变形。

209 工作面回采进入到 100 采空区影响范围后,2092巷超前影响段变形明显,超前 180m 左右即有底板硬化层开裂,出现底鼓,超前 60m 范围内巷道变形严重,底板鼓起,两帮移近,顶板出现破碎网包,变形最严重处巷宽由 4.8m 缩至 3.5m,巷高由 3.6m 减至2.3m,起底量和超前维护量巨大。

如图。

在工作面回采动压影响下,工作面两侧所留设的区段煤柱内部应力会随着工作面推进距离的变化而发生变化。

当距离工作面相对较远时,煤柱未受回采动压影响而处于原岩应力状态;当煤柱与工作面距离较近时,在工作面超前支承压力影响下,煤柱内部应力急剧增加,处于应力增高区;当煤柱距离工作面后方较远后,煤柱内部应力逐渐减小,恢复到原岩应力状态并趋于稳定。

水力压裂增透技术应用探究摘要：水力压裂增透技术是目前我国煤矿瓦斯抽采技术之一,近年来,取得了举得大发展。

为了提高低透气性突出煤层的瓦斯抽采量,达到抽采消突的目的,我们采用水力压裂增透技术，经实践表明,水力压裂技术可将煤(岩)体内部微裂隙扩展使其连同,将煤体内的瓦斯潜能及弹性能得到一定量的释放,是煤层的透气性增加,结合瓦斯抽防技术使被压裂的实体煤内的瓦斯压力和瓦斯含量降低,削减和消除煤体突出的危险性。

这项技术的实施有效的保证了突出煤层区域消突,为在突出危险区的煤层开采提供了一项可行的措施。

关键词：水力压裂；技术；管理；应用对国内煤矿进行统计发现，大多数煤矿煤层的透气性不理想，除此之外，瓦斯含量也比较高，正因如此，瓦斯事故在所有矿难事故之中占有较大比例，与此同时，还会导致严重的人员伤亡和难以估量的经济损失。

随着煤层开采深度的不断加深，突出煤层也相应增多，这对煤矿的生产安全埋下了严重的隐患。

在传统煤矿瓦斯治理工作中，缺乏效果显著的治理措施，而伴随着水力压裂技术的不断成熟，能够比较理想地增加煤层的透气性，与此同时，还能够明显降低煤层之中瓦斯的实际含量，表现出了良好的应用效果。

1 水力压裂增透原理目前为增大煤层透气性采取的主要措施有煤层进行水力割缝、松动爆破、大直径（扩孔）钻孔、预裂控制爆破等。

由于瓦斯抽采率低，开采过程游离瓦斯大量涌入回采工作面，加大了瓦斯灾害的危险性，危及矿井和矿工的生命安全。

因此，目前亟需一种有效的低透气煤层卸压增透技术。

煤矿井下水力压裂技术是一种借鉴油气行业地面水力压裂，将其技术、装备改进后引入到煤矿井下，利用高压水注入煤层之后，依次进入一级弱面（张开度较大的层理或切割裂隙）、二级裂隙弱面、原生微裂隙，同时压力水在裂隙弱面内对壁面产生内压作用下，导致裂隙弱面发生扩展、延伸、以至相互之间发生联接贯通过程实现压裂分解。

从而使内部裂隙弱面的扩展、延伸、以及相互之间贯通，形成相互交织的贯通裂隙网络，扩大煤层暴露面积，为卸压瓦斯涌出提供通道，达到提高煤层透气性的目的。

水力压裂技术在高瓦斯矿井的应用研究【摘要】水力压裂技术可开启、扩展、延伸煤层裂隙，提高抽采效率。

钻孔水力压裂后，通过瓦斯抽排，降低了其影响范围内的煤层瓦斯含量、瓦斯压力，改变了煤体内部应力分布，在一定程度上降低或消除了突出隐患。

压裂后煤体内水分增加，可以降低采掘过程中的煤尘产生量，改善井下作业环境。

【关键词】高瓦斯矿井；水力压裂技术；透气性1 水力压裂增透原理水力压裂是以水作为动力，使煤体裂隙畅通的一种措施。

水力压裂增透技术就是通过钻孔向煤层压入高压水，当水压入的速度远超过煤层的自然吸水能力时，由于流动阻力增加，进入煤层的液体压力逐渐上升，当超过煤层上方的岩压时，煤层内原来的闭合裂隙就会被压开形成新的流通网络，煤层渗透性就会增加。

一般认为煤层发生破裂的压力Pf大小主要取决于地层的垂向压力，二者之间大致呈直线关系，Pf=0.0265H+3.5，其中H为煤层埋藏深度，单位为m。

煤层富含有大量原生裂隙，属各向异性材料，高压水作用时一般不产生新裂隙，而是原生裂隙的扩展延伸。

煤层在高压水作用下发生起裂后，水对原始裂隙的壁面产生膨胀，促使该裂隙发生扩展和延伸，并逐步形成贯通网络，造成煤层压裂分解，其前提为注入水压大于渗失水压。

煤层含有大量微裂隙，高压水作用下这些微裂隙不断扩展、贯通形成主裂隙，而不形成新裂纹，原级裂隙的扩展终止后次级裂隙在原级裂隙空间边缘端部开始起裂。

2 矿井概况某煤矿主采煤层平均煤厚2.32m，倾角36～72°，煤层埋深529～637m，实测煤层瓦斯压力4.2MPa，瓦斯含量20.8m3/t，煤的瓦斯放散初速度Δp=18，煤的普氏系数为0.2，煤层透气性系数（0.875～1.585）×10-2m2/（MPa2·d），为松软低透气性较难抽采的突出煤层。

矿井突出灾害严重，原始煤体施钻喷孔率高达30%以上。

3 水力压裂试验为增加煤层的透气性，该矿选用水力压裂增透技术对其松软低透气性突出煤层进行水力压裂试验研究，查清煤层压裂所需的注水压力等技术参数，进一步测定水力压裂影响半径。

水力压裂技术在煤矿瓦斯治理中的应用分析发布时间：2021-03-10T08:25:46.579Z 来源：《防护工程》2020年31期作者：胡昕[导读] 作为煤的伴生矿产资源的瓦斯是一种清洁高效能源，但也是影响我国煤矿安全的主要因素。

平煤神马建工集团有限公司河南省平顶山市 467000摘要：随着矿井采掘深度的增加，区域瓦斯治理面临着抽采衰减快、煤层透气性低的问题，严重制约着矿井安全高效生产。

井下水力压裂是加大、保持瓦斯抽放力度的一项重要工艺技术。

它是利用液体传导压力的性能，在煤矿井下利用高压泵组，在孔底聚起高压，在地层产生裂缝，改变煤体中流动方式，降低渗流阻力，起到增透作用的过程。

水力压裂技术施工安全、绿色环保、过程可控、效果显著、应用范围广, 作为一种取代传统工艺治理顶板灾害的手段, 具有广阔的应用前景。

关键词：煤矿瓦斯治理；水力压裂技术；应用分析引言：作为煤的伴生矿产资源的瓦斯是一种清洁高效能源，但也是影响我国煤矿安全的主要因素。

煤层瓦斯预抽不仅有利于充分利用瓦斯资源，更有利于防治瓦斯灾害。

然而，由于开采深度的增加以及煤层渗透率的降低，使得瓦斯抽采难度增大而且效率显著降低。

采用水力压裂切顶技术后,解决了临空动压影响带来的回采工作面超前段巷道变形量大的难题,巷道的底鼓量、顶板底板和两帮移近量大幅降低,节约了支护成本,优化了采掘衔接。

1水力压裂技术分析水力压裂技术主要包括顶板岩层特性测试、压裂钻孔参数确定、钻孔及压裂、实施效果监测等内容。

该技术的核心是通过对顶板岩层结构的定性分析,确定造成顶板灾害的岩层层位,对关键层位或以下岩层进行分段定向压裂,破坏岩层的完整性和整体性,实现回采过程中顶板的及时、安全垮落,释放积存的顶板能量,解决工作面大面积悬顶和应力集中问题,从而从根本上消除顶板灾害。

神东水力压裂技术分为常规浅孔(一般不超过150m)水力压裂和定向深孔(一般大于400m)水力压裂两类[1]。

1.1定向深孔水力压裂技术定向深孔水力压裂指的是使用千米定向钻机施工压裂孔,钻孔深度一般大于400m,通过“双封单卡”多点拖动等分段压裂方式,对目标层位进行精准压裂,适用于弱化工作面中部岩层、集中煤柱下方顶板及厚层状硬岩[2]。

煤岩体水力致裂弱化的理论与应用研究一、本文概述本文旨在全面探讨和研究煤岩体水力致裂弱化的理论与应用。

水力致裂是一种利用高压水流在煤岩体中形成裂缝，进而改善煤岩体渗透性、提高开采效率的技术手段。

随着煤炭资源开采的不断深入，煤岩体弱化问题日益突出，水力致裂技术作为一种有效的煤岩体弱化方法，受到了广泛关注。

本文将从理论和应用两个层面对煤岩体水力致裂弱化进行深入分析，以期为我国煤炭资源的开采和利用提供理论支撑和实践指导。

在理论层面，本文将对煤岩体水力致裂弱化的基本原理进行阐述，包括水力致裂的物理化学过程、裂缝扩展机制以及影响因素等。

同时，通过数学建模和数值模拟，对水力致裂过程中的应力分布、流体流动和裂缝扩展等关键问题进行深入研究，揭示水力致裂弱化煤岩体的内在规律。

在应用层面，本文将对煤岩体水力致裂弱化的实际应用情况进行分析，包括水力致裂技术在煤炭开采、油气资源开发和地热能源利用等领域的应用案例。

通过对实际工程案例的剖析，总结水力致裂技术在不同煤岩体条件下的应用效果和经验教训，为相关工程实践提供借鉴和参考。

本文旨在对煤岩体水力致裂弱化的理论与应用进行全面系统的研究，以期推动水力致裂技术在煤炭资源开采和利用领域的发展和应用，为我国的能源安全和经济发展做出贡献。

二、煤岩体水力致裂弱化理论基础煤岩体水力致裂弱化技术是一种利用高压水射流或水压作用，在煤岩体中产生裂缝，从而改变其力学性质、提高瓦斯抽采效率或进行煤岩体的切割和破碎的技术。

这一技术的理论基础主要涉及到流体力学、岩石力学、断裂力学等多个学科的知识。

从流体力学的角度来看，高压水射流或水压作用会在煤岩体中形成应力场和压力场，当这些场的强度超过煤岩体的抗拉、抗压或抗剪强度时，就会在煤岩体中产生裂缝。

裂缝的产生和扩展过程受到多种因素的影响，如煤岩体的物理性质（如弹性模量、泊松比、抗拉强度等）、水力参数（如射流压力、流量、喷嘴形状等）以及环境因素（如温度、压力、地应力场等）。

综采工作面水力压裂切顶卸压技术的应用研究目录1. 内容综述 (2)1.1 研究的背景和意义 (2)1.2 综采工作面水力压裂切顶卸压技术的概述 (3)1.3 国内外研究现状 (4)2. 综采工作面水力压裂切顶卸压技术的原理 (6)2.1 水力压裂的基本原理 (7)2.2 切顶卸压技术的应用 (8)2.3 综采工作面水力压裂切顶卸压技术的特点 (9)3. 理论分析与数学模型 (10)3.1 岩石力学原理 (11)3.2 水力压裂裂隙形成理论 (12)3.3 切顶卸压效应分析 (14)3.4 综合数学模型建立 (16)4.1 试验矿区与工作面的选择 (18)4.2 试验准备与实施步骤 (19)4.3 试验数据分析与结果 (20)5. 应高技术应用实例 (21)5.1 典型综采工作面简介 (23)5.2 水力压裂切顶卸压技术应用案例 (24)5.3 技术问题与对策 (25)6. 安全性与环境影响分析 (26)6.1 安全性评价 (28)6.2 环境影响评估 (29)6.3 降低风险的措施 (30)7. 结论与建议 (31)7.1 研究总结 (32)7.2 技术的推广应用建议 (33)1. 内容综述随着煤炭资源的不断开发和利用，综采工作面作为煤矿开采的主要方式之一，其安全性和效率受到了广泛关注。

在综采工作面中，水力压裂切顶卸压技术作为一种有效的支护措施，已经在国内外得到了广泛的应用和研究。

本文将对水力压裂切顶卸压技术的应用研究进行综述，包括其原理、技术特点、适用范围以及在实际工程中的应用情况等方面的内容。

通过对现有研究成果的梳理和分析，旨在为综采工作面的安全生产和高效开采提供理论支持和技术指导。

1.1 研究的背景和意义随着煤炭资源的开采深度不断加深，综采工作面面临着越来越复杂的地质条件。

特别是在复杂地质构造区域，如断层、褶皱等处，煤层的赋存状态和瓦斯涌出特征呈现出多样化和不确定性，这对传统的采煤方法提出了更高的挑战。

煤矿瓦斯治理中水力压裂技术的应用分析摘要：本文通过阐述在煤矿瓦斯中使用水力压裂技术治理的优势，进一步分析如何在煤矿瓦斯治理中应用水力压裂技术，并通过技术应用原理、选定技术设备、布置压裂孔、制备压裂和封孔材料、实施注浆及封孔、检验压裂效果等方面对要点进行阐述，以期能为水力压裂技术在煤矿瓦斯治理中的应用，做以参考。

关键词：煤矿瓦斯；治理；水力压裂；技术前言：煤矿瓦斯又称煤层瓦斯和煤层气，是一种有害气体，其主要是由于在开采煤层时，煤体遭到破坏导致造成煤和围岩之中所产生的甲烷、二氧化碳以及氮产生混合气体，最终形成煤矿瓦斯，对开采人员的人身安全威胁极大，严重时还会造成爆炸。

因此，要通过水力压裂技术进行治理，并提高作业的安全性。

1煤矿瓦斯中使用水力压裂技术治理的优势第一，提升煤层透气性。

在进行开采作业时，由于受到环境以及条件的限制，开采区域的密封性较强，并且空气流动性较差，容易造成瓦斯等有毒气体的累积进而对作业人员产生危害。

使用水力压裂技术，可以将煤层之间的缝隙加大，这样就能够保证煤层中的透气性，有利于瓦斯等有害气体的顺利排放。

第二，消除瓦斯危险性。

水力压裂技术主要是依靠将大量的水和剂液注入到煤层之中，这样有利于将积块之中所存储的瓦斯进行密封，这种通过改变瓦斯传播状态结构的方式，能够降低瓦斯的流动性，也就避免了煤层中瓦斯所可能出现的突发性危险，因此采用水利压裂技术能够有效控制煤矿中的瓦斯。

第三，改善煤体的强度。

原状态结构下的煤体强度较高，这样不利于开采工作的顺利进行，而水利压裂技术主要是通过在煤层中形成裂缝并注入水力的方式控制瓦斯，在煤层之中能够通过孔洞以及裂缝，形成网格状，并进一步破坏煤层原有强度和结构，这种情况之下能够大幅度降低煤体抗拉强度并便于开采。

第四，平衡煤层地应力。

地应力主要存在于地壳之中，简单的来说就是岩石形变所引起介质内部单位面积上的作用力。

在煤矿开采时，煤体本身的重量就容易引起地应力，因此在瓦斯就可能出现形成不均匀的现象。

煤层气井压裂技术与应用研究煤层气开发是全球能源开发的新领域，其开采技术和方法也在不断的更新与完善。

在煤层气井的开采中，煤层气井压裂技术被广泛应用。

本文将详细探讨煤层气井压裂技术与应用研究。

一、煤层气井压裂技术的概述1.1 煤层气井压裂技术的定义煤层气井压裂技术是指通过注入压裂液体，在井孔中产生高压，从而使煤层发生断裂，并形成可开采的气体裂缝，从而提高煤层气井的产量和利用效益的技术方法。

1.2 煤层气井压裂技术的分类煤层气井压裂技术可以根据不同的分类标准进行分类。

从时间角度上，可以分为早期压裂技术和现代压裂技术。

早期压裂技术指的是上世纪八十年代以前，使用的人工振动或气体压力以及酸等简单方法进行煤层气井开采。

而现代压裂技术则是指目前普遍使用的高压水力压裂技术。

从压裂液体的分类则可以分为水性液压压裂和化学液压压裂。

目前，煤层气井压裂技术大多采用水性液压压裂，因为其具有资源丰富、低成本、环保等优点，而化学液压压裂技术则用于一些特殊情况下，如煤岩力学性质差异明显或煤层岩层结构复杂等。

1.3 煤层气井压裂技术的流程煤层气井压裂技术的主要流程包括注液准备、注液过程、压裂过程、停泵过程和产气测试过程。

首先是注液准备，即按照一定比例将各种化学试剂和水混合，形成压裂液体。

然后进行注液过程，将制备好的压裂液体注入油井中。

在注入压裂液体时，需要确保不断地加深井深度，直到到达设计的注入点。

接下来是压裂过程，即将压裂液体注入后通过水力压力产生断裂裂缝的过程。

在这个过程中，压力需要不断地被调整，以确保注入的压裂液体能够充分地压实煤层。

停泵过程是指当注入的压裂液体已经满足预定的数量，需要停止加压，并等待煤层裂缝缓慢地恢复压力的过程。

停泵时间通常在20-30分钟之间。

最后是产气测试过程，通过对产气量、储层压力和井底压力等参数的测量，来评估压裂效果并进行后续的开采过程。

二、煤层气井压裂技术的应用研究2.1 煤层气井压裂技术的技术难点煤层气开采具有地质条件差异大、地下环境恶劣等特点，因此，煤层气井压裂技术的应用也具有相应的技术难度。

水力压裂切顶技术在综采工作面的应用与研究摘要：由于水力压裂技术安全性较高、且现场实施操作较为简单，目前已广泛应用于井下工作面，技术路线成熟，随着近年来卸压护巷技术的发展，水力压裂技术已成为缓解巷道高动压影响及提高采区回采率的重要技术途径。

本文以平朔井工一矿9号煤层19110综采工作面两巷采用水力压裂切顶卸压技术为工程背景，通过研究分析相应的水力压裂施工工艺参数，为类似条件下矿井实施水力压裂方案提供技术参考。

关键词：顶板卸压；应力集中；钻孔柱状一、概况平朔井工一矿目前开采9号煤层，工作面区段煤柱宽度20m，随着开采深度增加，矿压显现逐步加剧，按以往经验，每年必须投入大量的巷道维护费用。

由于19110工作面两顺槽在掘进期间采用锚网索支护，在工作面回采期间，虽然对锚杆、锚索托盘进行退锚处理，但顶板岩层较为坚硬，造成工作面回采顶板岩层不能及时垮落，形成大面积悬顶和大量瓦斯积聚，在回采期间经常出现上隅角瓦斯超限现象，给工作面安全生产带来安全隐患。

为保证工作面安全回采，需采取强制放顶措施处理顶板。

对工作面煤层顶板岩层岩性特征进行分析，为制定切顶卸压措施提供理论依据，向工作面顺槽顶板岩层中施工窥视钻孔，对其顶板岩层进行窥视。

综合考虑19110工作面煤岩层地质条件、开采方式及现场安全生产实际情况，双巷布置工作面向前推采，巷道超前段围岩压力大，超前支护压力大，切顶卸压是缓解强烈矿压显现的有效方法[1]。

实验在19110工作面辅运巷600m（自辅运巷道口至工作面方向距离）、1000m（自辅运巷道口至工作面方向距离）与19111辅运巷道1600m(自辅运巷道口至工作面方向距离）三个巷道位置中选取其中一个位置，在该位置200m范围内进行现场工业性试验，并在接续工作面中预测卸压下围岩变形特点及控制对策，同时避免综放工作面在末采时会发生强烈的矿压现象[2]，对资源有限的井工一矿探索提高矿井回收率具有重要意义。

二、水力切顶卸压原理水力切顶卸压技术主要是通过水力压裂的方式对顶板岩层进行定向压裂，通过水力压裂达到破坏顶板岩层完整性的目的,进而充分削弱顶板的整体性及强度,使得采空区实现分层垮落的目的，以此降低坚硬顶板难以垮落的难度，缩短工作面的初次和周期来压步距[3-4]。

２ 方案设计及实施
２ ． １ Ｎ １ ２ ０ ２回风巷 水 力压 裂设计
水力 压裂 钻 孔 布 置 在 Ｎ １ ２ ０ ２回风 巷 掘 进 工 作
面， 沿着工 作 面 向正前 方施工 水 力压裂 钻 孔 ， 按 照 断 面 面积施 工 ２个或 ３个 钻 孔 作 为水 力压 裂 孔 ， 瓦斯 抽 采 孔布 置在 掘进 工作 面迈 步钻 场 内。水 力压 裂钻 孔 采 用封 孔 器 封 孔 ， 瓦斯抽采 孔采用水泥浆封 孑 Ｌ 。
摘
要： 为了解决余吾煤业 Ｎ１ ２ ０ ２回风巷掘进过程 中的瓦斯 问题 ， 保证安 全生 产 ， 采 用水力 压裂技术 增加
煤体透气性 ， 提高瓦斯抽采效果 。实 施水力压裂后 ， 对 瓦斯解 吸量指 标 值 以及瓦斯 抽采 效果进行 了考
察， 结果表 明 ： 在压裂影 响范围之 内 值 大幅降低 ， 一般 在 ０ ． ２ ８～ ０ ． ３ ４ ｍ Ｌ・ （ ｇ・ ｍ ｉ ｎ ） 之间， 最大降低 幅度达到 ３ ８ ％， 基本降低或消 除了掘进 工作 面瓦斯突 出的危险性 ； 抽采 浓度最 大达到 ６ １ ％， 抽采 纯流量最 大达到 ０ ． ４ ｍ ／ ａ ｒ ｉ ｎ ， 瓦斯抽采量提 高了 ４倍以上。掘进速度得到提升 ， 安全掘进得到 了保证 。
中煤 与瓦斯 突 出 事 故 １ ４ ２起 ， 死亡 １ １ ６ ８人 。瓦 斯 治 理难 题是 高 瓦斯 矿井 亟待 解 决 的问题 。 随着 瓦斯 治理 技 术 的不 断 发 展 ， 许 多 水 力 化 措 施 得 到应用 ， 其 特点 都 是 用 水 作 为 处 理 煤 层 瓦 斯 的 手 段 。水力 化 措施 按性 质可 分 为三 大类 ： 第一 类 ， 把
总第 １ ７ ０期

第 ４５ 卷 第 ５ 期 ２０１８年５月 探 矿 工 程 (岩 土 钻 掘 工 程 ) ExplorationEngineering(Rock&SoilDrillingandTunneling)　Vol．４５ No．５ May２０１８:８－１２煤矿井下分段水力压裂梳状定向长钻孔钻进技术研究冯达晖(中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西 西安 ７１００７７)摘要:随钻测量梳状定向钻进技术目前主要应用于 煤 矿 瓦 斯 防 治、地 质 异 常 体 探 测 和 探 放 水 等 领 域. 但 该 技 术 还 未与水力压裂增透强化抽采技术相结合应用于煤层瓦斯防治领域,由于水力压裂增 透 强 化 抽 采 技 术 对 钻 孔 特 殊 要 求,相应钻探装备、钻孔设计和钻进成孔工艺均需要 进 行 研 究 突 破. 本 次 研 究 成 果 融 合 了 井 下 梳 状 定 向 长 钻 孔 瓦 斯抽采技术及水力压裂增透强化抽采技术的优点,形成了一套适合分段水力压裂梳 状 定 向 钻 孔 施 工 设 备 及 工 艺 流 程,能够满足对松软煤层瓦斯远距离与区域增透技 术 的 需 求,解 决 松 软 煤 层 透 气 性 差、瓦 斯 抽 采 孔 成 孔 性 差、抽 采 距 离 短 、抽 采 区 域 小 等 难 题 . 关 键 词 :水 力 压 裂 ;煤 矿 井 下 ;分 段 水 力 压 裂 ;梳 状 定 向 孔 中 图 分 类 号 :P６３４．７ 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :１６７２－７４２８(２０１８)０５－０００８－０５ResearchontheTechnologyofCombＧshapedLongDirectionalHoleDrillingbySegmentedHydraulicFracturinginUnＧ dergroundCoalMine/FENG DaＧhui(Xi’an ResearchInstituteofChina CoalTechnology & Engineering Group Corp．,Xi’anShaanxi７１００７７,China) Abstract:MWDcombdirectionaldrillingtechnologyismainlyusedincoalminegaspreventionandcontrol,geologＧ icalanomalybodydetectionandexploration &releaseofwaterandsomeotherfieldsatpresent．However,thistechＧ nologyhasnotbeencombinedwithenhancedextractiontechnologybyhydraulicfracturingpermeabilitytoapplyin thefieldofcoalseamgaspreventionandcontrol．DuetothespecialdrillingrequirementofenhancedextractiontechＧ nologybyhydraulicfracturingpermeability,thebreakthroughsshouldbemadeindrillingequipment,drillingdesign andholecompletion．TheresultsofthisstudycombinetheadvantagesofgasdrainagetechnologybycombdirectionＧ aldrillingandenhancedextractiontechnologybyhydraulicfracturingpermeability,asetofequipmentsandtechnoＧ logicalprocessesareformed,whichissuitabletosegmentedhydraulicfracturingcombdirectionaldrillingconstrucＧ tion,canmeettheneedsoflongdistanceandregionalpermeabilityenhancingforthesoftcoalseam andsolvethe problemssuchasweakpermeabilityofsoftcoalseam,poorgasextractionholecompletion,shortextractiondistance andsmallextractionarea． Keywords:hydraulicfracturing;undergroundcoalmine;segmentationhydraulicfracturing;combＧshapedirectional borehole０ 引 言 瓦斯 灾 害 作 为 煤 矿 安 全 生 产 主 要 灾 害 之 一,严重制约着煤矿的安全高效生产.随着开采技术的不 断 发 展 ,从 煤 矿 井 下 瓦 斯 防 治 的 需 要 出 发 ,将 煤 矿 井 下近水平随钻测量定向钻进 技 术 与 [１－５] 水 力 压 裂 增 透强化抽采技术 相 [６] 结合引入到煤矿井下瓦斯防 治 领 域 ,具 有 重 要 的 现 实 意 义 .目前,随 钻 测 量 定 向 钻 进 技 术 主 要 应 用 于 煤 矿 瓦斯防治、地质 构 造 探 测 和 探 放 水 等 领 域. 但 是 该 技术还未与水力压裂增透强化抽采技术相结合应用 于煤层瓦斯防治领 域,由 于 水 力 压 裂 增 透 强 化 抽 采技 术 对 钻 孔 特 殊 要 求 ,相 应 钻 探 装 备 、钻 孔 设 计 和 钻 进成孔工艺均需要进行研究突破.利用梳状定向孔 钻进技术 在 松 软 煤 层 稳 定 的 临 近 层 施 工 长 距 离 主 孔 ,再 从 主 孔 开 梳 状 分 支 孔 进 入 目 标 煤 层 ,成 孔 后 主 孔内下入压裂管柱,对 目 标 煤 层 注 入 高 压 水 实 施 水 力压裂.该技术融合了井下梳状定向长钻孔瓦斯抽 采技术及水力压裂 增 透 强 化 抽 采 技 术 的 优 点,能 够 实现对松软煤层瓦 斯 远 距 离 与 区 域 增 透 抽 采,解 决 松 软 煤 层 透 气 性 差 、瓦 斯 抽 采 孔 成 孔 性 差 、抽 采 距 离 短、抽采区域小 等 难 题. 提 高 了 煤 层 瓦 斯 预 抽 率 和 抽 采 量 、改 善 瓦 斯 抽 采 效 果 ,降 低 煤 层 开 采 过 程 中 的 收 稿 日 期 :２０１７－１２－２９ 作者简介:冯达晖,男,汉族,１９６８年生,钻探装备制造中心副主任,矿山 机 电 专 业,工 商 管 理 硕 士,主 要 从 事 煤 矿 井 下 钻 探 技 术 研 究、装 备 开 发 、生 产 管 理 与 推 广 应 用 工 作 ,陕 西 省 西 安 市 高 新 区 锦 业 一 路 ８２ 号 ,fengdahui＠cctegxian．com.１０探 矿 工 程 (岩 土 钻 掘 工 程 )　　２０１８ 年 ５ 月 层 位 受 断 层 、地 应 力 等 影 响 ,强 度 低 、易 变 形 ;泥 岩 作 为水敏性地层,遇 水 膨 胀 缩 径 卡 钻. 作 为 一 个 低 强 度、易变形、抗水性 差 的 软 弱 带,钻 进 时 孔 壁 容 易 失 稳 ,塌 孔 掉 块 严 重 . 故 针 对 该 地 层 条 件 ,研 究 制 定 以 下方案.方案一:快速 成 孔.水 敏 性 泥 岩 的 水 化 膨 胀 是 一个动态 发 展 的 过 程. 快 速 成 孔 就 是 快 速 施 工 钻 孔,从而减 少 泥 岩 的 水 化,避 免 掉 块 塌 孔 问 题 的 发 生;此外,快速成孔 还 能 减 少 对 孔 壁 的 扰 动 和 冲 刷, 有利于维持钻孔孔壁的稳定.方案二:局部 注 浆.塌 孔 卡 埋 钻 事 故 常 发 生 在 钻孔的一个局部孔 段,采 用 常 规 的 全 孔 注 浆 方 法 施 工 成 本 高 、周 期 长 . 局 部 注 浆 原 理 如 图 １ 所 示 ,指 当 钻遇破碎区域无法 继 续 钻 进 施 工 时,将 钻 杆 与 封 隔 器连接,从孔口下至 孔 内 需 注 浆 处 理 孔 段 前 端 稳 定 孔 段 ,之 后 将 封 隔 器 坐 封 ,然 后 再 通 过 钻 杆 从 孔 口 向 孔内需注浆处理孔 段 注 入 配 置 好 的 水 泥 浆,待 水 泥 初 凝 后 ,向 后 提 钻 具 .针对此不足,本项目 采 用 了 由 中 煤 科 工 集 团 西 安 研 究院 有 限 公 司 自 主 研 发 的 MZ １ 型 防 塌 乳 液. 在 梳 状 孔 施 工 中 ,利 用 防 塌 乳 液 的 抑 制 性 、护 壁 性 和 高 粘 性 解 决 了 泥 岩 缩 径 、沉 渣 卡 埋 钻 事 故 ,提 升 梳 状 孔 施 工 的 有 效 进 尺 ,提 高 了 该 工 艺 的 适 应 性 . ２．２ 定 向 钻 进 阶 段待开孔阶 段 封 孔 注 浆 候 凝 完 成 后,采 用 “Ø１２０ mm PDC 钻 头 ＋Ø８９ mm 螺 杆 马 达 ＋ 接 手 ＋Ø８９ mm 下无磁＋接手＋Ø８９ mm 探管＋Ø８９ mm 上无 磁＋Ø８９ mm 通缆钻 杆 ＋Ø８９ mm 通 缆 水 便”定 向 组合钻具进行定向钻进施工.针对分段水力压裂需 要,分支孔间距要 大 于 ５０ m;分 支 孔 间 要 有 不 低 于 ２０ m 长平缓孔 段,便 于 封 隔 器 下 入 座 封. 因 此,采 用定向钻进与回转钻进相结合的复合钻进工艺进行 梳状定向钻孔施工.井下 梳 状 定 向 钻 孔 施 工 时,主 孔 及 分 支 孔 的 施 工 要 根 据 施 钻 地 层 状 况 、设 计 要 求 和 目 的 等 不 同 ,施 工 顺 序 可 分 为 “前 进 式 ”和 “后 退 式 ”两 种 . 根 据 分 段 水力压裂技术的要 求,在 现 有 梳 状 定 向 钻 进 技 术 的 基础上,拟采用“前 进 式”分 支 孔 工 艺. 首 先 按 设 计 要求定向钻进至 要 求 平 缓 孔 段,回 转 钻 进 ２０ m,后 继续定向钻进穿１５ 号 煤,见 １５ 号 煤 顶 板 后 继 续 钻 进６ m,最后提钻至预留分支点处,开分支孔继续施 工 ,依 次 循 环 ,直 至 钻 孔 施 工 完 成 .根 据 寺 家 庄 煤 矿 １５ 号 煤 及 其 顶 底 板 地 质 条 件 , 在 定 向 钻 进 施 工 时 ,拟 采 用 上 文 所 述 技 术 方 案 :(１)快 速 成 孔 ,减 少 对 孔 壁 的 扰 动 和 冲 刷 ; (２)在 塌 孔 严 重 孔 段 ,适 时 采 用 局 部 注 浆 ; (３)根 据 施 工 需 要,适 时 添 加 MZ １ 型 防 塌 乳 液. ２．３ 分 段 水 力 压 裂 梳 状 定 向 钻 孔 施 工 工 艺 技 术 综上 所 述,拟 采 用 图 ２ 所 示 的 工 艺 流 程 进 行 分 段水力压裂梳状定向钻进施工.图 １ 封 隔 器 局 部 注 浆 工 艺 原 理 图方 案 三 :冲 洗 液 技 术 . 目 前 ,我 国 煤 矿 井 下 近 水 平定向长钻孔施工 基 本 以 清 水 来 传 输 动 力、冷 却 钻 头和携带煤渣.因 清 水 的 抑 制 性 较 差,钻 遇 泥 页 岩 地层易引发 水 化 缩 径 卡 钻 事 故;此 外,清 水 粘 度 较 低 ,携 岩 能 力 有 限 ;不 能 有 效 保 护 孔 壁 、预 防 塌 孔 .３ 现 场 工 业 性 试 验 SJZYL １钻孔采用 上 述 水 力 压 裂 梳 状 定 向 钻孔 施 工 工 艺 流 程 及 技 术 措 施 ,于 ２０１６ 年 ４ 月 ２ 日 开 钻,截至２０１６年６月３１日终孔,累计进尺１１６１ m, 主孔孔深５４０ m,其中开分支孔７个.１个主孔和４ 个分支孔均 穿 越 １５ 号 煤 层,终 孔 孔 径 １２０ mm,各 孔 段 情 况 见 表 １,钻 孔 轨 迹 如 图 ３、图 ４ 所 示 .１２探 矿 工 程 (岩 土 钻 掘 工 程 )　　２０１８ 年 ５ 月 图 ４ 钻 孔 轨 迹 剖 面 图参考文献:[１] 姚 宁 平,张 杰,李 泉 新,等．煤 矿 井 下 梳 状 定 向 孔 钻 进 技 术 研 究 与 实 践 [J]．煤 炭 科 学 技 术 ,２０１２,４０(５):３０－３４．[２]　姚宁平,张杰,李乔乔．煤矿井下近水平定向钻 技 术 研 究 与 应 用 [J]．煤 炭 科 学 技 术 ,２０１１,３９(１０):５３－５７．[３]　李乔乔,姚宁平,张杰．煤矿 井 下 水 平 定 向 钻 孔 轨 迹 设 计 [J]．煤 矿 安 全 ,２０１１,４２(１０):５１－５４．[４]　姚宁平．我国煤矿井下近水 平 定 向 钻 进 技 术 的 发 展 [J]．煤 田 地 质 与 勘 探 ,２００８,３６(４):７８－８０．[５]　姚宁平,孙荣军,叶根飞．我国煤矿井下瓦斯抽 放 钻 孔 施 工 装 备 与 技 术 [J]．煤 炭 科 学 技 术 ,２００８,３６(３):１２－１６．[６] 孙 四 清,张 群,闫 志 铭,等．碎 软 低 渗 高 突 煤 层 井 下 长 钻 孔 整 体 水力压 裂 增 透 工 程 实 践 [J]．煤 炭 学 报,２０１７,４９(９):２３３７－ ２３４４．[７]　俞启香,程远平,蒋承林．高瓦斯特厚煤层煤与 卸 压 瓦 斯 共 采 原 理 及 实 践 [J]．中 国 矿 业 大 学 学 报 ,２００４,３３(２):１２７－１３１．[８]　王永伟．顶板岩石长钻孔水 力 压 裂 增 透 抽 采 技 术 工 程 实 践 [J]．煤 矿 现 代 化 ,２０１７,(５):１１２－１１４． [９]　牟全斌．井下穿层长钻孔水 力 压 裂 强 化 增 透 技 术 [J]．中 国 安 全生 产 科 学 技 术 ,２０１７,１３(８):１６４－１６９． [１０] 石 建 文,张 俭,范 毅 伟．碎 软 低 透 煤 层 分 段 水 力 压 裂 增 透 技 术研 究 [J]．能 源 技 术 与 管 理 ,２０１７,４２(４):２０－２２． [１１] 翟 成,李 贤 忠,李 全 贵．煤 层 脉 动 水 力 压 裂 卸 压 增 透 技 术 研 究与 应 用 [J]．煤 炭 学 报 ,２０１１,３６(１２):１９９６－２００１． [１２]　袁志刚,王宏图,胡国忠,等．穿层钻孔水力压 裂 数 值 模 拟 及 工程 应 用 [J]．煤 炭 学 报 ,２０１２,３７(S１):１０９－１１４． [１３]　焦先军,蔡峰．深部低透气性煤层水力压裂强 化 增 透 技 术 研 究[J]．煤 矿 安 全 ,２０１７,４８(１０):７６－７９． [１４]　田双龙,王伟东,李滨,等．穿层钻孔水力压裂 增 透 防 突 技 术 在红 阳 二 矿 的 应 用 [J]．能 源 技 术 与 管 理 ,２０１７,(６):３７－４０． [１５]　刘海金．定向长 钻 孔 水 力 压 裂 在 松 软 煤 层 中 的 应 用 研 究 [J]．江 西 煤 炭 科 技 ,２０１７,(３):２０－２３． [１６]　周玉军．井下钻 孔 水 力 压 裂 增 透 机 理 的 应 用 研 究 [J]．科 技 展望 ,２０１７,(２５):１３８－１４０．。

１ｍ， 始 应 力 区一 般 在 ２ ｍ 以 外 ， 始 应 力 区 内 煤 （ ） 裂 ５ 原 ０ 原 岩 体
对 于较 松软煤岩层的压裂钻孑 而言 ，封孔时首先要解决 Ｌ 的问题是钻孔密封段合理设计问题。见下 图 ２ 一新型高强度封
孔器设计 图。
而二 ～ 一一
一
隙相对不发育。由此可见 ， Ｌ 钻孑 裂隙圈远 比煤（ ） 裂隙规模 岩 体 小 。由于井下钻孔周围的煤 岩体 强度较低 （ 尤其 在松软 的岩层 和煤层 中）钻孔 周围往往存 在微裂 隙 ， 种情况 增加 了密封 ， 这
钻 孔 的 封孔 成 功 率 成 倍 提 高 。 ２１ 高 强 度 组 合 封 孔器 ．
１ 压 裂钻孔 封 孔机理 分析
现场实测表 明，压裂钻孔 密封段泄漏裂 隙要 由钻孔周 围 裂 隙圈 、 （ ） 煤 岩 体裂 隙 、 密封 体本 身裂 隙等 三种裂 隙组合 而 成， 研究 这三种裂隙分 布情 况 ， 是压 裂钻孔封孔技术研究 的基
研究表 明， 松软煤岩体裂隙较发育 ， 了有效控制 钻孔 周 为 围裂隙圈 ，须采用高强度组合封孔 工艺可有效控制钻孔及 其
附 近 的 泄 漏 通 道 。在 设 计 钻 孑 封 孔 段 里 外 侧 各 布 置 一 个 高 压 Ｌ 胶 囊 ， 胶 囊 中 注 入 有 机 封 孔 材 料 ， 其膨 胀 封 严 钻 孑 孔 壁 ； 在 使 Ｌ 然 后 在 两 个 胶 囊 形 成 的 封 闭空 间 内 高 压 注 入 有 机 封 孔 材 料 ，
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材料价格高 ， 成密封成本高 。见下 图 １ 造 高压胶囊封孑 器封孑 Ｌ Ｌ
示意图。
浆料在压力 作用下 ， 进入钻 孔周 围裂 隙内 ， 有机浆料 反应 、 膨