煤矿井下新型水力压裂封孔材料优化及封孔参数研究

寺家庄矿水力压裂切顶卸压技术研究席冰冰（华阳新材料科技集团有限公司，山西 阳泉 045000）摘 要 针对寺家庄煤矿地应力大、15#煤层顶板岩层厚度大、硬度高的特点，提出采用水力压裂顶板的方法控制巷道围岩大变形。

在15110回风巷选择400 m 试验段，并在距离工作面100 m 和200 m 位置布置两个测站用于监测巷道围岩变形量及煤体应力变化。

现场监测数据显示：两个测点顶板下沉量最大值分别为52 mm 和66 mm ，底鼓量最大值分别为144 mm 和72 mm ，两帮移近量最大值分别为165 mm 和175 mm ，且煤体并无明显应力集中区域。

关键词 高地应力；坚硬；水力；压裂中图分类号 TD353 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2021.11.020Study on Hydraulic Fracturing Top-cutting and Pressure Relief Technologyin Sijiazhuang Coal MineXi Bingbing(Huayang New Materials Technology Group Co., Ltd., Shanxi Yangquan 045000)Abstract : In view of the characteristics of large ground stress, large thickness and high hardness of roof in the 15# coal seam, the method of hydraulic fracturing roof is proposed to control the large deformation of roadway surrounding rock.?The test section of 400 m is selected in the 15110 return air roadway, and two stations are arranged at 100 m and 200 m away from the working face to monitor the deformation of surrounding rock and the change of coal stress.The on-site monitoring data shows that the maximum roof subsidence of the two measuring points is 52 mm and 66 mm respectively, the maximum bottom drum volume is 144 mm and 72 mm respectively, the maximum approaching values of the two sides are 165 mm and 175 mm respectively, and there is no obvious stress concentration area in the coal body.Key words : high ground stress; hard; hydraulic power; fracturing收稿日期 2021-07-18作者简介 席冰冰（1986—），男，山西襄汾人，2012年毕业于中国矿业大学采矿工程专业，采矿工程师，现从事煤矿安全监管工作。

煤与瓦斯突出矿井定向水力压裂卸压技术研究摘要:在借鉴国内外煤与瓦斯突出矿井定向水力爆破和高压水力压裂技术的基础上，通过在沙曲矿24305尾巷4#煤层注水压裂的实例分析，提出了高压脉动定向水力压裂卸压技术，为煤与瓦斯突出防治工作提出了一种新的手段和方法。

关键词:防治煤与瓦斯突出煤与瓦斯突出矿井定向水力压裂技术研究煤与瓦斯突出矿井低透气性煤层的开采往往伴随着大量瓦斯涌出，特别是随着煤炭生产的高效集约化和开采深度的增加，瓦斯涌出量越来越大，煤与瓦斯突出危险的威胁越来越严重，瓦斯灾害已成为制约高效集约化开采技术发展和安全生产的最重要因素。

因此，如何有效地解决突出煤层在开采过程中的瓦斯突出和大量瓦斯涌出问题，对煤矿安全生产具有十分重要的意义。

沙曲矿是煤与瓦斯突出矿井，瓦斯绝对涌出量在全国也是排名前列，2010年矿井绝对瓦斯涌出量鉴定结果为440.39m3/min，相对瓦斯涌出量为78.47 m3/t。

先后被抚顺煤科院鉴定结果为：北翼2#煤+430m水平及以上区域无煤与瓦斯突出危险性；南翼3#煤+420m 水平及以上区域无煤与瓦斯突出危险性；4#、5#、6#煤层均为突出煤层。

因此，随着采深的不断增加，煤层瓦斯含量和瓦斯压力还在不断增加，部分掘进煤巷月进尺只有40～60m，存在一定的抽掘矛盾，瓦斯治理是制约沙曲矿高产高效安全生产的主要瓶颈。

为有效解决煤与瓦斯突出及瓦斯综合治理的问题，必须采取合理、有效的防突措施。

一、对煤体进行高压水力压裂通过钻孔向煤层压入液体（主要为水），当液体压入的速度远远超过煤层的自然吸水能力时，由于流动阻力的增加，进入煤层的液体压力就逐渐上升，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，当压入的液体被排出时，压开的裂隙就为煤层瓦斯的流动创造了良好条件。

向钻孔注入高压水，一方面通过高压注水压力可以使水渗入到不同的裂隙孔隙中，增加煤体的润湿性高压水可以使得裂隙不断贯通、扩大，扩大润湿半径，最大范围地改变煤层的物理力学性质，使空白带内煤体卸压、增透和瓦斯排放有效影响范围扩大，提高钻孔瓦斯抽放效果；另一方面通过高压作用于煤体，可以最大限度的使得煤体力学性质发生改变。

煤层气藏水平井分段压裂裂缝参数优化近年来，随着国家煤层气开发形势的发展，煤层气藏水平井分段压裂技术在煤层气开发中已经得到广泛应用，取得了一定的经济效益和技术效果。

然而，在实际开发过程中，煤矿储层物性参数的变化会对压裂井的措施和设计参数产生很大影响。

采用不当的压裂参数设置，可能会导致压裂效果不理想，既影响压裂后的产量改善，也可能增加压裂的风险和成本。

因此，煤层气藏水平井分段压裂裂缝参数优化成了一项重要的科研任务。

首先，在采用压裂技术开发煤层气藏之前，必须对其储层物性参数以及技术条件进行全面的分析和研究，以更准确地了解其特性，从而确定其合理的压裂参数；其次，根据实际技术要求，采用理论、试验和模拟等多种方法，针对煤层气藏水平井分段压裂裂缝参数，对其压裂工艺参数进行优化研究，提升压裂效果，延长压裂后的保护期；再者，采用信息化管理系统，用技术分析和模拟计算方法，对压裂技术参数进行评价和优化，准确地记录压裂作业的数据信息，从而掌握压裂效果，使压裂作业更加精确，增强压裂后的有效分布，减少压裂成本，提高煤层气藏水平井分段压裂的经济效益。

此外，煤层气藏水平井分段压裂裂缝参数优化还应包括其他多方面的内容，如压裂剂的选择、压裂工艺的完善、压裂剂介质的研究、压裂作业的质量监控、压裂管柱安装及拆卸、压裂工艺的应用等。

针对这些问题，各种手段和方法都要求按照特定的步骤从技术角度进行研究，以获得较优的压裂参数，从而发挥压裂技术的最大效用，建立起更加完善的压裂作业规范，提高资源的开发效率。

通过本文的研究可以说明，煤层气藏水平井分段压裂裂缝参数优化至关重要，是获得良好煤层气产量的重要保障。

为此，在实际压裂作业中，应加强储层物性参数对压裂参数的影响研究，选择合理的压裂参数，不断完善压裂工艺，以及在维持安全性的前提下降低投入，综合利用现有的技术和设备，提高煤层气藏水平井分段压裂的经济效益和技术效果，从而推动煤层气产量的增加，为满足国家能源安全的需要做出贡献。

煤矿地面水力压裂增透技术研究及应用随着煤矿深度的增加和采空区的扩大，煤层裂隙的连通性逐渐减弱，导致煤层透水性下降。

为了提高煤层透水性，一些煤矿企业通过地面水力压裂技术来实现增透，取得了很好的效果。

本文以某煤矿为例，介绍了其水力压裂增透技术的研究及应用情况。

地面水力压裂增透技术是一种通过喷射高压水流将水平煤层裂隙强制扩张的技术。

其原理基于以下三个方面：1.地应力效应。

煤层深度越深，地应力越大。

在高压水流的冲击下，煤层裂隙会逐渐扩大，破裂面积增大，导致煤层透水性增加。

2.水流冲刷效应。

高压水流在进入煤层裂隙后，会引起局部水流速度的剧烈变化。

这种水流速度变化会产生剪切力和摩擦力，使煤层裂隙周围的颗粒产生磨蚀和冲刷，促进煤层裂隙的扩大和连通。

3.压缩弹性效应。

在高压水流的作用下，煤层内的孔隙和裂隙会遭受水压力和应力的双重作用，从而产生弹性变形。

当水流停止喷射后，孔隙和裂隙会恢复原状，形成较大的空隙和缝隙，进而改善煤层透水性。

二、技术应用过程1.制定施工计划。

根据煤层地质条件和透水性要求，制定施工计划，明确水力压裂方案、施工工艺和设备配置等内容。

2.选择施工点位。

选取煤层透水性较差的地段，确定水力压裂的施工点位和井点位置，同时进行现场勘察和测量，明确煤层深度、倾角、孔隙度和裂隙特征等参数。

3.布设压裂管网。

根据地质条件和水平煤层裂隙的特点，选择合适的压裂管径和喷嘴数量、排列方式，在施工点位井筒内布设压裂管网，并将其与高压水泵和控制系统连接。

4.试压和压裂。

先进行试压，检测管道系统的密封性和耐压性，并根据煤层特点和地质结构参数调整水流压力和流量。

然后开始压裂作业，根据水力压裂方案逐级进行压裂，使煤层裂隙扩张，直到达到要求的透水性。

5.井筒修复和安全措施。

水力压裂后，需要对井筒进行修复和加固，确保井壁的完整性和稳定性。

同时，应选派专人进行安全监测和管道维护，以确保压裂作业的安全性和顺利性。

某煤矿应用地面水力压裂增透技术后，取得了以下几个明显的效果：1.煤层透水性显著提高。

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。

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]。

##松藻煤电公司打通一煤矿松软突出煤层高压水力压裂试验总结报告松藻煤电公司打通一煤矿二零一一年九月目录摘要21 前言52 试验地点概况62.1 工作面布置62.2 试验地点的煤层瓦斯赋存情况63 压裂设备选型与运输安装73.1 压裂设备选择73.2 设备运输与安装84 钻孔设计与施工94.1 压裂孔设计与施工94.2 检验孔设计与施工135 压裂实施145.1 HTB500型泵压裂试验145.2 BZW200/56型泵压裂试验166 压裂效果考察176.1 压裂X围考察176.2 抽采效果考察237 结论30摘要打通一矿为煤与瓦斯突出矿井，煤层透气性系数低，煤质松软，煤层瓦斯含量大，穿层钻孔施工过程中垮孔严重，瓦斯预抽非常困难，严重威胁矿井采掘安全。

随着矿井向深部延深，瓦斯威胁日益加剧，因此矿积极推进“水治瓦斯〞科技攻关，强化瓦斯抽采。

矿井在成熟应用水力割缝技术根底上，开展了高压水力压裂技术试验研究。

本次水力压裂试验分两个阶段进展，累计压裂4个孔，压裂试验达到预期节点目标。

试验第一阶段采用##航天动力集团生产的HTB500型泵压裂2个孔〔压1#孔，压2#孔〕；试验第二阶段采用##六合煤机公司生产的BZW200/56型泵压裂2个孔〔压3#孔，压4#孔〕。

压1#孔设计压裂M7煤层，累计注水量310.39m3，主泵压力17～41.7MPa，流量0.6～13.7m3/h之间，压裂过称中屡次出现压力下降-流量上升过程，为检验压裂效果，在压裂孔倾向、走向方向累计施工检验孔14个，经取样检测得出：压1#孔沿煤层倾向最大压裂影响X 围是50m，沿走向最大影响X围是70m。

对压裂影响X围内的检验孔与常规钻孔抽放效果进展比照，结果说明：压裂后，钻孔瓦斯自然排放与抽采浓度、纯量均有大幅提高。

自然排放条件下，压裂影响X围内检验孔排放浓度为78～95%，平均单孔瓦斯排放纯量提高2.5倍；在接抽条件下，压裂影响X围内钻孔抽采浓度提高40%左右，平均单孔瓦斯抽采纯量提高1.9倍。

一种煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置及其方法一、引言在煤矿井下开采中，水力压裂钻孔封孔是一项关键工艺，用于防止瓦斯和煤尘爆炸的发生。

本文将介绍一种新型的煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置及其方法，以提高封孔效果和安全性。

二、装置介绍该装置由以下几个部分组成：水力压裂钻孔机、封孔器、连接管道和控制系统。

水力压裂钻孔机负责在煤矿井下钻孔，封孔器用于将水泥浆注入钻孔并堵塞钻孔口，连接管道将水泥浆输送至钻孔位置，控制系统用于控制装置的操作。

三、操作步骤1. 首先，将水力压裂钻孔机安置在需要进行封孔的钻孔位置上，并进行固定。

2. 启动水力压裂钻孔机，开始钻孔作业。

在钻孔的同时，通过连接管道将水泥浆输送至封孔器。

3. 当钻孔达到一定深度后，停止钻孔作业，将封孔器插入钻孔中。

封孔器具有可调节的封孔口径，以适应不同钻孔尺寸。

4. 启动控制系统，通过控制水泥浆的注入速度和压力来控制封孔器的封孔效果。

水泥浆在注入钻孔时会顺着封孔器的管道流入钻孔中，堵塞钻孔口。

5. 当水泥浆注入完毕后，停止控制系统的操作，并等待一段时间，让水泥浆完全凝固。

6. 最后，将封孔器从钻孔中取出，完成封孔作业。

四、优势与应用该装置具有以下优势和应用价值：1. 封孔器具有可调节的封孔口径，适用于不同尺寸的钻孔。

2. 控制系统能够精确控制水泥浆的注入速度和压力，提高封孔效果。

3. 该装置操作简便，能够提高工作效率，减少人力投入。

4. 封孔效果可靠，能够有效地防止瓦斯和煤尘爆炸的发生。

5. 该装置适用于各种煤矿井下的封孔作业，具有广泛的应用前景。

五、总结本文介绍了一种新型的煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置及其方法。

该装置通过水力压裂钻孔机、封孔器、连接管道和控制系统的组合，实现了钻孔封孔操作的自动化和精确控制。

这种装置具有封孔效果可靠、操作简便、工作效率高等优点，有望在煤矿井下的安全生产中得到广泛应用。