某矿井穿层钻孔水力强化增透技术研究

张艳利

摘  要：某矿井地质构造复杂，瓦斯含量大、压力高，煤层透气性差，钻孔容易塌孔，抽采效果不佳，为提高煤层透气性，有效提高瓦斯抽采效果，对水力强化增透技术进行研究，为新河矿井瓦斯治理提供新的途径。

关键词：水力强化;增透;瓦斯抽采

一、矿井概况

某矿井设计规模60万t/a，设计1个采区，1个工作面。地勘和目前建井期间，测得二1煤层瓦斯钻孔试样17个，瓦斯含量为1.47～27.86 m3/t，瓦斯压力达到2.6～3.05 MPa，属煤与瓦斯突出矿井。

二、水力强化试验点介绍

根据项目研究安排，水力强化增透试验点主要分为三个方面，一是工作面上下车场石门水力强化快速揭煤，二是工作面下顶抽巷穿层钻孔水力强化抽采工作面运输顺槽条带瓦斯，三是工作面上顶抽巷围岩抽采层钻孔水力强化抽采工作面回风顺槽条带瓦斯。

本文重点对工作面下顶抽4号钻场水力强化增透技术进行研究分析，4号钻场共实施两个水力强化钻孔，钻孔编号为XH12091XD04C01和XH12091XD04C01，钻孔参数如表1。

表1  4号钻场水力强化钻孔施工参数

三、水力强化过程及分析

4号钻场XH12091XD04C01钻孔共进行了4次水力强化作业，12091C4-2钻孔进行了1次水力强化作业。4号钻场2个钻孔水力强化作业过程见表2。

表2  12091下抽巷4号钻场水力强化作业过程情况表

XH12091XD04C01钻孔于2011年10月25日、2011年11月11日和2011年11月20日3次吞吐压裂主要是在煤层中多裂缝体系和较长的裂缝，后期在3号钻场打钻和5号钻场卸压裂缝说明了这3次压裂的影响范围比较大，超过20 m。XH12091XD04C02钻孔于2011月11月21日冲洗卸压，在5号钻场冲出大量煤，造成下抽巷瓦斯超过4分，持续时间达3天以上，共涌出瓦斯约为11900 m2。2012年2月23日再次对XH12091XD04C01钻孔进行水力强化作业，将3号、4号、5号钻场范围内的裂缝中的煤粉进一步冲洗，增加透气性。

从钻孔分布图可以估算出流量在0.5 m？/min时，管路摩阻约2 MPa，破裂压力约为18MPa，裂缝延伸压力约为15.5MPa，煤体抗拉强度约为2.5 MPa。

四、水力强化效果分析

为了考查水力强化效果，2号钻场作为参照钻场，设计施工并连抽了32个钻孔，不进行水力强化。

（一）水力强化影响范围。根据水力强化时相邻巷道出水、出煤点以及抽采瓦斯的效果判断，4号钻场水力强化影响范围为包括3号、4号、5号钻场。

（二）日抽采瓦斯纯量和浓度对比。4号钻场XH12091

XD04C01水力强化钻孔与2号钻场32个钻孔分别于2011年12月22日和2012年1月2日开始连抽，截止2012年3月24日，分别连续抽采91和80天，水力强化钻孔平均日抽采纯量是2号钻场平均单孔日抽采纯量的4.3倍，水力强化钻孔平均抽采浓度是2号钻场平均抽采浓度的2.4倍，4号钻场水力强化钻孔与2号钻场平均单孔日抽采量、浓度曲线如图1所示。

图1  4号钻场水力强化钻孔与2号钻场平均单孔日抽采量、浓度曲线

结论：4号钻场钻孔经过水力强化增透试验实施后，煤体得到较大程度泄压，煤体应力梯度下降，煤层透气性大大增加，

4号钻场钻孔抽采浓度和抽采纯量较2号钻场未强化钻孔有了大幅度的提高，表明水力强化增透措施在增强煤层透气性、提高瓦斯抽采效果方面具有很好的效果，具有较高的推广价值。

参考文献：

[1] 辛新平，高建良，马耕等. 穿层孔吞吐压裂水力强化抽采技术研究及应用 [J] .采矿与安全工程学报， 2014， 6： 24- 27.

[2] 刘明举，孔留安，郝富昌等. 水力冲孔技术在严重突出煤层中的应用[J] . 煤炭学报， 2005， 30（ 4）： 11- 14.