21111（1）順槽底抽巷穿層鉆孔抽采濃度較低，為提高條帶穿層鉆孔的預(yù)抽效果，達(dá)到快速消突的目的，選擇對該處采取水力壓裂增透技術(shù)。為保證水力壓裂工作安全有序進(jìn)行，特編制本安全技術(shù)措施方案。
??????? 一、試驗(yàn)地點(diǎn)基本概況
??????? 1、試驗(yàn)地點(diǎn)概況
??????? 21111（1）順槽底抽巷（-790m東翼膠帶機(jī)大巷）為二水平運(yùn)煤大巷，兼做21111（1）順槽掩護(hù)巷。巷道斷面形狀為直墻半圓拱，巷道凈寬×凈高為：5500mm×4350mm。該巷道內(nèi)共安排3臺鉆機(jī)正常施工，現(xiàn)第一臺鉆機(jī)在78組鉆孔處向西施工，第二臺鉆機(jī)在123組鉆孔處向東施工，第三臺鉆機(jī)在157組處向東施工，本次壓裂方案設(shè)計(jì)2個(gè)壓裂鉆孔（鉆孔間隔50m），2#、3#壓裂孔自西向東布置，施工地點(diǎn)分別在130、135組穿層鉆孔處，該段范圍內(nèi)87～123組、140～157組穿層鉆孔已施工。
??????? 2、水力壓裂地點(diǎn)煤層頂?shù)装迩闆r
??????? 11-2煤層老頂為粉細(xì)砂巖，厚度2.4～11.5/7.44m，淺灰白色，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，頂部顆粒較細(xì)，層內(nèi)含白云母薄片及暗色礦物。
??????? 直接頂為11-3煤砂質(zhì)泥巖，厚度0～5.3/3.32m，砂質(zhì)泥巖:灰色,砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu),砂質(zhì)含量不均,上部偶見植化碎片。11-3煤:黑色,碎塊至粉末狀，瀝青光澤，暗煤。
??????? 11-2煤層直接底為泥巖11-1煤，0～9.08/4.52m，泥巖：灰色、局部深灰色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層內(nèi)含較多植化碎片，薄層狀，巖性較脆，易碎，巖芯局部完整，局部發(fā)育碳質(zhì)泥巖。11-1煤:黑色,粉末狀為主,暗煤。
??????? 老底細(xì)砂巖2.84～31.7/14.34m，細(xì)砂巖：淺灰色，塊狀，細(xì)粒，石英長石為主，硅鈣質(zhì)膠結(jié)，分選差，頂部與泥巖互為薄層狀，水平層理，抗壓強(qiáng)度為37.5Mpa。
??????? 21111（1）順槽底抽巷布置于細(xì)砂巖下的中砂巖層下部，巷道頂板為中砂巖。中砂巖7.44～27.18/15.52m，灰白色，中粒結(jié)構(gòu)，含少量粗粒成分，層理不明顯，層內(nèi)含少量暗色礦物，鈣質(zhì)膠結(jié)，頂?shù)撞堪l(fā)育有裂隙，巖性堅(jiān)硬致密。
??????? 附圖1：綜合柱狀圖。
??????? 3、瓦斯地質(zhì)情況
??????? 瓦斯含量：該區(qū)段所掘地段11-2煤層自然瓦斯含量為3.1～8.0m?/t。該區(qū)段11-2煤層底板標(biāo)高為-759.1～-715.2m，根據(jù)“集技[2009]304號”文規(guī)定：該區(qū)段屬于突出危險(xiǎn)區(qū)；瓦斯壓力：根據(jù)11-2煤層瓦斯地質(zhì)圖，預(yù)計(jì)該區(qū)段瓦斯壓力為1.5～2.5Mpa。試驗(yàn)處實(shí)測瓦斯含量1.5Mpa，140組處實(shí)測瓦斯含量6.64m?/t。
??????? 4、通風(fēng)情況
??????? 21111（1）順槽底抽巷為全負(fù)壓通風(fēng)巷道，風(fēng)量為1400m?/min。
??????? 通風(fēng)路線：
??????? 第二副井→-790m1#軌道石門→-790m東翼軌道大巷→21111（1）順槽底抽巷→水力壓裂鉆孔施工地點(diǎn)→-790m東翼膠帶機(jī)大巷回風(fēng)斜巷→東二11槽軌道下山→東二回風(fēng)上山→東風(fēng)井
??????? 附圖2：21111（1）順槽底抽巷水力壓裂通風(fēng)、監(jiān)測、避災(zāi)警戒系統(tǒng)示意圖
??????? 5、抽采系統(tǒng)
??????? 抽采路線：地面抽采泵站2BEY-72→瓦斯抽采孔（Φ630mm）→-630m回風(fēng)大巷（Φ630mm）→-530-790m東翼暗副斜井（Φ630mm）→21111（1）順槽底抽巷（Φ273mm）
??????? 二、水力壓裂設(shè)備選型安裝及相關(guān)設(shè)備材料
??????? 1、壓裂泵選型
??????? 水力壓裂設(shè)備選型為南井六合煤礦機(jī)械有限公司生產(chǎn)的BRW/200-56型乳化泵，額定壓力56MPa，額定流量200L/min。
??????? 2、相關(guān)設(shè)備材料
??????? 高壓水力壓裂系統(tǒng)由壓力表、高壓管、封孔器及相關(guān)裝置連接接頭等組成。
??????? 3、高壓系統(tǒng)安裝
??????? 水力壓裂泵安設(shè)在試驗(yàn)地點(diǎn)向東100m處，井下供水管連接至高壓注水泵水箱進(jìn)水口，通過壓裂泵加壓后，用Φ25mm高壓膠管，連接到壓裂鉆孔的高壓封孔管上，將高壓水流輸送至鉆孔內(nèi)，壓裂孔孔口處的高壓封孔管上必須安設(shè)高壓閘門、卸壓閥等。
??????? 附圖3：21111（1）順槽底抽巷水力壓裂系統(tǒng)安裝示意圖
??????? 三、水力壓裂實(shí)施方案
??????? （一）水力壓裂原理
??????? 水力壓裂技術(shù)主要機(jī)理：通過高壓快速驅(qū)動(dòng)水流，在短時(shí)間將大量的水?dāng)D入煤層微裂隙，微裂縫擴(kuò)寬伸展后，使煤層發(fā)生碎裂，產(chǎn)生網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的次生裂縫與裂隙，從而增加煤層的透氣性。同時(shí)高壓水進(jìn)入煤層微裂隙，置換部分煤層吸附瓦斯。
??????? （二）水力壓裂工藝流程
??????? 1、水力壓裂工作工藝流程
??????? 壓裂設(shè)備安裝→壓裂鉆孔設(shè)計(jì)與施工→測定煤層原始瓦斯含量及水份→壓裂鉆孔封孔→水力壓裂→壓裂效果檢驗(yàn)→施工抽采鉆孔→數(shù)據(jù)分析
??????? 2、各工序工作標(biāo)準(zhǔn)及要求
??????? （1）壓裂設(shè)備安裝
??????? 機(jī)電運(yùn)輸管理一科負(fù)責(zé)提供水力壓裂設(shè)備供電設(shè)計(jì)；勘探處根據(jù)設(shè)計(jì)要求安裝好高壓注水泵、高壓水管路系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求安裝供電系統(tǒng)，信息工區(qū)安裝遠(yuǎn)程電視監(jiān)測系統(tǒng)；機(jī)電修配中心負(fù)責(zé)設(shè)備調(diào)試工作。所有系統(tǒng)安裝、調(diào)試完成，經(jīng)機(jī)電運(yùn)輸管理一科等單位驗(yàn)收合格后，方可開始水力壓裂。
??????? （2）壓裂鉆孔設(shè)計(jì)與施工
??????? 壓裂鉆孔選擇在21111（1）順槽底抽巷8W19點(diǎn)向東6.6m、43.4m分別施工2#、3#孔，采用ZDY-3200S型鉆機(jī)配Φ113mm金剛石復(fù)合片鉆頭施工，第一次施工至煤層底板法距2m位置，退出鉆桿后，下一根2m注漿管進(jìn)行注漿封堵裂隙，使用普通水泥，壓力不小于4MPa，凝固48小時(shí)后，利用Φ94mm鉆頭進(jìn)行透孔，鉆孔終孔止于距11-2煤層頂板0.5米處，鉆孔必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行施工，在鉆孔施工中，應(yīng)準(zhǔn)確記錄鉆孔參數(shù)、鉆孔見各煤層時(shí)的長度，鉆孔在煤層中的長度，以及鉆孔開孔時(shí)間、見煤時(shí)間及結(jié)束時(shí)間。
??????? 附表1：鉆孔施工情況記錄表
??????? 附圖4：水力壓裂鉆孔設(shè)計(jì)圖
??????? （3）測定煤層原始瓦斯含量及水份
??????? 壓裂鉆孔施工期間，通防一科安排防突實(shí)驗(yàn)室人員做好瓦斯含量測定準(zhǔn)備工作，鉆孔見煤后，用DGC瓦斯含量快速測定儀測定煤層原始瓦斯含量，并收集煤樣進(jìn)行煤層水份測定，并做好相關(guān)記錄。
??????? （4）壓裂鉆孔封孔
??????? 鉆孔封孔采用“一堵多注、帶壓注漿”方式進(jìn)行封孔。
??????? ①?孔內(nèi)全程下入Φ25mm內(nèi)徑壓裂管至孔底，壓裂管每根長1m，采用特制接頭連接。實(shí)管下至見煤點(diǎn)后0.5m位置，其余見煤段為高壓篩管（最上段篩管帶堵頭，且篩管采用紗布包裹）。
??????? ②?壓裂鉆孔孔口段10m送入Φ25mm內(nèi)徑的超高壓無縫綱管，抗壓能力不小于50MP。每根無縫鋼管長2m，采用特制接頭連接；
??????? ③?壓裂管外露孔口不小于400mm，孔外的一根無縫鋼管尾端焊接Φ25mm高壓直通快速接頭，確保能正常與兩根Φ19mm內(nèi)徑高壓纏繞鋼編管連接。為確保鋼管不從孔內(nèi)向下滑，還需在最后一根鋼管孔外段加工支撐塊。
??????? ④?鉆孔孔內(nèi)下4分注漿管、返漿管，其中返漿管下至見煤位置，注漿管超過孔口封堵段長度0.3m。
??????? ⑤?孔口封堵段使用采用聚氨酯加棉紗進(jìn)行封堵固定。封堵長度不小于2m、同時(shí)在孔口打入木塞加固。
??????? ⑥?聚氨酯固孔結(jié)束后，利用注漿泵進(jìn)行帶壓注漿，用普通水泥、白水泥對進(jìn)行封堵，水灰比為0.7:1，普通水泥和白水泥比例為3：1，根據(jù)實(shí)際情況采用多次帶壓注漿進(jìn)行封孔，注漿壓力不得小于4Mpa。
??????? ⑦?注漿結(jié)束待水泥漿沉降后，通過返漿管再次向孔內(nèi)進(jìn)行注漿，直至壓裂管返漿，反復(fù)進(jìn)行2～3次。壓裂孔注漿凝固至進(jìn)入11-2煤層0.5m處。
??????? 附圖5：水力壓裂鉆孔封孔示意圖
??????? （5）水力壓裂過程
??????? ①壓裂試驗(yàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測
??????? 試驗(yàn)中采用遠(yuǎn)距離操作。
??????? 為精確計(jì)算并實(shí)施監(jiān)測孔內(nèi)壓力變化，試驗(yàn)中要記錄壓裂泵處監(jiān)測到的泵注壓力，并設(shè)計(jì)在壓裂孔孔口安裝壓力傳感器，實(shí)現(xiàn)孔內(nèi)壓力變化的遠(yuǎn)距離精確監(jiān)測（壓力傳感器數(shù)據(jù)記錄表見附表2）。
??????? 在泵注系統(tǒng)管路中安裝流量計(jì)，實(shí)現(xiàn)時(shí)時(shí)監(jiān)控流量及累計(jì)注入量（流量傳感器數(shù)據(jù)記錄表見附表3）。
??????? 在壓裂孔及其周邊10m范圍內(nèi)安設(shè)瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳎O(jiān)測壓裂鉆孔回風(fēng)流內(nèi)的瓦斯?jié)舛茸兓ㄍ咚節(jié)舛葦?shù)據(jù)記錄表見附表4）。