高瓦斯低透煤层水力压裂石门揭煤技术与应用

摘要

煤与瓦斯突出是煤矿井下作业中一种极其复杂的动力现象，然而在石门揭穿突出煤层的过程中，发生煤与瓦斯突出往往是突出类型强度与危害性最大的一种。由于其强度大、频率高、危害性大的特性，所以在我国近几十起特大型突出事故中，石门揭煤发生的突出就占了约80％。针对这一问题，国内外很多专家学者提出了很多突出理论与解决措施，不同的解决措施存在着不同的问题，例如存在方法施工工艺复杂，石门揭煤的周期过长或者准备巷道掘进时间过长并且效果不明显的问题，所以本文将深入探究水力压裂在突出煤层石门揭煤过程中的应用效果。
　　本文针对新宏煤矿水力压裂卸压增透石门揭煤技术的研究，采用理论分析、数值模拟和现场试验相结合的方法进行深入探究，通过对石门揭煤发生突出的条件进行分析，对比工作面与石门揭煤区域的应力状态的不同，根据防治突出的基本原则，利用水力压裂技术进行快速消突安全揭石门。应用RFPA2D模拟软件对钻孔水力压裂过程进行分析，通过分析水力压裂的煤层起裂压力，压裂孔的影响半径，压裂时煤体的应力变化以及压裂后煤体内部裂隙的发展情况。根据模拟结果以及以往经验初步选取较为合理的参数，根据选取的参数在揭煤点进行水力压裂实验，并对压裂效果进行考察，在防突措施得到保证的情况下，进行安全快速的揭煤。对压裂工艺流程以及安全措施进行了详细的设计，设计了不同的考察方案。结果表明通过水力压裂措施能提高B1煤层的透气性系数、煤层内部裂隙明显扩大、并且大大提高了瓦斯抽采率达到了降低煤层突出危险性的目的。通过水力压裂技术在高瓦斯低透气性单一煤层石门揭煤的过程中体现出高效快速等优越性。对于促进矿区的高效生产，安全发展，提高工人的工作环境，起到了积极的作用。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 煤与瓦斯突出研究现状

1．2．2 当前煤层增透技术研究

1．2．3 水力压裂研究现状

1．3 研究内容、思路及方法

1．3．1 研究内容

1．4 主要研究内容和技术路线

1．4．1 研究内容

1．4．2 技术路线

2 水力压裂石门揭煤理论研究

2．1 石门揭煤煤与瓦斯突出发生的条件分析

2．2 石门揭煤前揭煤区域应力状态分析

2．3 水力压裂增透的作用机理

2．3．1 大直径钻孔卸压增透作用机理

2．3．2 钻孔围岩任意点处的应力状态

2．3．3 外力作用下煤层裂缝的产生与延伸

2．3．4 穿层钻孔起裂注水压力与起裂位置的确定

2．4 石门揭煤区域水力压裂技术的可行性分析

2．5 本章总结

3 基于RFPA的水力压裂数值模拟

3．1 数学模型的建立

3．1．1 计算模型

3．1．2 数值模拟方案

3．1．3 数值计算方案

3．2 水力压裂煤层增透数值分析

3．2．1 不同的埋深煤层下的起裂压力模拟实验

3．2．2 不同的埋深煤层下的卸压范围模拟实验

3．2．3 不同的埋深煤层下的渗透系数模拟实验

3．3 本章小结

4 水力压裂增透工艺

4．1 矿井概况

4．1．1 井田地理位置

4．1．2 井田特征

4．2 试验区域概况

4．2．1 煤层及项底底板巷概况

4．2．2 煤层赋存特性

4．2．3 水力压裂石门揭煤防突措施

4．3 B1煤层底板巷注浆加固

4．4 水力压裂设备选型及工艺流程

4．4．1 水力压裂设备选型

4．4．2 压裂压力

4．4．3 压裂时间控制

4．4．4 水力压裂工艺流程

4．5 现场水力压裂实验

4．5．1 水力压裂孔的布置

4．5．2 水力压裂孔封孔工艺

4．5．3 水力压裂的实施过程

4．5．4 水力压裂过程中出现的问题及原因分析

4．5．5 水力压裂过程中的安全技术措施

4．6 本章小结

5 水力压裂试验效果分析及安全揭煤

5．1 水力压裂过程中瓦斯涌出量考察

5．2 压裂前后钻孔瓦斯抽采量的考察

5．2．1 压裂前钻孔瓦斯抽采量的考察

5．2．2 压裂后钻孔瓦斯抽采量的考察

5．2．3 压裂前后抽采效果对比分析

5．3 B1煤层原始基础参数的测定

5．4 压裂后煤层基本参数变化

5．5 采取安全防突措施揭开煤层

5．5．1 震动放炮防突措施

5．5．2 过煤门过程中防突措施

5．6 揭开煤层整体安全防护措施

5．7 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢