煤矿井下智能压裂泵系统研究

摘要

为解决坚硬难垮落顶板治理、瓦斯抽采增透等安全高效开采技术面临的核心装备支撑不足难题,研究了一套煤矿井下智能压裂泵系统。该系统攻克了泄液回收大流量压力控制技术、压裂过程变频压力实时调节技术以及智能控制和监测技术等关键难题。研究阀芯硬密封副技术、可靠性开启技术、瞬态大流量流道和容腔设计及泄液回收技术和压力检测及泄压技术为一体的泄液回收大流量压力控制技术,研制了最大流量1000 L/min、额定压力40 MPa的大流量泄液回收压力控制阀,实现大流量工况下压力精确控制和泄液回收功能。压裂过程变频压力实时调节技术是以坐封、起裂及压裂过程的压力需求函数,通过控制器、传感器、变频泵站及电控流量阀组成的控制闭环,实现了3~40 MPa大压力范围的压裂压力精确控制。智能控制和监测技术攻克了低压自动坐封、压力自动跟随起裂和压裂自动识别等核心技术难题。在榆林大梁湾煤矿、陕煤集团孟村煤矿和华晋集团沙曲一矿进行了井下超长孔复合压裂关键技术的实施验证,完成了坚硬岩层顶板水力压裂治理的工业性试验,现场试验得出:煤层起裂时间范围在4~15 min,起裂压力范围在15~21 MPa,压裂后维持压力在12~16 MPa,单次注水量范围在1.3~5.5 m^(3)。应用表明,该系统能够满足超长距离坚硬难垮落顶板的弱化及治理对水力压力装备的要求。