謝橋煤礦B8煤層水力壓裂增透技術(shù)研究.pdf

1、針對(duì)謝橋煤礦二水平東一B組采區(qū)下部車場(chǎng)揭B8煤層區(qū)域低透氣性、易誘導(dǎo)突出等問題，提出了重復(fù)壓裂、壓-沖結(jié)合的新型水力壓裂增透方法對(duì)揭煤區(qū)域瓦斯進(jìn)行強(qiáng)化抽采。采用理論分析、數(shù)值模擬和相似模擬試驗(yàn)相結(jié)合的研究方法，分析了新型水力壓裂強(qiáng)化煤層增透機(jī)制，研究了煤層起裂特征與應(yīng)力演化規(guī)律，并開展了現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。具體研究方法與結(jié)論如下:
　　(1)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)了揭煤區(qū)域B8煤層的瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)，得到煤層原始瓦斯壓力與含量分別為0.94MPa

2、和6.0m3/t，煤層原始透氣性系數(shù)為0.0147m2/(MPa2·d)，屬于高瓦斯、低透氣性煤層。
　　(2)依據(jù)最大拉應(yīng)力準(zhǔn)則，通過(guò)對(duì)裂隙前段進(jìn)行受力分析，得到煤層起裂壓力臨界值計(jì)算公式，總結(jié)分析了定向水力壓裂的裂隙起裂、延伸機(jī)理和增透作用，重復(fù)水力壓裂的裂隙起裂、延伸機(jī)理和產(chǎn)生轉(zhuǎn)向裂隙的條件，并根據(jù)定向壓裂和重復(fù)壓裂技術(shù)的增透機(jī)制，優(yōu)化了目前井下穿層鉆孔水力壓裂技術(shù)措施。
　　(3)采用RFPA2D-Flow軟件數(shù)值模

3、擬分析了在單孔壓裂和雙孔壓裂不同模式下，煤層起裂特征及壓裂孔周圍煤層應(yīng)力演化規(guī)律，得到B8煤層起裂壓力值為30MPa，單孔壓裂時(shí)會(huì)在壓裂孔周圍形成應(yīng)力降低區(qū)、應(yīng)力集中區(qū)、應(yīng)力過(guò)度區(qū)和原始應(yīng)力區(qū)，而采用雙孔壓裂（壓裂孔距14～15m）能有效消除應(yīng)力集中區(qū)。
　　(4)依據(jù)相似準(zhǔn)則構(gòu)建水力壓裂相似模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，開展了重復(fù)水力壓裂相似模擬試驗(yàn)，獲得了重復(fù)壓裂過(guò)程中B8煤層起裂壓力:為31.2～36.4MPa之間，與數(shù)值模擬相符;分析了煤

4、層頂板各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力變化規(guī)律:隨著壓裂的重復(fù)實(shí)施，煤層起裂壓力隨之降低，壓裂影響范圍逐漸增大，因此，可通過(guò)實(shí)施重復(fù)水力壓裂擴(kuò)大壓裂的影響范圍。
　　(5)開展了現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn)，并對(duì)其效果進(jìn)行了考察，得到在35MPa水壓下，煤層透氣性系數(shù)提高了57～88倍，由難以抽采煤層轉(zhuǎn)化為可以抽采煤層;在相同條件下，與地質(zhì)條件相同的、僅實(shí)施普通水力壓裂增透技術(shù)的東翼C組軌道石門揭B8煤層鉆場(chǎng)相比，單孔抽采平均純量增加了約150％，單孔抽采平均濃度上