义安矿水力压裂总结
为了探索一条适合于义安矿区域瓦斯治理路子，自8月13日到9月1日，义安矿FD003工作面进行了水力压裂增透技术试验。通过水力压裂实验，对实验后取得的效果进行了考察分析，对该技术应用过程中的一些注意事项进行了归纳和经验总结。在水力压裂的理论基础上，结合义安矿煤层的实际情况，提出水力压裂在义安矿应用过程中各个环节所存在的问题及需改进创新的地方，为以后在其他工作面的推广有很大的指导作用，使该技术在别的工作面应用时更高效，更规范，成功率更高。
一、 工作面概况
FD001工作面位于义安井田中部，12采区中部，根据有关地质资料及12031轨道顺槽联络巷及中部车场实际揭露情况，本区水文地质条件简单，主要充水水源为顶板砂岩裂隙水。根据Ⅱ期三维地震及瞬变电磁资料，FD003轨道顺槽掘进至108m～156m有一块L7富水压异常区，150m～210m有一块O2富水异常区。该工作面二1煤层伪顶不发育，直接顶为砂质泥岩，局部发育，厚0～7m。顶板为细砂岩成分的英砂为主，厚2.0～14.6m。伪底不发育，直接底为粉（细）砂岩，厚3.5m。老底为L7灰岩，厚5.0m。本区煤层主要有二1煤层、二2煤层。均属半亮型煤。二1煤层底板标高－315m～－250m，平均煤厚6.10m，煤厚变化快，富含FeS2结核，Ad=21.42%，Sd=2.23%。二2煤层底板标高－300m～－290m，煤厚0.3m～0.7m，平均煤厚0.5m。根据地质勘探报告，本井田瓦斯涌出量较大，瓦斯
含量4.02～12.19m3/t，平均为7.22m3/t。 二、 水力压裂设备
1、压裂设备：压裂注水泵采用额定压力为31.5MPa、额定流量为400L的BRW400/31.5型煤矿用乳化液泵（南京六和煤矿机械有限责任公司生产）；注水泵安装压力表、水表及卸压阀门等附件，水表采用GB/TT78-96型（LXL100EΔP≤0.03MPa），压力表采用苏制02000310号耐震压力表（60MPa）；与注水泵相连的供水箱容积为2.7m3，规格为长（2.7m）×宽（1m）×高（1m），在FD003轨道联巷专线水管上安装阀门，直接向水箱内补水。
2、压裂管路：钻孔外刚开始采用Φ51×6S-46MPa（Q/XXC058A-2006）型钢丝缠绕无缝钢管（凯迪西北橡胶有限公司(中国·咸阳)），但是FD003第三预抽巷2号孔压裂期间此管路无法承受30MPa的高压而被压坏，有两处扎丝被压断，后来用R13-51-35MPa型钢丝缠绕液压软管（平顶山市矿益胶管制品有限公司制造），用快速接头与注水泵相连接。钻孔内采用优质耐高压无缝钢管，采用快速接头与封孔器和钻孔外高压注水管路相连接。
3、封孔材料：部分钻孔采用ZF-A51增强型（河北欧亚特种胶管制造有限公司制造）或者SFKA70/45-1500型（河南理工大学制造）水力压裂专用封孔器进行封孔，封孔器由封孔胶囊、连接杆、出水嘴和注水头四部分组成，封孔器抗压强度为40MPa，外径65mm，内径45mm，加压扩张系数为2～3。另一部分钻孔采用聚氨酯加膨胀水泥进行封孔。
三、水力压裂原理
井下压裂的基本原理即将压裂液高压注入煤（或岩）体中原有的和压裂后出现的裂缝内，克服最小主应力和煤岩体的破裂压力，扩宽并伸展和沟通这些裂缝，进而在煤中产生更多的人造裂缝与裂隙，从而增加煤层的透气性。通过进行高压水力压裂作业，可以使煤体中的应力重新分布，在一定范围内减小煤层应力，形成卸压区，同时部分区域会产生应力集中。大量研究结果表明，应力的降低，可以产生较多的裂隙，大幅度提高煤体的透气性，从而提高煤层瓦斯抽放速率。承压状态下的煤体经过高压水力压裂以后，随着压裂缝隙的产生，煤层的应力分布、裂隙发育以及相应的透气性系数等参数都要发生规律性的变化。在一定范围内，应力会大幅度降低，引起受压煤体的裂隙张开，煤体的透气性提高。同时由于压裂缝隙的存在，受压以后，煤体会因为受压而发生弹塑性变形，在由水力压裂形成瓦斯流动宏观通道的同时，缝隙的上下侧面会形成大量的次生裂隙。由宏观的压裂缝隙和大量的次生裂隙共同构成了解析瓦斯的流动路径，从整体上看，煤体的整体透气性系数得以大幅度提高。由于煤体的渗透性提高，矿井瓦斯的顺层或穿层抽采钻孔的单孔影响范围随之扩大，有利于矿井的瓦斯抽放工作的开展。 四、义安矿水力压裂实验过程 1、压裂有效影响半径测定
依据新义煤矿水力压裂经验，影响半径在15-20米。为保证水力
压裂效果，义安矿水力压裂影响半径进行如下测定：
（1）在FD003胶带顺槽3号、4号钻长之间，距离4号钻场中线15米处布置1号压裂孔。在1号压裂孔左右两侧分别布置一个观察孔即1号、2号观察孔，1号观察孔位于4号钻场中线处，距离1号压裂孔15米；2号观察孔位于2号钻场和3号钻场之间，距离1号压裂孔19米。1号压裂孔和两个观察孔均沿FD003工作面轨道顺槽方向施工，1号压裂孔设计孔深100米，1、2号观察孔设计孔深70米，其布置方式如图一所示。
（2）先施工1、2号观察孔，每孔施工完成后安装孔板流量计，并连管抽放，抽放参数至少每天测定一次。
（3）1、2号观察孔施工完毕并连管抽放一个圆班后，开始施工1号压裂孔，进行水力压裂，观察1、2号观察孔抽放参数的变化情况，确定水力压裂影响半径。
2号钻场3号钻场FD003胶带顺槽19m15m4号钻场
2号观察孔1号压裂孔1号观察孔
图一 1号压裂孔和1、2号观察孔布置方式
2、压裂效果测定
（1）先施工本煤层钻孔作为观察孔，后施工压裂孔进行水力压裂并观察压裂效果
①在FD003工作面第三预抽巷轨道顺槽侧，开口中线后退40米施工本煤层382、376、370、364、358、352、346、340、334、328、322、316、312、308、304、300号，与FD003工作面胶带轨道顺槽侧已施工的本煤层抽放钻孔319—332号共同作为观察孔；由抽放队负责对每一观察孔安装孔板流量计，每天测定抽放参数。
②在FD003第三预抽巷内距轨道、胶带顺槽各47.6米处向工作面回采方向分别施工3号、4号水力压裂孔，先施工4号压裂孔，再施工3号压裂孔，打完一孔压裂一孔。
③压裂孔施工、压裂过程中及压裂后，由抽放队负责继续对观察孔进行抽放参数测定，自2号压裂孔压裂结束开始到3号压裂孔压裂结束向后顺延三班，每班测定参数一次，其它时间每天测定参数一次。
（2）先进行水力压裂，后施工本煤层钻孔作为观察孔并观察压裂实验效果
①在FD003第三预抽巷正中和距轨道顺槽、胶带顺槽27.4米处分别沿工作面掘进方向施工5、6、7号压裂孔进行水力压裂。
②对煤层进行压裂后施工本煤层钻孔做为观察孔，观察压裂后