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报告人：任梅青2017年6月23日南桐矿业公司所属矿井，均为煤与瓦斯突出矿井，其地质构造复杂（特别是构造区域地应力高）、瓦斯压力高（局部已经达18MPa）、瓦斯含量大（12～28m3/t），煤层松软且透气性极低（透气系数为0.005～0.007m2/MPa2.d），是我国煤与瓦斯突出灾害最为严重的矿区之一。近几年，集团公司着力推进“水治瓦斯”工作,南桐矿业公司党政高度重视瓦斯治理，并得到科技公司和松藻公司指导帮助，我公司精心组织开展了高压水力压裂煤层增透技术研究。2012年在东林、鱼田堡煤矿试验成功后，先后在南桐矿业公司其他矿井全面推广应用。我们的技术路线是“以水力压裂为手段，以增透抽采为途径。不图钻孔数量多，只求抽采效果好”。经过努力，区域瓦斯治理效果大幅度提高，基本实现预期目标。瓦斯超限次数大幅降低，打钻人员、抽采钻尺总量显著减少。现报告如下：简介（一）管理上求实创新、精耕细作瓦斯治理认识上高度统一。我们牢固树立瓦斯事故“可防、可控、可治”理念；坚持以瓦斯“零超限、零死亡”为目标；坚持“抽采治本、应抽尽抽”原则。坚持“管理操作两并重，物质精神双激励。以精细操作保质量，以优质工程保进度”原则。全力开展瓦斯治理研究，大力推广应用新技术、新工艺、新设备,操作上坚持“精心编制方案，全面收集资料，系统分析总结，探索技术规律”。1、统一认识、做好顶层谋划精心布置、强化管控。每年初公司就下达了瓦斯治理工作实施计划，制定了工作面块段、石门掲煤瓦斯治理和专用抽放巷掘进节点目标管理办法，明确了各级管理人员的工作职责和措施要求，制定了奖惩标准，按月进行检查考核。未按时完成瓦斯治理节点目标，按奖励标准进行对等处罚。狠抓部署兑现，为瓦斯治理留足时间、空间。公司把矿井瓦斯治理工程节点目标纳入日常管控，每月由公司通瓦部和安监部督查，对单项瓦斯治理工程节点目标完成情况进行检查确认，并执行奖惩兑现。对实施水力压裂抽采瓦斯工作未按要求落实的，严格追究相关责任人的责任。矿总工程师在公司每月召开的防重例会上要总结上月部署执行中存在的问题和补救措施。公司主要领导多次听取工作汇报，研究部署瓦斯治理工作。组建水力压裂专业组。2012年底，在东林煤矿首次实验完成后，将参加此工作的人员组成水力压裂专业组，负责公司各矿的水力压裂现场管理和实验工作。专业组共4人，挂靠东林煤矿，由公司通瓦部管理。组建瓦斯治理专业队伍。2016年10月，公司组建瓦斯治理指导队，定员12人，现有8人，由各矿井副科级以上的专业技术业务骨干组成。具有高中及以上文化程度，具有丰富的现场管理经验，熟悉煤矿瓦斯治理专业知识和操作技能，身体健康，工作认真负责，每一个队员都能做到“管理中是领队，操作时是工匠”，是一个精干高效的专业技术团队。全体队员共同确立了十六字工作准则“团结协作、诚实守信、精益求精、大胆创新”。2、创新瓦斯管理体系，探索瓦斯专业化管理公司瓦斯治理指导队的职责：负责指导并审查矿井区域瓦斯治理方案设计；负责组织矿井实施水力压裂工作前的现场工作验收；负责矿井压裂孔过煤参数收集，现场操作并监控压裂管的安设和封孔全过程，确保压裂孔的封孔质量；监督指导矿井压裂泵组日常检查、维修保养，提出中修、大修方案，保证设备完好；负责压裂泵组的现场操作，及时组织处理现场问题；负责对矿井压裂孔接抽质量监督检查，确保抽采稳定；负责压裂工程的资料收集、整理、分析，总结；开展瓦斯治理技术攻关、技术创新，破解技术难题，探索引进瓦斯治理新技术、新工艺、新设备，提高瓦斯治理效果，缩短瓦斯治理时间，降低瓦斯治理成本。明确责权利关系。矿井与公司瓦斯治理指导队形成甲乙方关系，以工程量和效果为依据按月结费，与矿井结算的费用中，压裂孔的抽采效果所占比重在50%以上，如果效果不好，还要处罚，目的就是强调效果，重奖重罚。瓦斯治理指导队内部建立二次分配制度。（二）技术上不断探索，多层次、全方位攻克技术难题无论仰孔、平孔、俯孔，都保证了封孔质量，封孔长度最小10米，最大达100米以上，水泥砂浆二次封孔，做到了全长封孔，压裂不漏水，抽采不漏气。特别是对于小倾角钻孔和水平钻孔，使用微膨胀水泥材料进行封堵，效果良好。1、摸索了一套行之有效的封孔工艺500500014356721第一次注浆管：2玛丽散：3第二次注浆管：4水泥砂浆：5压裂管兼抽放管：6压裂管接头：7注浆泵：8煤层：8压裂孔封孔示意图首先利用常压水反复洗煤孔，保证钻孔下杆、封孔能够到位，减少了煤粉堵死筛管的可能性。其次将压裂管内径由φ25mm改为φ36mm。再就是改开关式卸压为螺旋排放式卸压，在压裂结束后，能及时卸压排水，基本解决了煤粉堵死压裂管问题。若出现堵死现象，利用高压水进行疏通。这样，就可以利用压裂孔抽采瓦斯，不再另打抽采孔。2、解决了煤粉堵死压裂管问题现大量使用的宝鸡航天动力设备公司第三代产品，压力和流量能满足需要，但设备故障多，只能连续工作4小时。南京六合泵的流量小，压裂效果不好，只在红岩煤矿使用过。重庆水泵厂的压裂泵在同等压力下，流量小于宝鸡第三代泵。宝鸡第四代压裂泵组，其流量26.6m3/h、压力52MPa和流量39m3/h、压力34Mpa的工作参数，适合我公司煤层压裂，且体积变小，连续工作时间增长，计划4月内在东林煤矿试用。3、对压裂泵组使用效果全方位进行了比选宝鸡第四代泵重庆压裂泵压力（MPa）流量（m3/h）0102030405060708090102030405060压裂泵组流量压力曲线图宝鸡第三代泵现大量使用的宝鸡航天动力设备公司第三代产品，压力和流量能满足需要，但设备故障多，只能连续工作4小时。南京六合泵的流量小，压裂效果不好，只在红岩煤矿使用过。重庆水泵厂的压裂泵在同等压力下，流量小于宝鸡第三代泵。宝鸡第四代压裂泵组，其流量26.6m3/h、压力52MPa和流量39m3/h、压力34Mpa的工作参数，适合我公司煤层压裂，且体积变小，连续工作时间增长，计划4月内在东林煤矿试用。3、对压裂泵组使用效果全方位进行了比选根据不同条件，重点探索了如何选择合理的压裂顺序，判断钻孔压裂的效果，选择合适的时机进行卸压、放水。利用邻近压裂孔的相互影响，提高总体压裂效果。形成了水力压裂操作规范、技术标准和泵组操作维护管理规定。4、探索出了高效、实用的压裂操作流程俯角或小倾角钻孔施工在全负压通风条件下进行，巷道配风量大于300m3/min。对于自喷能力强的煤层，采用风力排渣，孔口湿式除尘。2016年公司没有出现施钻过程中的瓦斯超限现象。5、有效防止打钻喷孔和瓦斯超限水力压裂煤层增透预抽瓦斯技术先后在公司本部七个矿井和贵州矿井推广应用，取得了良好的效果。（另有技术总结）（一）深化了区域防突措施压裂增透抽采煤层瓦斯作为区域防突措施，一次性施工完成，无需施工其他穿层孔和顺层孔。经考察，穿层钻孔压裂后抽采180天，抽采负压13kPa,有效半径为60米。抽采达标后，采掘过程中不需要实施工作面防突措施。大幅度减少了钻孔工程量，实实在在缩短了抽采达标时间。举例如下：东林煤矿2606E4段机巷掘进条带，走向长280m，设计压裂孔3个,瓦斯抽采浓度98%，18个月抽采瓦斯27.5万m3，减少钻尺1.4万m。东林煤矿3604E2段回采工作面，走向280m，面积3.4万m2，布置压裂孔10个，抽采浓度95～98%，6个月时间抽采瓦斯29.9万m3，减少穿层孔、本层孔钻尺2.6万米。南桐煤矿7507下段工作面，走向450m，面积4.1万m2，布置压裂孔16个，抽采浓度83～95%，近5个月抽采瓦斯36.6万m3，减少穿层孔、本层孔钻尺3.3万m。举例说明举例说明南桐煤矿﹣325m7511机巷掘进条带，走向长度422m，设计压裂孔7个,抽采总管平均抽采浓度70%左右，平均抽采纯量1085.18m3/d，已抽出瓦斯量40多万m3。现继续抽采。兴隆煤矿1601S一段回采工作面走向长350m范围，在风巷采用顺层下向孔水力压裂区域预抽措施，钻孔间距25m，钻孔孔深35～40m，共设计施工14个钻孔。主管抽采浓度44～80％，平均浓度62％，平均抽采纯量1154.88m3/d，累计抽采瓦斯总量12.23万m3，抽采4个月后达标。（二）省去了局部综合防突措施工程量采掘工作面验证指标超标现象基本消除，无需实施工作面防突措施和效果检验，提高了采掘单产单进水平，降低了生产的安全风险。举例如下：举例说明东林煤矿3604E2段采取水力压裂治理瓦斯后，掘进和回采期间均未出现瓦斯预测指标超标现象，掘进单进提高了约60%；回采推进度由40m/月提高到55m/月，提高了37.5%左右。红岩煤矿3604S3段风巷、机巷后期掘进巷道实施穿层水力压裂抽采瓦斯后，掘进工作面验证未出现指标超标现象，掘进单进提高了43%。鱼田堡煤矿3504W4段工作面采取网格压裂孔预抽煤层瓦斯区域措施后，回采时只在构造区域出现一次1个钻孔预测孔指标超标现象，△h2=220Pa，工作面回采推进度由30m/月提高到45m/月。而2013年开采的3504三段工作面，采用穿层和本层常规钻孔区域措施，每一个循环都要实施工作面局部防突措施和效果检验，作业时间达30多小时。（三）瓦斯超限和事故得到有效控制实施压裂增透技术的采掘工作面，验证指标超标现象基本消除，瓦斯超限得到有效控制，消灭了煤与瓦斯突出和瓦斯等级事故，近三年瓦斯超限次数分别为22次、9次、5次，今年没有超限。（一）水力压裂刚结束时，煤层裂隙中充满了水，形成压力升高区，瓦斯暂时无法运移。开始抽采后，水分蒸发并进入抽采系统，煤层含水率逐渐降低，裂隙通道形成，压裂影响区域都能得到很好的抽采，包括压裂孔终孔点下方区域以及下向孔的压裂影响区域。（二）采用水力冲孔或机械方式对目标层掏穴，可提高压裂效果，还可防止煤粉堵死筛管而影响抽采。压裂结束后，在安全的前提下，应尽快排水，长时间保压容易造成压裂管堵死，无法抽采。如果压裂管被堵死，可使用高压水疏通。（三）压裂孔封孔质量好，能保证抽采浓度。一般情况下，压裂管内流速在2m/s以内，阻力损失小，能满足抽采量的需要。因为瓦斯解吸速度有限，另打专用抽采孔既增加钻孔工程量，又不能明显提高抽采效果，如果这些抽采孔封孔质量不好，还会降低抽采浓度和总量。（四）水力压裂一般不会对煤层顶底板造成损害，因为其压力低于煤层顶底板岩石的单轴抗压强度（即f值），更低于三轴抗压强度。但当目标层附近有自由面（例如抽采巷）时，可能会使自由面处的岩石产生位移和破坏。一般情况下，这些破坏对巷道管理影响不大。（五）水力压裂抽采效果存在不均匀性，特别是压裂参数选择失当或在受地质构造影响区域尤为明显。在进行区域措施效果检验时，应适度加密检验测试点。还应该进一步研究考察压裂效果和消除空白带的其他方法。（六）实施水力压裂前必须做好准备工作，特别是供水供电必须充分可靠。作业时，泵站到作业巷道范围应设为禁区，压裂孔口设视频监控和瓦斯监测，随时观察相关区域内的情况。压裂结束后的3个月内，禁止在压裂影响区域进行采掘活动，尽量不施工钻孔。（七）水力压裂成功的关键是封孔质量、大流量连续作业、施工作业顺序和足够的抽采时间，而钻孔数量的大幅度减少使得精细操作和管理成为可能，专业队伍发挥了至关重要的作用。如果采用常规方法，必须实施大量的钻孔和封孔工作，工程质量和工作质量难以保证。（八）水力压裂技术应用于低透气性煤层可大幅度提高预抽煤层瓦斯效果，作为煤层增透措施具有安全可靠、工程量小、抽采达标时间短的特点。穿层网格布孔水力压裂预抽煤层瓦斯的区域防突措施可在类似条件下推广应用。以上报告，如有不当之处，敬请各位领导和同仁批评指正！公THANKS重庆南桐矿业有限责任公司