一、前言

梨园坝煤矿为煤与瓦斯突出矿井，煤层透气性系数低，煤质松软，M6煤层瓦斯含量3.95～23.8m3/t，平均12.04m3/t，M8煤层的瓦斯原始含量1.36～28.68m3/t，平均15.12m3/t。矿井井田范围内M6、M8煤层为复合煤层，M6、M8煤层平均厚度分别为1.57m、5.5m；M6、M8煤层原始瓦斯含量高。

梨园坝煤矿按照煤电公司水治瓦斯相关规定，在2013年成立了水力压裂实施小组，开始进行水力压裂技术试验，预抽煤层瓦斯抽采量、抽采浓度明显提高。

二、水力压裂原理和设备

1.高压水力压裂的基本原理

煤矿中高压水力压裂技术是通过压裂设备（乳化泵）的运转将清水经吸液阀吸入，排液阀排出，从而使电能转换成液压能，通过管路的连接将高压水流注入到煤岩层中，因高压水流克服最小主应力和煤岩体的破裂压力，使得煤层中原有的裂缝充分张开、延伸、相互沟通，达到导流的目的，为瓦斯在煤岩层中的流动通道空间增大和增加，从而提高煤层透气性系数，使瓦斯易于抽采。

2.高压水力压裂的主要设备

梨园坝煤矿实施高压水力压裂设备采用BZW—200/56型乳化泵，单泵流量为200L/min，SX-3000型（3000L）水箱。高压水力压裂系统由压裂泵、水箱、智能操作台、监控设备、高压钢编管、孔内压裂管、BFK15/2.4型高压封孔机、防爆开关及相关装置连接接头等组成。实施高压水力压裂时有专门的供电、供水系统。

供电系统：主要由+720m变电所提供的10KV高压电流通过供电线路输送到井下移动式变频电机（功率为500KVA），通过变频后变为1140V电压输入到乳化泵站。

供水系统：由梨园坝地面水池经副斜井→各阶段（水平）大巷→水力压裂地点，在压裂地点主要采用一趟Φ108mm管径的水管供水，保证供水流量不得小于30m3/h。

高压水力压裂装备的联接顺序为：供水管路→水箱→压裂泵→监控及智能操作台→高压水管→钻孔内部管路。

三、高压水力压裂实施过程

（一）高压水力压裂实施过程

1.压裂钻孔施工及封孔

压裂钻孔先用Φ75mm钻头施工分别穿透至压裂煤层顶板，再用Φ94mm直径的钻头分别扩孔至被压裂煤层顶板1m，确保压裂管能正常送入孔底，注浆管能正常送入孔内至压裂煤层底板。埋管时，保证压裂管前端筛管通畅，然后依次接上压裂管，压裂管直接送入压裂钻孔孔底；注浆管送入孔内至压裂煤层底板下0.5m，压裂管送到位后，再送入注浆管；注浆管口与闸阀连接，闸阀与注浆泵出口端的注浆管连接；注浆时开启闸阀，注浆结束后及时关闭闸阀；压裂钻孔孔口采用树脂胶+棉纱或者水泥砂浆+棉纱封堵，封堵长度不低于500mm ，同时在孔口打入木塞；压裂孔注浆时，采用水泥砂浆机械封孔，注浆至压裂煤层底板位置。首次注浆后保证反浆管畅通并放出反浆管内水泥浆液；间隔12小时后，二次注浆至孔底压裂筛管返浆为止，压裂孔封好后采用捅孔法或瓦斯检查法检查压裂孔是否堵塞，如发现堵塞现象，应及时采取措施疏通。

压裂管采用丝扣连接，孔口至孔内7m段采用Φ25mm×8.5mm（壁厚），孔内采用Φ25mm×3.5mm（壁厚），埋入压裂孔最前端为2m的筛管（周边钻Φ8mm筛孔），并且前端加堵头、后端为丝扣，压裂管采用钻机送入。

注浆、反浆管采用Φ20mmPVC管，反浆管采用铁丝和扎带直接与压裂管绑扎并送入压裂煤层底板，注浆管送入孔内5～7m位置，封孔材料采用水泥与白水泥按照3.5：1的比例混合，灰（包括水泥和白水泥）与水按照2.6：1的比例进行混合，采用机械封孔。

2.高压水力压裂过程

全部压裂钻孔均采用1或2台BZW200/56型压裂泵运行， BZW200/56型压裂泵组具有远程操作台，操作方便，远程操作台上可以显示注水压力、注水量、水箱水位、压裂泵温度等参数。在+620m瓦斯巷实施W1613工作面运输巷条带水力压裂和在+580m阶段巷实施+650m一号运输石门水力压裂过程中，通过智能操作台记录水力压裂基础数据。

（二）压裂半径考察孔施工

第一个考察孔距压裂孔15m，其余孔终孔间距均为7.5m；1#压裂孔沿煤层倾向方向上、下侧均布置6个考察孔，其中第一个考察孔距压裂孔16m，其余孔间距为8m 。在施工检验孔期间，详细记录各个考察孔的打钻现象，在施工过程中，全部考察孔均出现喷孔、抱钻等情况，并且在撤卸钻杆过程中，出现延时喷孔现象，部分考察钻孔内有水流出。

四、压裂半径

施工1#水力压裂孔时，实测M6煤层原始瓦斯含量为12.7746m3/t。在实施高压水力压裂后，在施工考察孔的过程时，通过直接测量法测定M6煤层的瓦斯含量和考察孔的施钻现象来确定压裂影响范围。

在施工考察孔过程，发现距离压裂孔越远，喷孔现象越严重，部分考察孔在钻孔施工完成未接抽前延时喷孔严重；施工过程中对每个考察孔均取样实测原始含量，成功实取16个考察孔的煤样，通过瓦斯实验室对压裂孔煤样的计算，并统计煤层原始瓦斯含量，发现煤层原始含量呈现距离压裂孔越远，含量越高的趋势，其中M6煤层，在距压裂孔37.5m处已超过煤层的原始含量，与施钻现象相吻合。

1.煤层倾向方向的有效影响范围

①压裂孔倾向方向上侧48m处的11#考察孔施工完成后，孔内仍有少量水流出，而压裂孔倾向下侧在40m处的考察孔施工完后孔内才有水流出，48m处考察孔施工过程中情况较正常。

②根据实测考察孔M6瓦斯含量，发现煤层原始含量呈现距离压裂孔越远，含量越高的趋向，压裂孔上侧在48m处考察孔实测瓦斯含量与1#压裂孔含量基本一致，下侧在40m左右处考察孔实测瓦斯含量也与1#压裂孔含量基本一致。

根据以上可以判定考察孔在煤层倾向上的压裂半径有效范围在40～48m。

2.煤层走向方向的有效影响范围

①压裂孔走向方向左侧45m处的1#考察孔施工完成后，孔内有少量水流出，压裂孔走向方向右侧37.5m处施钻过程中出现穿M8喷孔严重，长时间延迟喷孔，说明该点上煤层瓦斯压力大，正在缓慢的释压。

②根据实测考察孔M6瓦斯含量，发现煤层原始含量呈现距离压裂孔越远，含量越高的趋势，压裂孔左侧在45m处实测瓦斯含量仍大于压裂孔含量，但呈下降趋势，而右侧在37.5m处考察孔实测瓦斯含量大于压裂孔含量。

根据以上可以判定考察孔在煤层走向上的压裂半径有效范围大于45m。

作者简介：姓名：杨勇.出生年月：1982年1月.學历：大专.单位：松藻煤电公司打通一矿通风科.邮编：401445.