郭庄矿井下新型水力压裂技术的应用分析.pdf
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1、1882023 年第 8 期收稿日期 2022-12-30作者简介 贾猛(1981),男,山东肥城人,2010 年毕业于山东科技大学测绘工程专业,本科,工程师,研究方向为煤矿地质灾害防治、自然资源勘探。贾 猛:郭庄矿井下新型水力压裂技术的应用分析郭庄矿井下新型水力压裂技术的应用分析贾 猛(山东能源集团有限公司南美公司地矿公司,山东 邹城 273500)摘 要 为了解决郭庄矿综采作业过程中顶板难以自然垮落,给井下综采带来严重安全隐患的难题,提出了一种新型定向长钻孔双封单卡多点拖动分段水力压裂顶板弱化技术,实现对顶板的超前弱化。实际应用表明,该技术能够有效提高坚硬顶板的裂隙发育程度,可将平均来压步
2、距比优化前降低 62.8%,避免了采空区大面积悬顶导致的井下安全事故。关键词 水力压裂;顶板;超前弱化;裂隙发育 中图分类号 TD327.2 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.08.060Application and Analysis of New Type Hydraulic Fracturing Technology in Guozhuang MineJia Meng(Shandong Energy Group Co.,Ltd.Nanmei Company Geological and Mining Company,Shandong Zo
3、ucheng 273500)Abstract:In order to solve the problem that the roof is difficult to collapse naturally in the operational process of fully mechanized mining in Guozhuang Mine,which brings serious potential safety hazards to the downhole fully mechanized mining,a new type roof weakening technology of
4、directional long borehole,double sealing,single cassette,multi-point dragging and subsection hydraulic fracturing is proposed to realize the advance weakening of the roof.The practical application shows that this technology can effectively improve the degree of fissure development in hard roof,reduc
5、e the average weighting step distance by 62.8%compared to before optimization,and avoid downhole safety accidents caused by large area suspended roof in goaf.Key words:hydraulic fracturing;roof;advance weakening;fissure development郭庄煤矿位于山西省长治市屯留县。郭庄矿井下 51928 综采面煤层的平均厚度为 7.3 m,综采面的长度为 133 m,煤层上侧覆基岩的厚
6、度在41188 m 之间,上侧覆岩从切眼到回撤通道处呈现了逐步增加的趋势。该工作面宽 120 m,日平均进尺达 21 m,属于典型的短工作面开采,而且巷道顶板岩层类型主要是砂岩和砂质泥岩,顶板的结构强度较大,属于典型的硬质顶板结构,在开采以后难以进行自行垮落。回采期间综采面的整体推进速度极快。井下回风巷位置接近 F2 断层区域,煤体的破碎度较高,比较容易发生冒顶和片帮事故。目前煤矿对顶板治理的方式主要是爆破法,虽然整体工艺较为简单,但成本和工程量较高,爆破时的危险系数大,难以满足井下作业效率和安全性的需求。因此项目组和中煤科工集团共同开展技术攻关,结合井下地质情况,提出了一种定向长钻孔双封单卡
7、多点拖动分段水力压裂顶板弱化技术1,通过不动管柱投球分段水力压裂和双封单卡拖动管柱分段压裂设备实现快速压裂。该技术能够促使井下顶板及时垮落,消除了顶板事故和瞬间飓风事故,提升了煤矿井下回采的安全性。1 压力层选择及钻孔布置根据煤矿井下地质特性,识别出需要弱化的关键层,然后在关键层上设置预裂切缝并促使顶板在矿压波动或者综采扰动的作用下垮落一定的高度,从而填充满采空区,对井下覆岩进行可靠支撑,减小上覆动载荷效应。井下顶板垮落高度可按式(1)进行计算2。h=M/(Kp-1)(1)1892023 年第 8 期贾 猛:郭庄矿井下新型水力压裂技术的应用分析式中:M 表示综采高度,m;Kp表示井下岩层的碎胀
8、系数;h 为顶板垮落高度,m。由于井下平均的综采高度为 7300 mm,岩石的碎胀系数为 1.34,因此计算出顶板垮落高度需要21.47 m。井下地质状况比较复杂,因此还需要根据井下钻孔柱状,合理地选择综采面的钻孔位置。施工区域,煤层上侧覆基岩的厚度在 41188 m之间。煤层的直接顶是粉砂岩,平均厚度为 10.9 m;基本顶是细砂岩,平均厚度为 12.6 m;直接底是由泥岩和粉砂岩混合构成的,泥岩的平均厚度为6.1 m,粉砂岩的平均厚度为 5.7 m。结合顶板厚度的要求和井下地压显现规律,最终将钻孔层布置到综采面上部的基本顶层的细砂岩内,离煤层顶板约 22.4 m的位置。共布置压裂钻场 1
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