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1、三汇三矿高压水力压裂试验方案重庆能投集团科技公司二O一一年五月编制人员名单专 业姓 名职务或职称采 矿沈大富总经理、高级工程师王文春副总经理、高级工程师余模华高级工程师周东平项目负责人、工程师、博士郭臣业工程师、博士王 联工程师、硕士龙官波高级工程师地 质陈 坤高级工程师安 全廖金华工程师、硕士机 电王长秀高级工程师概 算李丽霞经济师目 录1概况11.1矿井概况11.2试验区基本请况22试验方案42.1压裂设备布置42.2压裂钻孔布置52.3压裂钻孔封堵52.4检验孔的施工顺序82.5压裂实验参数考察113组织保障措施143.1实验领导组143.2工作小组144安全保障174.1安全保障系统1
2、74.1.1通风系统174.1.2供电系统174.1.3供水系统174.1.4通讯系统174.1.5监控系统174.2安全措施17附 件： 附 图 附 图 目 录图号图 名图 号图纸比例备 注01通风系统图1:2000采用0203040506070809101112131415161概况1.1矿井概况1.矿井地理位置三汇三矿位于重庆合川市三汇镇，南距重庆市中区约85km。襄渝铁路线横穿地面工业广场，渝广公路从矿井附近通过。有矿区铁路专用线与三汇坝站接轨。2.矿井生产建设情况井田平均走向6.9km，平均倾斜宽0.75km，面积5.2km2。采用平硐加暗斜井的开拓方式，在+100m水平以上为明胶带
3、斜井运煤，+100m水平以下为暗斜井并通过明斜胶带运输机运煤。现矿井+20水平为主要生产水平，-60水平为生产布置水平，主要在进行巷道掘进及采掘面布置。-130水平为矿井延伸开拓水平。3.矿井开拓方式及采煤方法三汇三矿采用平硐、明暗斜井的开拓方式，采煤工作面为走向长壁式开采，采煤工作面采用放炮落煤，皮带连续化运输方式，工作面采用单体液压支柱配合金属铰接顶梁支护，全部垮落法管理顶板。 4.矿井通风方式、主扇型号、电机功率矿井通风方法为抽出式,通风方式为混合式。由+310m主平硐、+427m进风井、明斜井进风和+465m出风井、+363m出风井组成中央并列与一翼对角式通风系统。进风井有位于井田中央
4、上部的+310主平硐、位于井田北翼的明斜井和+427进风井；南翼回风井位于中部+363水平、北翼回风井位于井田北部+465水平,通风断面5.5-9.8m2。南翼主要通风机型号为BDK-6-18型,北翼主要通风机型号为FBDCZ-8-21，电机功率分别为275kW和2132kW。南翼风井风机排风量为3722m3/min，总回风巷瓦斯浓度为0.28%；北翼风机排风量2450 m3/min，总回风巷瓦斯浓度0.18%。矿井总进风量5923m3/min，总排风量6172m3/min，有效风量5793m3/min，风排瓦斯量14.83m3/min。5.矿井核定生产能力、历年瓦斯等级鉴定和审批情况矿井设计
5、生产能力30Mt/a，2008年核定年生产能力45Mt/a.矿井自2003年以来，历年都被鉴定为高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井。1.2试验区基本请况三汇三矿煤层瓦斯含量大，煤层透气性系数低，井下钻孔抽采效果差，严重制约了瓦斯治理和防突效果，影响了矿井的采掘接替和安全生产。为提高煤层的透气性和提高抽采效果，进一步解放生产力，保证矿井的建设和发展，通过大量的调查、研究和翻阅各种技术资料，决定实施井下水力压裂。本次在-60N1-N3底板巷(下)实施穿层钻孔水力压裂，力求提高K4煤层的瓦斯抽采效率，改善由于瓦斯制约而不利于生产的被动局面，加强安全生产，提高生产效率，积极探索通过水力压裂治理瓦斯的新途径。根据
6、集团公司要求在三汇三矿实验穿层高压水力压裂实验，为确保高压水力压裂实验顺利进行，特编制此实验方案。根据目前三汇三矿矿井生产、采、掘情况，压裂地点定为-60N1-N3底板巷(下)。如图1所示：图1 -60N1-N3底板巷下水力压裂示意图该底板巷位于-60m水平北一石门至北三石门之间，对应地表寨子堡一带，地面标高725.00800.00m。井下标高-54.997-56.665m。岩层走向N 4144E，倾向SE，倾角3440，平均35。 2试验方案2.1压裂设备布置水力压裂设备（HTB500型压裂泵）布置自-60N3石门出口的茅口灰岩大巷中，如图2水力压裂设备放置示意图所示。与压裂孔口之间距离约2
7、00m，需准备不低于50MPa高压管路200m（每盘20m，需10盘）且压裂点与压裂泵组之间有两道风门，风门之间的距离为10 m。靠近泵组的风门与泵组间距15m，满足压裂要求。连机电部门有专业技术人员跟踪水力压裂全过程，以便及时处理压裂过程中出现的问题。变频电机要求电压：1440 V；功率：400 KW；压裂期间要求有持续的供水量，压力在0.1MPa，水流量在30 m3/h以上。图2水力压裂设备放置示意图压裂试验的泵站设置：新鲜风流中、泵站位于完善防突风门保护范围内、坡度15.0m、高度1.8m、宽度2.5m、支护良好、排水良好；0.5m3/min水源、0.5MPa压风、1140V-355KW
8、防爆电源、通讯畅通、瓦斯传感器、监控分站、照明、巷道通畅无杂物、无积水。2.2压裂钻孔布置本次压裂试验中的钻孔分标准孔（用于检测参数）、压裂孔（煤层压裂的注水孔）和检测孔（压裂完成后对压裂效果进行检验的孔）。共设计标准孔1个（标1）、压裂孔1个（压1）、检验孔4组分别在走向和倾向上（检1组、检2组、检3组和检4组）共18个钻孔，压裂钻孔位于-60N1-N3底板巷，标1孔位于压裂孔以东80m。钻孔布置图详见图3。图3 压裂实验钻孔布置图压裂钻孔施工过程中，抽采部和抽采队安排人员现场跟班，详细记录钻孔施工情况，特别是钻进到进入煤层和出煤层的深度等。2.3压裂钻孔封堵2.3.1封孔管加工压裂钻孔需送
9、入25mm内径、壁厚为5mm以上的无缝钢管作为压裂管，压裂管每根长2m，采用管箍连接，并且在第一根封孔管周边钻8mm筛孔，同时加前端堵头，详见图4。孔外的一根无缝钢管（最末端一根）尾端焊接25mm高压插销式直通快速接头，确保能正常与高压缠绕钢编管连接。由于送入孔内钢管重量重，为确保钢管不从孔内向下滑，还需在最后一根钢管孔外段加工支撑块。图4 封孔筛管加工示意图2.3.2封孔工艺压裂钻孔施工成功后，用94mm直径的钻头扩孔至距离K4煤层底板30cm处；将橡胶楔（或软木楔）固定在筛孔以下的第二根压裂管（压裂管内径为25 mm，壁厚5.0 mm以上的无缝钢管，每根长2m，用相应接头进行连接）上；第三
10、根压裂管与返浆管固定连接，压裂管与返浆管一并采用钻机送入，直接送入压裂钻孔孔底，确保橡胶楔（或软木楔）进入75mm直径的小孔；图5 压裂钻孔封孔示意图倒数第二根压裂管与注浆管（采用6分钢管，每根钢管长2m，两头套丝，采用管箍连接）采用双管连接头连接，一并送入孔内，如图5压裂钻孔封孔示意图所示；注浆管口与截止阀连接，截止阀与注浆泵注浆管连接；压裂钻孔孔口采用马丽散加棉纱封堵，长度不低于2m；压裂钻孔采用水泥砂浆机械封孔，材料为425标号的普通硅酸盐水泥和425标号的膨胀水泥，其普通水泥与膨胀水泥的比例为3.5:1，水泥与水的混合比例为2：1，注浆至K4煤层底板位置。根据压裂钻孔封孔要求，所需封孔
11、材料及工具见表1。表1压裂钻孔封孔所需材料表序号名称规格单位数量备注1注浆泵台1注浆2搅拌装置台2搅拌3注浆钢管2m不钻孔（6分）根4注浆管4注浆钢管2m带钻孔（6分）根2注浆花管5管接头6分管接个10连接6压裂管壁厚大于5mm无缝钢管根207压裂管管箍个208铁丝16号kg20捆绑注浆管与压裂管9截止阀6分个3控制注浆操作工具10老虎钳把211管钳18把212活口扳手18把113螺丝刀平头、梅花把各114马丽散封孔1.5-2m15橡胶或软木楔80-60mm个116水泥425#吨217白水泥V32.5级公斤500膨胀增强防收缩2.4检验孔的施工顺序为了加快试验进度，尽快得到三汇三矿水力压裂试验
12、的效果参数，根据渝阳煤矿的水力压裂经验，拟定检验孔的施工顺序采用动态施工设计方法，其途径如下：（1）压裂孔倾向下侧从检3-4开始，根据检3-4打孔情况和参数变化确定接着打检4-4或检2-4；（2）压裂孔倾向上侧从检2-2开始，根据检2-2打孔情况和参数变化确定接着打检3-2或检1-2；（3）压裂孔走向只打一侧的检验孔进行检验压裂参数：从检3-3开始，根据检3-3打孔情况和参数变化确定接着打检4-3或检2-3.施工各钻孔时，测定煤层瓦斯压力等参数；压裂工作完成后施工12个检验孔，详见图6和表2。表2 压裂实验钻孔施工参数表孔号方位角()倾角()设计孔深(m)终孔位置施工次序钻孔功能标1K4煤层顶
13、板1m压裂前压裂前参数测试压1K4煤层顶板2m压裂前压裂钻孔检1-1K4煤层顶板1m压裂后效果检验检1-2K4煤层顶板1m压裂后效果检验检1-3K4煤层顶板1m压裂后效果检验检1-4K4煤层顶板1m压裂后效果检验检2-1K4煤层顶板1m压裂后效果检验检2-2K4煤层顶板1m压裂后效果检验检2-3K4煤层顶板1m压裂后效果检验检2-4K4煤层顶板1m压裂后效果检验检3-1K4煤层顶板1m压裂后效果检验检3-2K4煤层顶板1m压裂后效果检验检3-3K4煤层顶板1m压裂后效果检验检3-4K4煤层顶板1m压裂后效果检验检4-1K4煤层顶板1m压裂后效果检验检4-2K4煤层顶板1m压裂后效果检验检4-3
14、K4煤层顶板1m压裂后效果检验检4-4K4煤层顶板1m压裂后效果检验备注1、标1钻孔在压裂钻孔之前施工，在K4煤层中取样快速测定煤层瓦斯含量、水分；施工成功后测定K4煤层压力，计算煤层透气性系数，并测定、记录自然瓦斯涌出量和抽采情况。2、压1钻孔施工时在K4煤层中取样快速测定煤层瓦斯含量和水分，施工成功后实施高压水力压裂。3、压裂成功后距压1钻孔30m、40m、50m、60m施工4组检验钻孔，并取K4煤层煤样测定瓦斯含量及水分，同时测定检验孔自然瓦斯涌出量和抽采参数。4、压裂钻孔及检验钻孔施工参数根据标1钻孔实际施工参数进行确定。图6 压裂实验钻孔布置剖面图2.5压裂实验参数考察（1）压裂前抽
15、采参数考察瓦斯压力及抽采量参数压裂钻孔施工前先施工标1钻孔（采样测瓦斯含水量等参数），封孔工艺与压裂孔相同，标1钻孔封孔完成后孔口安装测压表（0-4MPa），1.5级精度以上的压力表，采用被动法测定K4煤层瓦斯压力，压力表安装完成后10天内由抽采队负责每天读出压力表读数，直到压力稳定；压力表读数稳定3天后安装瓦斯表，先测定标1钻孔自然排放浓度和瓦斯量，每天读取数据24组，再测定钻孔抽采状态下浓度和瓦斯量，测定时间不低于10天，标1钻孔瓦斯参数测定见表3、表4。表3标1孔瓦斯压力参数表次数日期压力（Mpa）次数日期压力（Mpa）表4标1孔瓦斯流量测定表测定日期负压（mmHg)浓度（%）瓦斯表读数
16、纯量（m3/min）初读数（m3）3分钟读数（m3）混合量（m3/min）煤层瓦斯含量测定压裂实验所有钻孔施工过程中，对K4煤层取样快速测定煤层瓦斯含量及水分等。（2）压裂后参数考察压1孔正常压裂后分别在距压1孔30m、40m、50m、60m位置施工4组检验孔（每组4个检验孔），施工过程中分别在K4煤层取样测定煤层瓦斯含量和水分；施工成功后钻孔封堵至K4煤层底板，并安装瓦斯表，测定检验孔自然流量和抽采参数，测定表详见表4。3组织保障措施3.1实验领导组组长：沈大富 卓泽强 副组长：尹建荣成 员：余模华、周东平、廖金华、龙官波、沈洪、陈飞2、实验领导组主要人员职责(1) 沈大富、卓泽强：负责全面
17、的人财物平衡。(2)沈 洪：根据各自工作职责对高压水力压裂提供相应的保障(3)成 员：负责按高压水力压裂实验领导组组长和副组长的安排，落实具体的工作。3.2工作小组领导小组下设几个工作小组，构成如下：（1）地面技术组组 长：沈 洪成 员：周东平、陈飞 (2) 机电组组 长：李光辉成 员：罗 勇、杨永飞 (3) 资料收集组组 长：陈飞成 员：张劲松、刘鹏、欧显文、欧源、付进、平凡(4) 安全组组 长：潘伦成 员：何春、何绍龙(5) 通迅联络组组 长：沈洪成 员：刘松柏、曾兵、贺中东（6）现场实验组：组长：陈飞成员：张劲松、李光富、黄进政、平凡、李恩华、杨光平、付进3、工作小组人员职责(1)沈洪：
18、负责全面的技术、人、财、物平衡，异常情况紧急措施的采取。(2) 陈飞：负责按高压水力压裂实验方案及措施实施，组织和协调抽放专业的具体工作，及资料收集、分析工作。(3)何绍龙：负责高压水力压裂实验中的安全工作。(5)罗勇：负责供电、供水及设备的停、运等工作。(6)刘松柏：负责全面调度工作。(7)欧显文：负责远控及通讯工作。(8)陈飞：负责测量及和资料收集的具体工作。（9）李光富：负责现场施工工作4安全保障4.1安全保障系统4.1.1通风系统 通风见附图：通风系统图。4.1.2供电系统满足HTB500型压裂泵的变频电机要求：电压：1440 V；功率：400 KW。4.1.3供水系统压裂期间要求有持
19、续的供水量，压力在0.1MPa，水流量在30 m3/h以上。4.1.4通讯系统 为保证通讯畅通和应急突发事故，压裂期间安装一部电话在压裂泵操作台附近。4.1.5监控系统 压裂期间在底板巷道压裂孔的风向下游侧各安装一个瓦斯传感仪和CO传感仪，并安装视频，以便观察压裂孔口情况。4.2安全措施1、运输、安装水力压裂泵措施由矿机电运输部编制2、施工前矿自动化办公室负责在施钻点回风侧5-10m范围各安设一台瓦斯监测传感器和一氧化碳传感器，传感器距帮不小于200mm，距顶不大于300mm。3、抽采队施钻人员必须经专门培训并考试合格后持证上岗, 抽采队高压水力压裂人员必须经专门培训合格后上岗。4、施工人员严
20、格执行“敲帮问顶”制度，现场必须配备长2m和2.5m的专用找顶撬棍各1根，如有悬矸，必须清理并确定现场顶、帮安全后才能作业。找顶时必须坚持先上后下、先顶后帮、先上帮后下帮的找顶顺序，同时必须两人配合找顶，一人找顶一人看安全，找顶人员站在帮顶完好、退路畅通，找顶处或矸石滚落下方不得有人。5、施工当班，由当班负责人必须携带便携式瓦检仪，并将其吊挂在5m 范围内的回风侧，当瓦斯浓度达0.9%必须立即停止作业，当瓦斯浓度达1.0%，必须切断电源，所有人员必须撤至进风流中的安全位置，并向矿调度室汇报，请示处理。6、施钻人员必须随身携带不少于30min的压缩氧自救器，且必须会正确使用，工作时将其放于钻机操
21、作台附近2m-3m范围易取用的地方，且压缩氧自救器不能沾油。7、钻孔施工过程中，施工人员必须处于进风侧操作，并使用好气渣分离器。8、钻孔施工过程中由抽采部和抽采队安排人员现场跟班，记录钻孔施工原始资料。9、钻孔施工成功后，采用钻机送入25mm内径的无缝钢管，送入钢管过程中，每根丝扣连接处抹黄油，并将丝扣旋紧，无缝钢管送到孔底后，将无缝钢管支撑牢固。10、钻孔采用水泥砂浆机械封孔，注浆前，操作人员必须检查注浆泵与钻孔无缝钢管连接是否牢固可靠，无缝钢管支撑是否牢固，确认无误后才能进行注浆工作；注浆时，操作人员必须佩带好护目镜、胶手套等防护用品。11、钻孔封堵、注浆过程中，操作人员严禁正对钻孔孔口，
22、防止钢管滑落伤人。12、压裂泵处必须配置2台灭火器和不少于0.5m3的沙箱；压裂泵安装完成必须经实验人员验收合格后才能使用。13、压裂泵实行远控操作，距压裂钻孔100m；压裂泵操作位置安装1组压风自救器。14、压裂前，自动化办公室负责在压裂泵进风侧2m范围内安装瓦斯监测传感器，当瓦斯浓度大于0.5%时，严禁启动压裂泵；同时在压裂钻孔回风侧5m范围内安装瓦斯监测传感器。15、压裂泵与压裂钻孔间采用两趟25mm高压管连接，高压管承压压力50MPa以上；高压管严禁直接放于地上，且每隔3m用麻绳吊挂。16、压裂前，必须撤出瓦斯巷（上段）所有人员，并在绕道交叉口处施工全断面固定栅栏并揭示“正在实验高压水
23、力压裂，人员严禁入内”的警标，压裂泵操作位置处设撤人站岗警戒点，严禁人员通过。17、压裂时，必须专人在瓦斯巷瓦斯监测分站（设在压裂泵操作位置）处记录压裂时钻孔回风侧瓦斯浓度，如瓦斯浓度突然升高时，立即通知压裂泵操作人员停泵。18、压裂时，救护队安排2名队员带机在压裂泵操作位置值班。19、压裂结束40分钟后，首先由1名安瓦员、2名实验人员和带机救护队员一同进入压裂地点，检查巷道顶板情况和瓦斯情况，重点检查压裂地点20m范围内的情况，只有当检查范围内的瓦斯浓度小于1.0%时，并且巷道顶板完好时，才能解除警戒，恢复工作。20、所有压裂工作结束后，严禁拆除压裂钻孔管路，只有对压裂泵卸压，待孔口压力降到0 MP后才能拆除相关的装置，并且要及时启动排水设备进行排水工作。21、压裂泵司机必须经厂家及矿安排人员进行理论、实际培训，并考试合格后方可进行开、停泵作业。22、避灾路线避灾路线：压裂操作点-60N1N3底板巷-60N1石门-60茅口大巷-60100人车斜井+100310人车斜井地面。23、以上未涉及的严格按水力压裂操作规程执行。
