21111（1）順槽底抽巷穿層鉆孔抽采濃度較低，為提高條帶穿層鉆孔的預抽效果，達到快速消突的目的，選擇對該處采取水力壓裂增透技術。為保證水力壓裂工作安全有序進行，特編制本安全技術措施方案。
??????? 一、試驗地點基本概況
??????? 1、試驗地點概況
??????? 21111（1）順槽底抽巷（-790m東翼膠帶機大巷）為二水平運煤大巷，兼做21111（1）順槽掩護巷。巷道斷面形狀為直墻半圓拱，巷道凈寬×凈高為：5500mm×4350mm。該巷道內共安排3臺鉆機正常施工，現第一臺鉆機在78組鉆孔處向西施工，第二臺鉆機在123組鉆孔處向東施工，第三臺鉆機在157組處向東施工，本次壓裂方案設計2個壓裂鉆孔（鉆孔間隔50m），2#、3#壓裂孔自西向東布置，施工地點分別在130、135組穿層鉆孔處，該段范圍內87～123組、140～157組穿層鉆孔已施工。
??????? 2、水力壓裂地點煤層頂底板情況
??????? 11-2煤層老頂為粉細砂巖，厚度2.4～11.5/7.44m，淺灰白色，細粒結構，頂部顆粒較細，層內含白云母薄片及暗色礦物。
??????? 直接頂為11-3煤砂質泥巖，厚度0～5.3/3.32m，砂質泥巖:灰色,砂泥質結構,砂質含量不均,上部偶見植化碎片。11-3煤:黑色,碎塊至粉末狀，瀝青光澤，暗煤。
??????? 11-2煤層直接底為泥巖11-1煤，0～9.08/4.52m，泥巖：灰色、局部深灰色，泥質結構，層內含較多植化碎片，薄層狀，巖性較脆，易碎，巖芯局部完整，局部發育碳質泥巖。11-1煤:黑色,粉末狀為主,暗煤。
??????? 老底細砂巖2.84～31.7/14.34m，細砂巖：淺灰色，塊狀，細粒，石英長石為主，硅鈣質膠結，分選差，頂部與泥巖互為薄層狀，水平層理，抗壓強度為37.5Mpa。
??????? 21111（1）順槽底抽巷布置于細砂巖下的中砂巖層下部，巷道頂板為中砂巖。中砂巖7.44～27.18/15.52m，灰白色，中粒結構，含少量粗粒成分，層理不明顯，層內含少量暗色礦物，鈣質膠結，頂底部發育有裂隙，巖性堅硬致密。
??????? 附圖1：綜合柱狀圖。
??????? 3、瓦斯地質情況
??????? 瓦斯含量：該區段所掘地段11-2煤層自然瓦斯含量為3.1～8.0m?/t。該區段11-2煤層底板標高為-759.1～-715.2m，根據“集技[2009]304號”文規定：該區段屬于突出危險區；瓦斯壓力：根據11-2煤層瓦斯地質圖，預計該區段瓦斯壓力為1.5～2.5Mpa。試驗處實測瓦斯含量1.5Mpa，140組處實測瓦斯含量6.64m?/t。
??????? 4、通風情況
??????? 21111（1）順槽底抽巷為全負壓通風巷道，風量為1400m?/min。
??????? 通風路線：
??????? 第二副井→-790m1#軌道石門→-790m東翼軌道大巷→21111（1）順槽底抽巷→水力壓裂鉆孔施工地點→-790m東翼膠帶機大巷回風斜巷→東二11槽軌道下山→東二回風上山→東風井
??????? 附圖2：21111（1）順槽底抽巷水力壓裂通風、監測、避災警戒系統示意圖
??????? 5、抽采系統
??????? 抽采路線：地面抽采泵站2BEY-72→瓦斯抽采孔（Φ630mm）→-630m回風大巷（Φ630mm）→-530-790m東翼暗副斜井（Φ630mm）→21111（1）順槽底抽巷（Φ273mm）
??????? 二、水力壓裂設備選型安裝及相關設備材料
??????? 1、壓裂泵選型
??????? 水力壓裂設備選型為南井六合煤礦機械有限公司生產的BRW/200-56型乳化泵，額定壓力56MPa，額定流量200L/min。
??????? 2、相關設備材料
??????? 高壓水力壓裂系統由壓力表、高壓管、封孔器及相關裝置連接接頭等組成。
??????? 3、高壓系統安裝
??????? 水力壓裂泵安設在試驗地點向東100m處，井下供水管連接至高壓注水泵水箱進水口，通過壓裂泵加壓后，用Φ25mm高壓膠管，連接到壓裂鉆孔的高壓封孔管上，將高壓水流輸送至鉆孔內，壓裂孔孔口處的高壓封孔管上必須安設高壓閘門、卸壓閥等。
??????? 附圖3：21111（1）順槽底抽巷水力壓裂系統安裝示意圖
??????? 三、水力壓裂實施方案
??????? （一）水力壓裂原理
??????? 水力壓裂技術主要機理：通過高壓快速驅動水流，在短時間將大量的水擠入煤層微裂隙，微裂縫擴寬伸展后，使煤層發生碎裂，產生網狀結構的次生裂縫與裂隙，從而增加煤層的透氣性。同時高壓水進入煤層微裂隙，置換部分煤層吸附瓦斯。
??????? （二）水力壓裂工藝流程
??????? 1、水力壓裂工作工藝流程
??????? 壓裂設備安裝→壓裂鉆孔設計與施工→測定煤層原始瓦斯含量及水份→壓裂鉆孔封孔→水力壓裂→壓裂效果檢驗→施工抽采鉆孔→數據分析
??????? 2、各工序工作標準及要求
??????? （1）壓裂設備安裝
??????? 機電運輸管理一科負責提供水力壓裂設備供電設計；勘探處根據設計要求安裝好高壓注水泵、高壓水管路系統，根據設計要求安裝供電系統，信息工區安裝遠程電視監測系統；機電修配中心負責設備調試工作。所有系統安裝、調試完成，經機電運輸管理一科等單位驗收合格后，方可開始水力壓裂。
??????? （2）壓裂鉆孔設計與施工
??????? 壓裂鉆孔選擇在21111（1）順槽底抽巷8W19點向東6.6m、43.4m分別施工2#、3#孔，采用ZDY-3200S型鉆機配Φ113mm金剛石復合片鉆頭施工，第一次施工至煤層底板法距2m位置，退出鉆桿后，下一根2m注漿管進行注漿封堵裂隙，使用普通水泥，壓力不小于4MPa，凝固48小時后，利用Φ94mm鉆頭進行透孔，鉆孔終孔止于距11-2煤層頂板0.5米處，鉆孔必須嚴格按照設計參數進行施工，在鉆孔施工中，應準確記錄鉆孔參數、鉆孔見各煤層時的長度，鉆孔在煤層中的長度，以及鉆孔開孔時間、見煤時間及結束時間。
??????? 附表1：鉆孔施工情況記錄表
??????? 附圖4：水力壓裂鉆孔設計圖
??????? （3）測定煤層原始瓦斯含量及水份
??????? 壓裂鉆孔施工期間，通防一科安排防突實驗室人員做好瓦斯含量測定準備工作，鉆孔見煤后，用DGC瓦斯含量快速測定儀測定煤層原始瓦斯含量，并收集煤樣進行煤層水份測定，并做好相關記錄。
??????? （4）壓裂鉆孔封孔
??????? 鉆孔封孔采用“一堵多注、帶壓注漿”方式進行封孔。
??????? ①?孔內全程下入Φ25mm內徑壓裂管至孔底，壓裂管每根長1m，采用特制接頭連接。實管下至見煤點后0.5m位置，其余見煤段為高壓篩管（最上段篩管帶堵頭，且篩管采用紗布包裹）。
??????? ②?壓裂鉆孔孔口段10m送入Φ25mm內徑的超高壓無縫綱管，抗壓能力不小于50MP。每根無縫鋼管長2m，采用特制接頭連接；
??????? ③?壓裂管外露孔口不小于400mm，孔外的一根無縫鋼管尾端焊接Φ25mm高壓直通快速接頭，確保能正常與兩根Φ19mm內徑高壓纏繞鋼編管連接。為確保鋼管不從孔內向下滑，還需在最后一根鋼管孔外段加工支撐塊。
??????? ④?鉆孔孔內下4分注漿管、返漿管，其中返漿管下至見煤位置，注漿管超過孔口封堵段長度0.3m。
??????? ⑤?孔口封堵段使用采用聚氨酯加棉紗進行封堵固定。封堵長度不小于2m、同時在孔口打入木塞加固。
??????? ⑥?聚氨酯固孔結束后，利用注漿泵進行帶壓注漿，用普通水泥、白水泥對進行封堵，水灰比為0.7:1，普通水泥和白水泥比例為3：1，根據實際情況采用多次帶壓注漿進行封孔，注漿壓力不得小于4Mpa。
??????? ⑦?注漿結束待水泥漿沉降后，通過返漿管再次向孔內進行注漿，直至壓裂管返漿，反復進行2～3次。壓裂孔注漿凝固至進入11-2煤層0.5m處。
??????? 附圖5：水力壓裂鉆孔封孔示意圖
??????? （5）水力壓裂過程
??????? ①壓裂試驗數據監測
??????? 試驗中采用遠距離操作。
??????? 為精確計算并實施監測孔內壓力變化，試驗中要記錄壓裂泵處監測到的泵注壓力，并設計在壓裂孔孔口安裝壓力傳感器，實現孔內壓力變化的遠距離精確監測（壓力傳感器數據記錄表見附表2）。
