關(guān)于召開 2024 山西省煤炭學(xué)會煤礦智能化委員會年會暨千人智庫科創(chuàng)服務(wù)站工作會的通知

一、項目背景

煤炭資源為不可再生資源，隨著社會發(fā)展、工業(yè)需求開采量的增大，資源會越來越少，通過科學(xué)技術(shù)有效的多回收煤炭資源尤為重要。

水壓致裂技術(shù)1947年在美國堪薩斯州試驗成功，起初主要作為油、氣井增產(chǎn)增注的主要措施，現(xiàn)已廣泛用于低滲透油、氣田工程，水利水電工程、地熱資源開采、核廢料儲存、地應(yīng)力測量等領(lǐng)域以及用于解釋和研究地下注漿工程、火成巖的侵入過程。

自20世紀50年代以來，國內(nèi)外學(xué)者根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同，對水力壓裂進行了理論研究，或進行了試驗研究，取得了大量卓有成效的研究成果。也有學(xué)者將其引入到堅硬煤巖體的處理和控制上，這些都為進一步研究和完善水力壓裂控制堅硬難垮頂板提供了理論和試驗基礎(chǔ)。

某礦將水壓致裂技術(shù)應(yīng)用于綜放工作面端頭放煤，有效的杜絕了資源浪費，具有一定的先進性及創(chuàng)新性。

二、研究內(nèi)容

1.技術(shù)方案

水力壓裂技術(shù)能夠有效控制煤礦堅硬難垮頂板不僅取決于控頂原理和方法，而且與控頂設(shè)備及儀器密切相關(guān)。技術(shù)性能穩(wěn)定、可靠、精度高的設(shè)備與儀器是控頂能否成功的關(guān)鍵。某礦技術(shù)管理團隊通過水壓致裂應(yīng)用領(lǐng)域的技術(shù)成果，結(jié)合綜放工作面兩端頭頂煤冒落性不充分的條件進行擴展應(yīng)用，提高煤炭資源回收率。

2.關(guān)鍵技術(shù)

（1）為保障綜放工作面兩端頭煤層的順利垮落，在工作面兩順槽端頭每隔10m各布置一組水力壓裂孔，每組布置兩個鉆孔，孔徑65mm，鉆孔角度為45°及60°，孔深為7m，其中45°孔在孔底進行開槽，60°孔在4.5m位置開槽。

（2）水壓致裂。利用預(yù)制橫向切槽鉆頭在壓裂孔橫向切槽，退出鉆桿，利用然后利用注水管將跨式膨脹型封隔器推入鉆孔切槽處，對封隔器加壓，從而達到對橫向切槽段封孔的目的。最后，連接高壓注水泵、水壓儀和注水管，對封隔段進行注水壓裂，壓裂過程中，利用水壓儀監(jiān)測泵壓的變化。

3.工藝流程

（1）鉆孔開槽

首先利用大功率地質(zhì)鉆機專用鉆頭在頂板上打孔。根據(jù)圍巖條件，鉆頭直徑為65 mm，孔深根據(jù)頂板煤層的厚度及鉆孔的角度確定，鉆孔的角度可根據(jù)所需壓裂面角度的變化而確定，鉆孔的水平投影與巷道的水平夾角一般為70°～75°；第二步，換上特殊的可開槽鉆頭，在鉆孔的底部開一個直徑約為孔徑一倍的楔形槽；然后利用小孔徑全景鉆孔窺視儀進行鉆孔窺視，觀察開槽效果；最后用靜壓水沖洗鉆孔，為下一步壓裂做準備。

（2）封孔

封孔方法是先將橡膠封孔器置于預(yù)定封孔位置，即將壓裂鋼管段置于預(yù)裂縫處，然后開泵加壓，使封孔器膠管膨脹撐緊孔壁，由于封孔器采用的自平衡結(jié)構(gòu)，故能承受很高的水壓，保證高壓水可使預(yù)裂縫起裂并不斷擴展，達到弱化頂板目的。

（3）水力壓裂

水力壓裂系統(tǒng)的安裝與連接。

鉆孔壓裂是利用高壓水泵來提供高壓水，然后通過高壓膠管、注水鋼管以及壓裂鋼管進行壓裂，通過高壓水泵的壓力表或水壓儀的壓力曲線監(jiān)測預(yù)裂縫的起裂。

預(yù)裂縫起裂后水壓會有所下降，繼而進入保壓階段，在這個階段，裂紋擴展的同時伴隨著新裂紋的產(chǎn)生，利用流量計監(jiān)測流量及注入的水量，保證頂板煤層充分弱化和軟化。

4.成果特點

通過對兩端頭頂板煤層施工鉆孔，注高壓水弱化煤層，提高煤層冒落性，從而提高兩端頭的煤炭回收率。

三、應(yīng)用效果

原6203綜放工作面推進長度368m，根據(jù)以往工作面回采情況，上下端頭各8m范圍內(nèi)頂煤無法回收。通過對綜放工作面兩端頭頂煤進行水壓致裂弱化，多回收煤炭資源約1.5萬噸。按照每噸100元利潤進行測算，可創(chuàng)利潤150萬元，而鉆孔及人工費用約為10萬元，多創(chuàng)利潤140萬元。

四、推廣應(yīng)用前景

某礦在6203綜放工作面成功應(yīng)用，得到了較好的經(jīng)濟效益，特別針對8m以上的厚煤層，效益更為突出，值得進行推廣應(yīng)用。

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