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中国煤科西安研究院创新煤矿井下分段压裂技术

碎软煤层煤体结构破碎、渗透率差、瓦斯灾害大,顺煤层钻探难、抽采效果差,一直是煤矿瓦斯区域防治的重点和难点。中西部矿区特殊沉积背景下形成的巨厚砂岩型坚硬顶板,因其厚度大、坚硬不易破碎,煤炭开采易形成大面积悬顶而诱发强矿压或冲击地压灾害。

  针对以上行业痛点,中国煤科西安研究院成立瓦斯与矿压研发团队,创新性地提出了煤矿井下定向长钻孔分段水力压裂技术,研发了煤矿井下分段压裂装备,实现了碎软煤层瓦斯高效抽采和坚硬顶板区域超前治理,有效地破解了行业难题。

  要实现井下长钻孔分段压裂,必须攻克三项技术壁垒,一是实现压裂工具的长距离输送,二是选择钻孔分段方式和分段位置,三是确定分段压裂层位。研发团队融合地质、钻探和压裂等专业优势,借鉴页岩气和地面煤层气开发技术的成功经验,通过大量理论研究和反复实验测试,研制出了煤矿井下高压力大排量压裂泵组和分段水力压裂装备。首次在山西阳泉寺庄煤矿15117工作面15号煤底板开展了梳状长钻孔分段水力压裂工程试验,钻孔直径120 毫米,梳状钻孔主孔长度534 米,下入分段压裂工具长度490米,将主孔分5段进行压裂,钻孔累计压入水量2865方,单段最大压入水量611 方。该孔工程试验的成功标志着煤矿井下分段压裂技术实现了“从0到1”的突破。

  目前,该技术已在神东保德,山东济宁,山西阳泉,陕西韩城、黄陵、彬长、榆林,河南焦作,内蒙古东胜,新疆乌鲁木齐、昌吉,安徽淮南、淮北,贵州黔西等8省30余个矿区成功推广应用,形成了适合不同地质条件、不同开采条件、不同灾害类型的成套技术体系。该技术在典型煤矿区工程实践应用中,创造了煤矿井下分段水力压裂定向钻孔长度800米、单孔20段压裂的施工纪录;在碎软煤层中实现了单孔瓦斯日抽采纯量超3000方;坚硬顶板采用分段水力压裂措施后,在工作面煤炭回采过程中监测,顶板来压步距、动载系数和最高压力值均明下降,未发生任何矿压动力灾害。

  该技术授权发明专利20余项,申请行业标准2项,研究过程中发表优秀科技论文30余篇,对煤矿生产一线技术人员进行相关技术培训50余场,培训人员超2000人。该项技术在国内不同矿区推广应用形成的成果,由中国煤炭工业协会组织专家在2017年、2019年、2020年、2021年和2022年进行鉴定,均达到国际领先水平。该技术的应用推广保障了近5亿吨煤炭资源安全高效回采,为我国煤炭工业发展提供了有力的技术支撑。

 

来源:中国煤炭科工集团