一、項(xiàng)目背景
煤炭資源為不可再生資源，隨著社會(huì)發(fā)展、工業(yè)需求開采量的增大，資源會(huì)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(yàn)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?zé)豳Y源開采、核廢料儲(chǔ)存、地應(yīng)力測(cè)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(jì)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(duì)水力壓裂進(jìn)行了理論研究，或進(jìn)行了試驗(yàn)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(jiān)硬煤巖體的處理和控制上，這些都為進(jìn)一步研究和完善水力壓裂控制堅(jiān)硬難垮頂板提供了理論和試驗(yàn)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(fèi)，具有一定的先進(jìn)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(jiān)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(tuán)隊(duì)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(jìn)行擴(kuò)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(gè)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(jìn)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(duì)封隔器加壓，從而達(dá)到對(duì)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(duì)封隔段進(jìn)行注水壓裂，壓裂過程中，利用水壓儀監(jiān)測(cè)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(jī)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(gè)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(jìn)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(zhǔn)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(kuò)展，達(dá)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(jìn)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(cè)預(yù)裂縫的起裂。
預(yù)裂縫起裂后水壓會(huì)有所下降，繼而進(jìn)入保壓階段，在這個(gè)階段，裂紋擴(kuò)展的同時(shí)伴隨著新裂紋的產(chǎn)生，利用流量計(jì)監(jiān)測(cè)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(diǎn)
通過對(duì)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(jìn)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(duì)綜放工作面兩端頭頂煤進(jìn)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(jìn)行測(cè)算，可創(chuàng)利潤150萬元，而鉆孔及人工費(fèi)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(jì)效益，特別針對(duì)8m以上的厚煤層，效益更為突出，值得進(jìn)行推廣應(yīng)用。
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