龙马煤矿井下水力压裂试验方案.docx

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龙马煤矿井下水力压裂试验方案

龙马煤矿井下水力压裂试验方案

杉松岗矿业集团靖宇龙马矿业有限公司

208综采工作面井下水力压裂试验方案

靖宇龙马矿业有限公司

二〇一六年八月

第一章概况

第一节技术概况

煤矿井下水力压裂增透技术，是河南省煤层气开发利用有限公司自主研发的一项煤矿瓦斯综合治理技术。

技术基本原理：

煤体是一种多孔介质，具有丰富的原生裂隙。

该技术就是利用专业成套压裂装备和施工工艺，经过钻孔，将压裂液注入煤层中，利用压裂液的不可压缩性，在煤层各级裂隙弱面内对壁面进行支撑，使各级裂隙弱面发生张开、扩展和延伸，形成一个相互交织的多裂隙连通网络。

正是由于这种裂隙连通网络的形成，致使煤层透气性增加；同时实现煤体整体卸压、降低煤层瓦斯压力、煤体吸附瓦斯快速解吸；达到提高钻孔抽采效率的目的。

另外，高压压裂液侵入煤体，煤体水分含量增加、塑性增强，减少生产作业中的产尘量。

贵州中祥工程管理有限公司为河南省煤层气开发利用有限公司的全资子公司，专业为省煤层气公司开展井下瓦斯治理技术服务（煤岩巷施工、钻孔施工、井下水力压裂工程施工、设备销售）、煤矿瓦斯参数测试分析（瓦斯压力、瓦斯含量、煤质参数等）、煤层气地面井工程施工等业务。

已在西南地区、山西等省市地区开展煤矿井下水力压裂和煤矿井下瓦斯综合治理等项目。

第二节项目试验目的

吉煤集团公司在7月份组织各矿到八连城煤矿参观学习该技术，并鼓励各矿采用煤层水力压裂增透技术开展瓦斯治理工作，因此靖宇龙马煤矿编制该试验方案，拟对井下208综采工作面进行煤层水力压裂增透进行瓦斯预抽。

技术引自6月，由国家安全生产总局组织的“煤矿安全科技进吉林”活动，邀请国内煤炭行业知名的科研机构、高校、企业等来到吉林省，为吉林省煤炭行业的安全发展提供支撑。

该活动为吉林省煤炭企业和被邀请单位搭建了一个好的长期的交流平台。

在活动期间，珲春矿业与河南煤层气公司交流各自在煤矿井下采用水力压裂的方法进行瓦斯治理的经验，并达成共识，确定在珲春八连城煤业公司做为试验地点，合作开展煤矿井下水力压裂技术在八连城煤矿的试验，主要目的是对河南省煤层气公司的压裂泵组和压裂施工工艺等方面进行可行性试验。

珲春八连煤矿经过煤韧劲水力压裂增透治理瓦斯效果显著，在北翼3个工作面开采时均未发生过瓦斯超限报警事故，创八连城故采面瓦斯治理历史最好水平。

鉴于八连城煤矿采用煤层水力压裂增透瓦斯治理的成功经验和效果，吉煤集团组织各矿参观学习并要求采用该技术治理瓦斯。

第三节技术路线

在研究方法上，采取理论分析和现场试验、参数测试分析相结合；针对瓦斯涌出规律，验证相应的预测、施工参数和装备；进行现场试验，对技术和装备进行检验，进一步完善和修改，最后形成高效适用于靖宇龙马煤矿的压裂工艺和参数。

第二章矿井概况

第一节矿井位置、范围

靖宇龙马煤矿位于吉林省靖宇县东兴乡马当村。

地理座标：

东经：

126º59′24″～127º00′42″

北纬：

42º26′46″～42º28′14″

矿区距靖宇县城北东18公里，距白山市火车站110公里，距长林线三岔子火车站90公里，距沈吉线朝阳镇火车站97公里。

其间均有公路相通，交通较为方便。

龙马煤矿井田范围由吉林省国土资源厅2月25日颁发的采矿许可证（采矿证证号：

C2003117437）所确定，矿区范围内主要可采煤层为1号、2号、3号煤层。

该区由10个拐点坐标圈定，详见龙马煤矿划定范围拐点坐标表。

井田面积约3.4050km2。

开采深度：

由420米至-150米标高。

表1-1龙马煤矿划定范围拐点坐标表

登记拐点坐标（1954坐标系）

核查拐点坐标（1980西安坐标系）

区号

点号

X（北坐标）

Y（东坐标）

区号

点号

X（北坐标）

Y（东坐标）

1

1

4703270.00

42581794.00

1

1

4703237.37

42581752.81

1

2

4703656.00

42581690.00

1

2

4703623.37

42581648.81

1

3

4703600.00

42581476.00

1

3

4703567.37

42581434.81

1

4

4703787.00

42581430.00

1

4

4703754.37

42581388.81

1

5

4703842.00

42581634.00

1

5

4703809.37

42581592.81

1

6

4704434.00

42581730.00

1

6

4704401.36

42581688.81

1

7

4704500.00

42583175.00

1

7

4704467.36

42583133.80

1

8

4703360.00

42583230.00

1

8

4703327.37

42583188.80

1

9

4701880.00

42582830.00

1

9

4701847.39

42582788.80

1

10

4701765.00

42582080.00

1

10

4701732.39

42582038.81

图1-1矿井交通位置图

吉林省杉松岗矿业集团

靖宇龙马煤矿

第二节地形地貌与气候

龙马煤矿位于龙岗山脉东南侧的低山地区。

地貌为玄武岩台地，海拔标高510m～567m，最高标高为617.08m，最低侵蚀基准面标高为406m，相对高差211.08m。

矿区处于地下水补给区，地表径流条件较好，矿区开采标高-150至420m，煤层开采需在侵蚀基准面以下进行。

矿区主要河流有头道松花江，从矿区东约1㎞处由南流向北，江宽100～150m，水深达数十米。

白山电站水库蓄水后，最高洪水位标高为416.50m。

江水结冰期为11月中、下旬，翌年4月中旬开始融化，每年11月份开始水位下降至406m左右。

该区属亚寒带大陆性气候，最高气温33.5℃，最低气温-42.2℃，全年平均降水量767.3mm，最大降水量1191.5mm，以7、8月份降水量集中。

最大月降水量为135.7mm。

该区每年一般在10月下旬降雪，其中11、12月份为最大降雪期，而11月初开始封冻，翌年4月中旬开始解冻。

最大冻土深度1.8m。

区内多年未发生有级地震。

第三节地质构造

一、地层

在矿区范围内主要地层由老至新有太古界鞍山群（Ar），中生界侏罗系中统侯家屯组（J2h），上统果松组（J3s）、林子头组（J3l）、石人组（Jsh）和第四系（Q）。

各系地层组合特征与接触关系分述如下：

（一）、太古界鞍山群（Ar）

区内太古界鞍山群的花岗片麻岩，构成中生界含煤沉积盆地之基底，厚度不详。

与上覆地层为角度不整合接触。

（二）、中生界

1、侯家屯组（J2h）

该组粉砂岩段：

以紫红色粉砂岩为主，夹有黄绿色粉砂岩和泥灰岩透镜体，底部为杂色砾岩，厚度100m左右，与上覆地层过渡接触。

2、侏罗系上统（J3）

（1）、果松组（J3s）

本组岩性主要由中性火山碎屑岩组成，有紫色安山角砾岩，集块岩、安山岩，有时夹滚园状砾石，砾径一般10～30cm，最大的有50cm。

厚度170m左右，与上覆地层为假整合接触。

（2）、林子头组（J3l）

该组按岩性组合特征由下至上可分为凝灰质粉砂岩段（J23s）、凝灰岩段（J23l）、粉砂岩段（J33s）。

各段岩性组合特征分述如下：

①凝灰质粉砂岩段（J23s）

以灰凝灰质粉砂岩为主，上部夹有2-3层灰绿色薄层凝灰岩，下部夹有四层深灰色薄层泥质灰岩，在粉砂岩中有大量湖泊相复足类动物化石，厚度100m左右，与上覆地层为假整合接触。

②凝灰岩段（J23l）

该段岩性主要由灰绿色和浅灰色凝灰岩互层，含凝灰岩角砾。

砾径1～5cm左右，局部具紫色，厚度60cm左右，与上覆地层为整合接触。

③粉砂岩段（J33s）

该段岩性由灰绿色、淡灰色粉砂岩、紫色泥岩、黑色泥岩和薄层砾岩组成。

在上部有3～4个薄层凝灰岩，在其下部有黑色叶片状页岩，并夹薄层泥质灰岩和灰岩透镜体。

含有湖泊相腹足类及辨鳃类动物化石，厚度190m左右，与上覆地层为整合接触。

（3）、石人组（Jsh）

该组按岩性组合特征由下至上可划分含砾粉砂岩段（J13ch）、下含煤段（J23ch）、砂砾岩段（J33ch）、上含煤段（J43ch）、火山碎屑岩段（J53ch）。

各段岩性特征分述如下：

①含砾粉砂岩段（J13ch）

以灰绿色与深灰色粉砂岩为主，层间夹灰色砾岩薄层。

厚度约70m左右，与上覆地层为整合接触。

②下含煤段（J23ch）

由深灰色粉砂岩和砂岩、砾岩、炭页及3～4个煤层组成，含可采煤层3层，厚度80m左右，与上覆地层为整合接触。

③砂砾岩段（J33ch）

由灰绿色粉砂岩、砂砾岩、砾岩组成，夹有紫色泥岩、薄层炭页和煤线，厚度约100m左右。

与上覆地层为整合接触。

④上含煤段（J43ch）

该段以深灰色粉砂岩为主。

夹砂岩、砾岩和凝灰岩、炭质页岩及6个煤层组成，其中可采煤层2层，局部可采煤层2层。

下部以灰绿色砂岩夹杂色砂砾岩组成，厚度115m左右，与上覆地层为整合接触。

⑤火山碎屑岩段（J53ch）

该段由深灰色安山岩、灰绿色、暗紫色凝灰岩熔岩及凝灰岩互层，中下部为灰绿~灰色砂砾岩，夹3～4层炭质页岩及薄煤层，厚度290m左右。

与上覆地层为角度不整合接触。

（三）、第四系（Ｑ）

1、白头山玄武岩（βＱ１）：

暗灰~灰黑色，具有多次啧发堆积，夹1-3层火山渣，每次喷发上部有气孔，下部致密，柱状节理发育，底部有5～10m的砂砾岩层，分布在松花江两岸。

厚度50～110m。

2、残坡积层（Ｑ）：

主要由河床砂砾残积层，由碎石和腐植土组成，厚度一般2～10m。

二、构造

靖宇马龙煤矿，大地构造位置处于中朝准地台,铁岭台拱的东段。

靖宇煤田较严格的受控于北北东断裂带。

该煤田自南东三股流～马当至北东端贾家楼、那尔轰一带，长约30公里，宽约2.5公里，面积约75平方公里。

煤盆地呈斜列式，走向呈北北东，倾向南东的单斜构造，倾角18～25º。

矿区1至4勘探线，是煤盆地北西异地单斜构造的一部分，岩层走向呈北北东，倾向南东，倾角18～25º，与煤盆地总的构造基本一致。

在矿区内小断裂比较发育，经过采掘发现落差4～30m左右的小断层有4条，断层编号与要素详见下表：

表1-2断层特征表

断层编号

性质

走向

倾向

倾角

控制程度

F1

正断层

ZW～SE

ZE

70～80º

巷道控制

F2

正断层

ZW～SE

ZE

70～80º

巷道控制

F3

正断层

ZW～SE

ZE

70～80º

巷道控制

F4

正断层

ZW～SE

ZE

70～80º

巷道控制

F15

正断层

NE～SW

NW

55～60º

1-1、72-2号孔控制

三、岩浆岩特征

勘查区以第四纪喜山期基性玄武岩为主，其形成主要表现为基性岩浆的喷发和喷溢，形成巨厚的玄武岩台地，其岩性特征为暗灰-灰黑色斑状结构，多次喷发堆积，夹1-3层火山渣，每次喷发期的上部具气孔状，下部致密柱状节理发育。

覆盖在煤系地层之上。

另外在含煤地层中火山碎屑岩段有巨厚的安山岩，颜色有多种，灰黑、紫红色、浅褐红色，但对上、下含煤段煤层无影响，受后期构造运动影响其裂隙较发育，岩层上、下部空隙较多，为本区含水性较好的含水层并可起导水作用。

四、水文地质特征

根据水文类型划分报告，分析确定本区3个含水层和2个隔水层，分述如下：

（一）、含水层

1、玄武岩孔洞裂隙水含水层

第四系更新统玄武岩裂隙水含水层，分布全区，气孔发育、裂隙发育一般，局部形成裂隙风化破碎带，富水性较强。

厚度在24m～10