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三、水力压裂工艺应用情况
2、水力压裂实施过程
2013年后半年开始水力压裂试验准 备工作，2014年初在151305综采工作 面开始试验水力压裂工艺，初采期间 工作面在推进14m后直接顶垮落到位， 一周内完成初采，后续在15#煤综采 工作面推广应用。
151305工作面支架后方悬顶长度 监测数据
9#煤切眼水力压裂钻孔布置图
153302 切眼
45°
二、水力压裂工艺介绍
3、水力压裂钻孔设计
15#煤切眼压裂钻孔设计： ➢压裂钻孔-H，钻孔长度为25m，倾 角为45°，垂深17.7m，间距20m。 I ➢压裂钻孔-S，钻孔长度钻25m，倾 角为45°，垂深17.7m，间距20m。 II ➢压裂钻孔-L，钻孔长度钻33m，倾 角为30°，垂深16.5m，间距20m。
二、水力压裂工艺介绍
5、水力压裂系统主要施工机具
序号
一 1 2 3 二 1 2 3 4 三 1
部件名称
高压注水系统 三柱塞泵 高压胶管
注水钢管及密封件 封隔系统 封孔器 储能器 手动泵
高压树脂胶管 智能窥视系统 矿用窥视仪
型号和规格
3ZSB80/62-90 R15-6sp-13-66Mpa
ZS1.5
煤柱
153203巷
20m 20m
43m
20m 20m
25m 18m
二、水力压裂工艺介绍
3、水力压裂钻孔设计
15#煤顺槽压裂钻孔设计： ➢压裂钻孔-H，钻孔长度为25m， 倾角为45°，垂深17.7m。 ➢压裂钻孔-S，钻孔长度钻25m， 倾角为45°，垂深17.7m。 ➢压裂钻孔-L，钻孔长度钻33m， 倾角为30°，垂深16.5m。
153203巷
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煤柱
C

10m 10m 10m 10m 10m 10m 10m 10m 10m
压裂钻孔-L
压裂钻孔-S
10m 10m 10m 10m 10m 10m 10m 10m 10m
压裂钻孔-H
煤柱
C
B
1m
1m
153302切眼
孔口位置
A
二、水力压裂工艺介绍
4、水力压裂工艺流程
施工钻孔
钻孔窥视
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钻孔封孔
注水压裂
施工钻孔 使用ZDY420型架柱式液压钻机施工水力压裂钻孔（钻头直径为
56 mm）。 钻孔窥视
利用智能钻孔电视成像仪进行窥视，通过对岩面完整性分析， 选择钻孔压裂合适位置。
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二、水力压裂工艺介绍
4、水力压裂工艺流程
钻孔封孔 利用注水钢管将跨式膨胀型封孔器推入钻孔压裂位置处，连接手动泵
压力表 水压仪
高压泵
煤层
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二、水力压裂工艺介绍
4、水力压裂工艺流程
注水压裂工艺流程及注意事项： 封孔、注水压裂采用倒退式压裂法，即从钻孔底部向外依次进行压裂，一 般压裂次数根据孔深控制在5-7次，每次控制长度3-4m，前三处压裂时间一般 不少于30min，后几处压裂时间一般不少于20min，沿与裂纹方向形成横向裂 纹，裂缝扩展半径约为20-25m。 若巷道顶板、煤帮或钻孔中有水渗出或冒出时，应适时停止压裂，压裂结 束。 压裂结束后，对注水钢管和封孔器泄压。
压裂钻孔-H
A-A
153204巷
45°
10m 10m
压裂钻孔-H
煤柱
10m 10m 10m 10m
压裂钻孔-S
B-B
45°
25m 18m
18m
25m
45°
18m
1m
153203
压裂钻孔-H
35m 1m
153203
30°
18m
工作面煤体
压裂钻孔-L
工作面煤体
1m
153204
C-C
35m
A
1m
153204
直接顶初采来压步距平均为13.0m。
工作面矿压 观测结果
基本顶初采来压步距平均为30.1m。 基本顶周期来压步距平均为16.5m。
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三、水力压裂工艺应用情况
3、水力压裂实施效果 在工作面切眼及进回风顺槽实施水力压裂工艺后，顶板分层次有序 垮落，采空区悬顶面积达到了有效控制，有效切顶，保护了两帮及工作 面支护安全。 初采期间未发生过瓦斯超限。 在工作面进回风顺槽水力压裂实施后，对顶板进行了有效切顶，回 采过程中顶板压力及时释放，相邻巷道的底鼓量显著减小，降低了巷道 维护工程量。
监测 2014. 2014. 2014. 2014. 2014 日期 3.26 4.1 4.2 4.7 .4.9
悬顶长 度/m
4
2
1
3
3
监测 2014. 2014. 2014. 2014. 日期 4.14 4.16 4.21 4.30
悬顶长 度/m
1.5
0
2
4
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三、水力压裂工艺应用情况
3、水力压裂实施效果 水力压裂工艺实施后的来压步距：
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二、水力压裂工艺介绍
1、水力压裂理论依据 断裂力学：研究材料和工程结构中裂纹扩展规律。 水力压裂：裂纹由于其内部液体压力的作用而开裂并扩展的过程。根
据其应用领域的不同，亦称作水压致裂或水力劈裂。
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二、水力压裂工艺介绍
2、水力压裂钻孔设计依据 9#煤水力压裂层位：根据9#煤综合柱状图及钻孔窥视，直接顶岩性 为粉砂岩，厚度为3.9m；老顶岩性为细砂岩，厚度为5.3m，考虑最大程 度削弱顶板（0—9m）的整体性，在2—10m之间的岩层进行压裂。
FKss-45/40 ET1.0 SD-60 Φ4
CXK6
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单位
数量
额定压力MPa
台
2
62
m
200
66
根
50
100
套
20
60
个
2
个
2
m
160
120
台
1
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三、水力压裂工艺应用情况
1、以往采取的措施
初采初放期间
支架安装时对切眼退锚 切眼深孔预裂爆破
正常回采期间
进回风超前退锚 强制放顶爆破措施
压裂钻孔-S 25m
I-I
工作面煤体 压裂钻孔-L
33m
切眼
II-II
30°m 45°
18m
工作面煤体
切眼
153204
5m
25m
20m
20m
压裂钻孔-H
煤柱
20m
45.4m
20m
20m
20m
153203
5m
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煤柱
153204巷
I
压裂钻孔-L 压裂钻孔-S
II
3m 10m 10m 10m 10m 10m 10m 10m 10m 10m 10m 10m 10m 10m 10m 10m 10m 10m 2m
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二、水力压裂工艺介绍
2、水力压裂钻孔设计依据 15#煤水力压裂层位：根据15#煤综合柱状图及钻孔窥视，煤层顶板 垂高14m有一层14#煤，考虑最大程度削弱直接顶（0—10m）的整体性， 在5—17m之间的岩层进行压裂。
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二、水力压裂工艺介绍
3、水力压裂钻孔设计
9#煤切眼压裂钻孔设计： ➢压裂钻孔-A，钻孔长度为18m，倾角为30°，垂深9m。 ➢压裂钻孔-B，钻孔长度钻14m，倾角为45°，垂深10m。 ➢切眼布置7个B孔，钻孔间距20m；超前布置A、B孔，钻孔间距10m。
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三、水力压裂工艺应用情况
4、水力压裂工艺优点
水力压裂工艺采用高压水为动力，相比较爆破作业安全风险明显降 低。 水力压裂作业过程影响范围小，无需大面积设置警戒。 上下隅角悬顶面积小，便于瓦斯管理。
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敬请各位专家批评指正！
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一、**采煤工作面概况
（二）15#煤层采煤工作面概况 1、煤层及顶底板岩性 老顶、直接顶：石灰岩，厚9.8m，普氏硬度8，抗压强度41.1MPa、抗 剪强度4.74MPa。 煤层厚度：平均厚度2.23m。 直接底：铝质泥岩，厚4.0m，普氏硬度2，抗压强度16.4MPa、抗剪强 度3.17MPa。 老底：粉砂岩，厚6.8m，普氏硬度3，抗压强度31.3MPa、抗剪强度 8.4MPa。 2、巷道布置 15#煤层综采工作面采用“U”型通风系统，进回风顺槽巷道长度1330 米，掘进断面为矩形（5m×2.6m），切眼巷道长度180米，断面为矩形 （7.4m×2.6m），均采用锚杆、锚索、金属网、钢带联合支护。
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顶板水力压裂工艺汇报
汇报单位：**煤矿 时 间：202*年7月
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目录
1 **煤矿采煤工作面概况
1.
2 1水力压裂2 工艺介绍 3 水力压裂工艺应用情况
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一、**采煤工作面概况
（一）9#煤层采煤工作面概况 1、煤层及顶底板岩性 直接顶：为粉砂岩，厚3.9m。普氏硬度系数为3，抗压强度为31.3MPa ，抗剪强度为8.4MPa。 基本顶：为细砂岩，厚5.3m；普氏硬度系数为6，抗压强度为28.8MPa ，抗剪强度为4.76MPa。 煤层厚度：平均厚度1.60m。 直接底：石灰岩，厚1.0m；普氏硬度系数为7，抗压强度为41.1MPa， 抗剪强度为4.74MPa。 基本底：细砂岩，厚2.8m；普氏硬度系数为6，抗压强度为28.8MPa， 抗剪强度为4.76MPa。 2、巷道布置 9#煤层综采工作面采用“U”型通风系统，进回风顺槽巷道长度1350米 ，掘进断面为矩形（4.2m×2.4m），切眼巷道长度180米，断面为矩形（ 6.1m×2.3m），均采用锚杆、锚索、钢带联合支护。
和 胶管，对封孔器加压至10Mpa ，从而达到封孔的目的。