煤层定点水力压裂防冲的机制研究

冯 宇，姜福兴，翟明华，王 博，郭信山，成 功

（1.北京科技大学土木与环境工程学院，北京 100083；2.山东能源集团有限公司，山东济南 250014）

1 引 言

目前国内外治理冲击地压的常用手段为煤层大直径钻孔卸压、爆破卸压（顶底板和煤体）、煤层注水等局部防冲解危技术[1－5]，尽管取得了一定的成果，但局部防冲技术工程量浩大、成本高、人为影响大、卸压效果不能保证，并容易影响采掘进度和生产计划。因此，为实现在掘进或回采前对冲击危险煤层的一次性卸压，达到区域防冲的目的，需研究煤层定点水力压裂技术，即在煤层中进行长钻孔分段定点压裂，以改进常规满灌式压裂方法监测难、不可控制、压力流失、压裂效果差等缺陷。

水力压裂技术起初作为石油和天然气增产增注的有效手段，目前已被应用于石油和天然气工业、水利水电工程、地热资源开发、核废料储存、地应力测量等领域，显示出其广泛的工业应用价值[6－9]。在煤炭开采领域，水力压裂技术主要用于区域性防治煤与瓦斯突出及控制坚硬难垮顶板，并取得了一定的成果[10－17]。但煤层定点水力压裂与常规油气井压裂相比有着明显的差异，主要表现为以下几方面[18－19]：①压裂介质：煤层压裂的介质为由顶底板和含大量天然裂隙的煤层构成的层状组合体，油气压裂的介质一般为各向同性的均质致密砂岩；②压裂压力：由于开采深度和压裂介质物理力学性质的差异，煤层压裂属低压压裂，压力通常为20～40 MPa，油气压裂属高压压裂，压力通常在100 MPa以上；……