UDFD瓦斯治理技术体系的含义是井下打钻(Underground drilling)、地面压裂(Fracture)、井下抽采(Drainage),简称UDFD技术。UDFD技术由北京九尊能源技术股份有限公司自主研发,是将油气、煤层气开发技术与矿井瓦斯治理技术进行高度融合、集成创新的一种新型瓦斯治理技术体系。
UDFD技术有四个方面的特征。一是地面压裂作业场所固定,不受地面条件限制;二是高压管线布设在井下,通过管道井或现有井筒,将管线送至任何需要压裂的地方;三是与矿井生产衔接结合性强。根据矿井衔接关系,可选择长钻孔区域压裂,短钻孔局部压裂,长短钻孔结合压裂多种方式开展瓦斯治理;四是抽采效率高。在压裂区域,可采用压裂孔抽采、抽采孔抽采、压裂孔与抽采孔配合抽采等多种形式,在短时间内,实现抽采达标。
UDFD技术体系包括五个方面的内容。(一)精细三维地质建模与压裂效果数值模拟技术;(二)精准压裂控制工艺技术;(三)智能化井下精细抽采技术;(四)基于全空间微震检测的安全保障技术;(五)UDFD瓦斯治理效果综合评价技术。
贵州金沙龙凤煤业有限公司为新建矿井,现开采9号煤层,一期设计生产能力1.20Mt/a。龙凤矿9号煤层为突出煤层,瓦斯治理难度大,抽采工程量大,掘进效率低,严重制约着矿井的安全生产和达产达效。为此,2021年3月,贵州金沙龙凤煤业有限公司委托北京九尊能源技术股份有限公司在该矿首采区1905工作面开展了“UDFD瓦斯治理技术LF9-1孔试验项目”。
1905工作面位于龙凤矿首采工作面1903的西南侧,与1903工作面相邻,编号为LF9-1的压裂孔开孔位置位于1903回风底抽巷,从1903回风底抽巷打穿层钻孔至1905工作面回风巷(未掘),对该处进行条带预抽消突。LF9-1钻孔总长179米,采用石油固孔技术固孔。高压管线从材料斜井铺设至1903回风底抽巷,管线总长2207米。地面压裂场站设在龙凤矿材料斜井工业广场。
2021年5月27号进行压裂施工作业。两个半小时内压入煤层550m3液量和25m3石英砂。通过地面微震实时监测,获得压裂裂缝范围为80米×240米。通过地面放压排液作业后接入负压抽采系统进行瓦斯抽采。截止2021年12月27日,LF9-1孔累计抽采瓦斯88万m3(折纯),瓦斯浓度60%~100%,单日最高抽采7900 m3(折纯),平均日抽采4500 m3(折纯)。
从目前抽采效果看,按照80米×240米压裂范围计算,压裂改造增透煤量约8万吨,抽采时间近200天,抽采瓦斯88万m3,1905工作面原始瓦斯含量15m3/t,计算可得出,该范围内的残余瓦斯含量降为4m3/t。如果按照龙凤矿抽采钻孔间距4米计算,25个钻孔抽采该区域瓦斯(钻孔干扰因素按40%计算),从15m3/t降至4m3/t,仅需13天时间,效果明显。
龙凤矿计划开展UDFD二期工程项目,对1905工作面进行大范围区域治理。设计布置12个压裂孔,其中6个压裂孔用于1905回风巷条带增透消突预抽。另外6个压裂孔对9号煤上邻近层的7号煤实施超前压裂增透抽采,减少上邻近层瓦斯涌入回采工作面。
二期工程实施后,6个本煤层压裂孔共预计增透面积约12万m2,增透煤量约50万吨,按照残余瓦斯含量6m3/t计算,需抽采450万m3纯瓦斯。在抽采钻孔工程量不变的情况下(间距4米),仅需11天时间,即可完成。另外6个对7号煤的超前增透预抽共预计增透面积12万m2,增透煤量20万吨,7号煤的原始瓦斯含量13m3/t,当残余瓦斯含量降至6m3/t时,7号煤涌向回采工作面的瓦斯将极大减弱,能满足回采工作面正常回采。
计划通过实施二期工程,龙凤矿区域瓦斯治理效果将逐步提高,掘进条带预抽时间缩短,掘进单进速度将提高,回采工作面产能将获得释放。同时,抽采的高浓度瓦斯可以作为高附加值的CNG、LNG加以利用,综合经济效益显著。