井下定向钻孔水力压裂试验包括压裂层位选择、水力压裂技术参数、压裂装备与仪器、技工工艺及缝网监测及效果评价等内容。

水力压裂层位选择

　　122108 工作面出现强矿压、液压支架损坏的核心原因是工作面上部存在多层完整坚硬岩层，煤层采过后顶板不能及时垮落。另外，开采煤层厚度大、产量高也是一个重要原因。因此，确定合理的压裂层位非常关键。

　　基于上述的顶板岩层钻孔结构观察、岩层强度原位测量、地应力测量及岩层可压性试验结果，结合钻孔柱状、工作面矿压显现特征、采高及经济性原则，综合确定压裂层位为顶板以上 10m、23m、38m。

水力压裂参数设计

        水力压裂参数包括定向孔布置、泵注排量、泵注液量、压裂间隔及压裂时长等。技术参数确定依据有地应力、岩石力学参数、渗透率、孔隙率及压裂液性能等，确定压裂参数的方法有理论计算、数值模拟及经验类比法等。

基于上述的理论研究、数值模拟及已有的经验，提出 122108 工作面顶板岩层压裂参数设计。压裂工程分两期，每期沿工作面走向 500m，共 1000m。顶板岩层中共布置 3 排钻孔，分别位于顶板以上 10m、23m、38m 层位，每排钻孔数量分别为 6、5、6。

曹家滩煤矿井下区域水力压裂钻孔布置

水力压裂工艺

　　钻孔和压裂地点位于回撤通道、回采顺槽的钻场中， 定向钻孔深度为500~800m。采用跨式封隔器封闭压裂段、后退式分段压裂工艺。

　　采用的主要设备包括履带式全液压定向钻机、井下专用大流量压裂泵组、压裂工具串、工况监测、安全监控仪器等。

井下定向钻孔分段水力压裂工艺示意图

　　在井下压裂过程中，实时监测了压力和流量变化。压裂层位为 23m，压力变化范围为 17.7~26.8MPa。裂缝扩展压力平稳，排量为 63.3~67m3/h，压裂时长平均 50min，压裂间隔为20~25m，根据周期来压步距确定。压裂总时长为334.3h，注入水量共计 18793m³。

　　122108工作面定向钻孔水力压裂典型曲线

来源：《煤矿井下定向钻孔水力压裂岩层控制技术及应用》