神东煤炭公司长钻孔水力压裂，拿下坚硬顶板

2017年，国家能源集团神东煤炭公司创新研发长钻孔水力压裂治灾技术，并将其应用于坚硬顶板强矿压治理中。经过6年实践创新，该公司将技术应用范围扩展至上覆遗留煤柱强矿压和坚硬煤体、冲刷地质异常体、夹矸层弱化等灾害治理中。仅2022年一年，该公司成功在所属矿井17个工作面实施应用此技术，施工定向长钻孔96个，钻孔长度累计3.6万多米、压裂700多段，创造了井下单孔800米分18段压裂的行业纪录。

积极首创和不断实践的行动，生动诠释了神东煤炭公司“山沟沟里也可以出先进生产力”的发展自信。生产管理部经理孟永兵介绍：“公司的实践成果为坚硬顶板强矿压超前防治提供了装备和技术支撑，填补了煤矿井下定向长钻孔裸眼分段压裂装备和技术空白。”

强矿压问题接踵而至

时间倒回2017年。在布尔台煤矿42107工作面，煤壁片帮、巷道帮鼓以及底鼓现象明显，解决坚硬顶板强矿压问题是保障矿井安全生产的当务之急。

不过，这也不是一个工作面存在的问题。布尔台煤矿是该公司地质条件复杂矿井，开采难度大。同时，随着各矿井开采范围和深度增加，越来越多的矿井受到顶板灾害威胁，强矿压问题接踵而至。考虑到常规爆破及短钻孔水力压裂覆盖区域小、工程量大、成本高，且爆破易产生一氧化碳等有毒有害气体等问题，技术革新成为必由之路。

“石油、天然气开采中使用的压裂装备，通过水力作用改变岩石物理性质，从而增加岩层的渗透性。”生产管理部主管王庆雄介绍。尽管地面压裂和地下压裂场景不同，但解决问题的原理值得借鉴。

因此，该公司在此基础上学习创新，与科研院所合作，结合井下作业受限条件，着力于设备小型化改造和功能性开发，研发了适用于井下定向长钻孔裸眼分段压裂成套装备，形成顶板长钻孔分段压裂超前弱化解危的工艺技术。

从理论研究到设备创新，该技术首次在布尔台煤矿落地实践。通过向工作面中部煤层顶板施工定向长钻孔，并分段进行水力压裂，该矿实现了坚硬顶板人工弱化改造。

“以往遇到工作面来压，我们得打起十二分精神，时刻调整采煤机动作。这次在通过压裂治理区域时，采煤机明显好推多了。”布尔台煤矿采煤机司机付钟保记忆犹新。通过水力压裂，工作面来压期间支架阻力由平均48.2兆帕降至38.1兆帕，来压步距由24米至30米降至17米至21米，采空区悬顶面积显著减小。

这一组数据，验证了该公司应用长钻孔水力压裂治灾技术的可靠性。通过探索坚硬顶板强矿压问题的全新解决路径，该公司实现了将这项技术应用于煤矿坚硬顶板治理领域的目的。

探索打孔少、压裂远的新技术

首战告捷，并不意味着就此止步。该公司安全、高效的生产节奏，对工艺、效率提出了新要求。在总结压裂经验过程中，公司技术人员又将目光聚焦到工艺改进提升上，思考如何既能少打钻孔、又能压裂更远距离。

在实践过程中，技术人员不断突破裸眼高压密封、单孔分级压裂范围有限等瓶颈，开发多段拖动后退式压裂工艺，实现了2000米以外自动控制压裂，创造井下单孔800米分18段压裂的行业纪录。

长钻孔水力压裂治灾技术在应用中逐渐成熟，也在实践中不断丰富应用场景。技术治理范围不仅涵盖坚硬顶板强矿压、上覆遗留煤柱强矿压领域，还在坚硬煤体、冲刷地质异常体、夹矸层弱化等方面得到更多应用。

上湾煤矿12402工作面平均煤厚达9.05米，煤层坚硬、韧性强。与之对应的，是回采过程中截割困难、推采速度慢、截齿消耗量大、采煤机故障多发。生产管理部通过借鉴治理坚硬顶板原理，对厚硬煤层进行弱化改造，提高了工作面回采效率，减少了回采设备损耗，降低了生产成本。

相关人员表示，长钻孔水力压裂治灾技术具有钻孔轨迹精确可控、有效压裂段长度长、压裂裂缝延展半径大等优势。与传统的大直径钻孔卸压、煤层注水软化、煤层或顶底板爆破解危卸压、常规浅孔水力压裂等治理方式相比，新技术能在应用、经济、环保等多个维度产生效益。

如今，该公司在布尔台煤矿成立了神东矿压研究重点实验室，着力建立覆盖全矿井、重点区域的现代化综合矿压防治技术体系。实验室的建成，意味着神东煤炭公司矿压防治工作在聚合资源、通力攻关方面迈上新台阶。

多维度全方位精准施措

“压裂效果怎么样，不能只有感官感受，更要有数据支撑。”生产管理部高振宇介绍。公司为准确掌握压裂效果、做到灾害精准治理，建立了压裂效果“时空”响应的多参量综合监测技术体系。

多参量意味着采用多个维度、多种方法，重点关注压裂裂缝监测和压裂防治效果评价两个方面。以静态监测手段为例，公司研发了定向长钻孔孔内瞬变电磁探测技术和装备，以压裂前区域电阻分布为背景，通过压裂后电阻测试结果与压裂前做差，确定纯电阻异常区，探测压裂裂缝分布区域和展布方向。

监测目的不仅在于了解，更在于精准应用。技术体系可提前对压裂施工参数进行优化，实现了定量精准设计和评价，填补了压裂裂缝扩展特征和强矿压灾害压裂超前区域防治效果综合立体定量评价方法的空白。

神东矿压研究重点实验室也在此基础上发力。实验室主任张传玖介绍：“实验室配备的PASAT监测系统，通过监测压裂实施前后岩体应力变化情况，进一步丰富了水力压裂效果评价体系。”多种监测手段的共同加持，为神东煤炭公司长钻孔水力压裂治灾技术精准实施提供了坚强保障。

集全方位综合监测技术应用、定向钻进、分段压裂的优势，神东煤炭公司实现了超前、远距离、精准治理的强矿压灾害区域治理，走出了一条科学治理之路。经验已输出应用于陕煤集团、中煤集团、陕西延长石油集团等大型企业中，引领行业技术发展。

截至目前，该项技术成果获得省部级奖4项，申请和制定行业及企业标准3项，申请专利40余项，授权发明专利14项、实用新型专利4项、软件著作权2项。