ICS 13.100 NB D09 备案号：65929—2019 中华人民共和国能源行业标准 NB/T10056—2018 低透气性煤层穿层钻孔液态二氧化碳相变 致裂工艺技术要求 Technical requirements of liquid carbon dioxide phase transition fracturing for crossingdrilling in low-permeability coal seam 2018-10-29发布 2019-03-01实施 国家能源局 发布 NB/T10056—2018 目 次 前言 1 范围 2 规范性引用文件 3 术语和定义 4 技术原理 5 一般要求 6 技术要求 安全要求 7 附录A（规范性附录） 液态二氧化碳相变致裂影响半径考察方法 NB/T10056—2018 前言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利，本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。 本标准由中国煤炭工业协会提出。 本标准由中国煤炭工业协会科技发展部归口。 本标准起草单位：中国平煤神马能源化工集团有限责任公司、应急管理部信息研究院、平顶山天安 煤业股份有限公司、河南理工大学、重庆大学。 本标准主要起草人：张建国、刘文革、吕有厂、王兆丰、尹光志、王满、韩甲业、杨宏民、孙矩正、 桑逢云、康国峰、代志旭、吴建亭、张福旺、王一然、李喜员、陈喜恩、张东明、吴建宇、王英伟、寇建新、 郭相斌、陈召繁、赵晓举、吕泽。 = NB/T10056—2018 低透气性煤层穿层钻孔液态二氧化碳相变 致裂工艺技术要求 1范围 本标准规定了低透气性煤层穿层钻孔液态二氧化碳相变致裂工艺技术的技术原理、一般要求、技术 要求、安全要求。 本标准适用于煤矿井下穿层钻孔液态二氧化碳相变致裂煤层卸压增透作业、 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文 件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T23561.12 2煤和岩石物理力学性质测定方法第12部分：煤的坚固性系数测定方法 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3. 1 低透气性煤层 low-permeabilitycoal seam 煤层透气性系数小于0.1m/(MPa²·d)的煤层。 3. 2 液态二氧化碳 liquidcarbondioxide 常温、高压条件下以液体形态存在的二氧化碳。 3. 3 相变致裂 phasetransitionfracturing 是利用二氧化碳受热瞬间从液态转化为气态产生的高压冲击，使煤层破裂、增透的一种工艺技术。 3. 4 致裂钻孔fracturingdrilling 用于液态二氧化碳相变致裂的钻孔。 3.5 考察钻孔investigatingdrilling 用于考察液态二氧化碳相变致裂效果的钻孔。 3. 6 穿层致裂 crossing drilling fracturing 采用穿过岩层且与目标煤层正交或斜交的致裂孔，实施液态二氧化碳相变致裂的工艺方式。 3.7 致裂有效影响半径 effectiveinfluenceradius of fracturing 液态二氧化碳相变致裂后所形成的有效抽采影响范围。 1 NB/T10056—2018 3.8 致裂总成 fracturingassembly 致裂工艺技术的核心装置，主要由储液管、加热管、破裂垫片、垫圈、注液阀和释放管组成（各部件标 示见图1）。 4技术原理 在钻孔内装入预先注人液态二氧化碳的致裂总成，并将加热管与低压发爆器连接，接通电流引爆， 使管内的二氧化碳迅速从液态转化为气态，体积急剧膨胀，迅速向外爆发，利用瞬间产生的强大压力和 应力波，致裂煤体。液态二氧化碳相变致裂装备结构示意图如图1所示。 说明： 1——释放管； 破裂垫片及垫圈； 3— 连接头； 4——储液管； 5—— 一液态二氧化碳； 6— 加热管； 7 一导通推杆。 图1液态二氧化碳相变致裂装备结构示意图 5一般要求 5.1适用条件 按照GB/T23561.12进行煤的坚固性系数测定，根据煤的坚固性系数的大小，将煤层致裂适 应性划分为适合致裂（f≥0.5）、可致裂（0.2≤f<0.5)和不适合致裂（f<0.2)三种类型。 5. 2 2设计要求 5.2.1在技术实施前，应进行安全论证，制定安全技术措施。 5.2. 2 按照附录A要求，测试有效影响半径。 5.2.3依据有效影响半径，设计致裂钻孔参数。 6技术要求 6.1工艺要求 6.1.1 致裂总成的组装 6.1.1.1擦拭干净储液管两端及接头，更换加热管及破裂垫片和垫圈。 6.1. 1.2 2点火头一端直接放人加热管及密封垫，装人注液阀。 6.1. 1.3 3电阻表检查接触是否良好，要求电阻在0.04α以下。 2 NB/T10056—2018 6.1.1.4储液管另一端装入密封垫片及载荷垫片，平面朝上。 6.1.1.5装上释放管，拧紧，安装完毕。 6.1.1.6称重，并记录空致裂总成质量。 6.1.2致裂总成的液态二氧化碳充装 向致裂总成中充人液态二氧化碳，一般在地面进行。在设备满足防爆要求的条件下，也可在井下码 室或巷道进行。 6.1.2.1将安装好的致裂总成装在支架的二氧化碳出气口，并对准盲孔顶紧充气，打开注液阀。 6.1.2.2倒置二氧化碳钢瓶并连接供气管，连接好后，打开二氧化碳钢瓶阀门，开启空气压缩机阀门。 6.1.2.3打开注液控制球阀，5s后关闭。 6.1.2.4打开放气球阀，放气，放完为止，然后关闭放气球阀。 6.1.2.5将二氧化碳出气口对准注液孔，打开注液控制球阀，充装二氧化碳，装满以后，关闭空气压缩 机球阀及注液控制球阀，并拧紧关闭注液阀。 6.1.2.6打开放气球阀，放出管道内残留气体。 6.1.2.7卸下装完二氧化碳的致裂总成，在有水容器中测试两端是否漏气。 6.1.2.8称重，并记录充装后管体质量，与空管质量差值即为充装二氧化碳质量。 6.1.3致裂孔施工 6.1.3.1致裂孔应严格按设计的孔径、角度、深度等技术参数施工。 6.1.3.2施工过程中，严格按钻机的操作规程操作，确保作业安全。 6.1.3.3钻孔施工到位后，孔内煤岩粉吹排干净，保证致裂总成推送顺利。 6.1.3.4致裂孔施工完成，钻杆全部退出后，立即进行致裂总成推送作业。 6.1.4致裂总成、导通推杆的连接与推入 6.1.4.1用钻机或其他推送装置将致裂总成送人预先打好的致裂钻孔内。 6.1.4.2将导通推杆连接到致裂总成上，并确保导通推杆与致裂总成的加热管接触良好，用电阻表测 量其电阻在0.042以下。 6.1.4.3借助推送装置将连接好的致裂总成与导通推杆送人致裂钻孔内。 6.1.4.4在其末端续接导通推杆，用电阻表测量其电阻在0.04α以下。 6.1.4.5重复6.1.4.3和6.1.4.4操作，直至致裂总成到达钻孔内预定致裂深度。 6.1.4.6将起爆线两极短接，以防止杂散电流影响。 6.1.5起爆致裂 6.1.5.1用起爆线连接电极并引至安全距离以外，将起爆线连接到发爆器两个电极，并拧紧螺栓，进行 导通试验，确保接触良好。 6.1.5.2确保致裂安全警戒范围内无人员滞留，并接到起爆命令后，按住信号开关，拧到起爆位置（或 旋转引爆手把），完成起爆致裂。 6.1.5.3致裂完成，待安全警戒撤除后，退出、回收致裂总成。 6.2装置要求 6.2.1致裂装置由致裂总成（包括储液管、加热管、破裂垫片、垫圈、注液阀和释放管）、充气装置、液态 二氧化碳钢瓶、导通推杆（兼起导线作用）、空气压缩机、电阻表、发爆器等组成。 6.2.2检查气体纯度是否含有杂质，将瓶倒置打开阀门检查是否有水或含有其他杂质，纯度不能低 3 NB/T10056—2018 于95%。 6.2.3检查二氧化碳钢瓶是否经过年检。 6.2.4检查供气压力，调整调压阀，要求气体压力达到0.5MPa。 6.2. 5 5二氧化碳钢瓶需安置在通风、阴凉处，发现钢瓶有腐蚀、损伤、裂纹等缺陷时，及时安排更换。 6.2.6充气装置、空气压缩机、电阻表、发爆器严格按操作规程使用操作。 6.2.7 致裂总成运送过程中，接线头短接，并套装塑料外壳，消除杂散电流对线路的影响。 6.2.81 使用完的致裂总成应及时回收、集中储存或运出井下。 6.2.9 导通推杆应采用专用护套保护两端后，在通风、干燥、阴凉地点集中存放。 6.3 其他要求 6.3.1至 致裂总成两端需用专用工具旋紧，确保其密封性 6.3.2至 致裂总成应在井下致裂前充装，随用随充，不宜长期保存。 6.3.3导通推杆连接后，如测定的电阻超过0.042，则需要重新连接/更换导通推杆，或更换加热管。 6.3.4正常情况下液态二氧化碳充装时间为1min2min，如气动泵长时间不停止，说明二氧化碳钢 瓶内气体不足（或二氧化碳钢瓶阀门未打开），需更换满的二氧化碳钢瓶（或打开二氧化碳钢瓶阀门）。 6.3.5多次转动手柄仍未起爆，应退出致裂总成，卸除内部压力后，重新充装或更换。 7安全要求 7.1致裂装置及各种备件应取得煤安标志，否则不得人井。 7.2在任何情况下，拆卸致裂总成的两端头时，应先将注液头的进气阀门打开，卸除管内压力，以免瞬 间冲出大量气体或崩开连接头，造成伤人事故。 7.3加热管的通电，应使用矿用防爆型发爆器，由专职爆破工进行连线和起爆。 7.4致裂前，应检查致裂环境的瓦斯、煤尘、顶板、支护等是否符合《煤矿安全规程》要求。 7.5专职瓦斯检查工检查巷道内瓦斯，只