山西组煤层风氧化带深度的确定——以滕县煤田五号井田为例
煤层风氧化带的确定是煤田地质勘探的重要内容之一。由于影响煤层风化作用和氧化作用的地质因素很多 ,因此不同地区 (或不同部位 )煤层遭受风化和氧化作用的程度、深度各不相同。本文应用地壳构造运动理论 ,把煤的上覆岩层和煤的结构作为一个统一体加以研究 ,通过对煤的风化、氧化指标和视电阻率曲线特征进行对比分析 ,确定了山西组 3煤层风氧化带的深度。1　山西组煤层的风氧化带煤层的风化和氧化作用是煤层形成后发生在表生带的一种地质作用。煤层因构造运动而出露地表或埋藏于地表浅处 ,在大气和水等各种地质营力的综合作用下 ,其物理和化学性质势必发生变化。根据煤层物理和化学性质变化的程度 ,可将其分为风化带和氧化带[1]。1 .1　风化带煤的风化指煤的物理和化学性质都发生变化 ,可根据煤的宏观特征 (如颜色、光泽、结构、构造、硬度等物理性质或煤层厚度变薄等 )来确定风化带。风化带内煤的宏观特征与正常煤显著不同 ,滕县煤田五号井田山西组 3煤层风化带颜...&
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山西组的层型剖面建立在太原西山,其下界位于北岔沟砂岩之底,上界位于骆驼脖子砂岩之底,为一套海陆交替相的含煤岩系.目前,在我国通用的山西组,实质上被多数地层古生物工作者认为是一年代地层单位,山西石炭系二迭系专题组也采用这一概念.有关山西的山西组的对比、划分、化石群及地质时代,山西石炭系二迭系专题组近年提出一些新的认识: 1.晋东的南峪灰岩、晋东南的附城灰岩(L;)应与太原西山山西组舌形贝页岩对比;晋东南的小东沟灰岩(L、)应与太原西山山西组下石村灰岩对比,它们均系山西组海相沉积. 2.在晋东,太原组山西组的界线应置于猴石灰岩与南峪灰岩之间的第一砂岩(S:)之底,山西组石盒子组的界线应置于第四砂岩(S;)之底.在晋东南,太原组山西组的界线应置于红矾沟灰岩(L3)与附城灰岩(L;)之间的黄水沟砂岩(s,)之底,山西组石盒子组的界线应置于佳祥砂岩(S;)之底. 3.太原西山山西组层型剖面的双壳类动物群包括下列重要分子:D“,barcll...&
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0引言鄂尔多斯盆地是中晚元古代坳拉槽所夹持的克拉通地块基础上发育起来的沉积盆地,盆地的发展经历了中晚元古代坳拉谷、早古生代浅海台地、晚古生代滨海平原、中生代内陆湖盆和新生代周边断陷五个地质构造演化事件。子洲—清涧地区位于盆地的中东部,在该区其主力生产层为山西组山23亚段的石英砂岩,储集类型以孔隙型砂岩储集体为主。根据对2004年探井的跟踪研究,发现部分录井队伍在钻井施工中,对山西组小层的划分认识不清,以及对山西组山23亚段砂体判断不准,这样导致取心不准确,增加取心次数,造成录井队对地层认识及取心的失误增多。因此,在现场综合录井过程中,充分认识山西组小层的岩相特征及小层划分与对比,对于录井现场及时准确地划分小层地层界限和地层对比,卡准主要油气层取心层位,取全取准油气层岩心资料,具有重要的现实意义和指导意义。1岩性特征进入山西组后,泥岩颜色变深,一般为深灰色、灰黑色为主,砂岩成分以石英为主,岩屑次之,砂岩和泥质粉砂岩顺层面分布有大量...&
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新新矿区山西组植物古生态学研究王军沈光隆（西北大学地质系西安７１００６９）孙柏年（兰州大学地质系７３００００）摘要对登封煤田新新矿区早二叠世中期山西组植物古生态进行了初步研究，讨论了植物群落的演替、结构，以及含煤地层的古地理环境。关键词古植物古生态学山西组新新矿区中国图书资料分类法分类号Ｐ５３４．４６作者简介王军男２８岁博士研究生古植物地层１引言登封煤田是华北晚古生代聚煤盆地南带豫西—两淮含煤区的一个重要组成部分，是我国石炭二叠纪重要煤田之一。该区的含煤地层发育序列虽与华北区相似，但又体现出一些华南区的特点，常有北型南相之称。区内的煤田地质调查研究始于４０年代，前人积累了较为系统的地质资料。但因研究方法的限制，本区的植物古生态学研究尚未开展，这与该区作为我国重要煤炭基地的地位颇不相称。有鉴于此，笔者近来在该区的新新矿区做了较为系统的植物古生态研究，现将一些初步成果报道于此。２植物古生态分析按照植物古生态的野外工作方法［１～６］，...&
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嵩箕地区山西组的新认识牛百礼，焦清典，张士（郑州煤田职工地质学院）摘要本文研究了嵩箕地区山西组的４条剖面。提出了嵩箕地区山西组时代为早二叠世早期（山西组下段）至早二叠世晚期（山西组上段）。认为山西组是在三角洲环境下形成的，主要可采煤层二１煤是三角洲平原上的沼泽沉积。文章指出了丰富的大羽羊齿植物和银杏类植物在豫西地区山西组的出现，不是以植物迁移的时间差所能解释的，而是由于岩石地层单位穿时的结果。根据地层指南“组”的定义，本区山西组与邻区作岩性比较后认为，引用“山西组”这一名称来命名这段地层是恰当的。关键词山西组，岩石地层单位，穿时，地质时代，三角洲相１地层特征对禹县大风口、登封新新、宜阳沈村和陕县观音堂（图１）４条剖面的详细研究可知，本区山西组为一套以细碎屑岩为主的含煤沉积。根据岩性特征自下而上分为两段。下段自老君堂砂岩底面至大占砂岩底界面，厚１１～３０ｍ。含主要可采煤层二＿１煤，平均煤厚５ｍ左右。地层含砂率为０～２０％。底部的老...&
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SPheop抑11“m Brongniart是晚古生代全球广布的植物,日本三叠纪卡尼期也有此类可疑标本发现(Asama et al二),Storeh(1966)按叶形和脉序特征将该属分为三组,其中“畸楔叶”组植物以叶的面积较大,形态各异,叶脉外弯,部分直达顶端,部分交于侧边为共同特征。Batenburg()指出,除只有二歧分叉全裂线状叶的古老类型的种(如5.teoe-,犷im,m Ettingshausen等)外,异型叶性是包括“畸楔叶”组在内的其他具展开叶的楔叶植物的重要特征。但是,除联邦德国斯梯芬统的5.mir。。11。。君vetter*外,具异型叶的“畸楔叶”组植物迄今未在世界其他地区发现过。 本文描述的S户he,o户hyll“m 51,eos,sv.nov.是我国最近发现的具异形叶的“畸楔叶”组植物。全部材料(5。。余块标本)均为印痕化右。其中,根、茎、叶材料齐全,并显示可靠的连生关系...&
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京公网安备75号唐山沟煤矿11号煤层采空区煤柱稳定性分析--《煤炭科学技术》2009年03期
唐山沟煤矿11号煤层采空区煤柱稳定性分析
【摘要】：为了确定唐山沟煤矿11号煤层采空区煤柱稳定性,分析了其采空区煤柱类型,选择了适合该矿煤柱类型的煤柱载荷与煤柱强度计算方法,对三类煤柱进行了计算分析,得出了采空区煤柱稳定可靠结论,并对安全开采8号煤层提出了建议。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：TD822.3【正文快照】：
唐山沟煤矿井田面积9·96 km2,设计生产能力90万t/a,可采煤层为8号、11号(分11-1号和11-2号)、12号、13号,在原来开采时,放弃了开采最上部的8号煤层,而是开采赋存条件最好的11-2号煤层,自20世纪70年代开始采用传统的刀柱法开采,已经采出了11-2号煤层50%的储量,造成了上覆8号
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京公网安备74号一个薄煤层老矿的管理经――看兖矿集团北宿矿如何依托管理提升效益
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一个薄煤层老矿的管理经――看兖矿集团北宿矿如何依托管理提升效益
张兴茂 吕 莉
中国矿业报
】【】【】
　　北宿矿在山东兖矿集团是名副其实的“小老弟”。论产量，其年核定生产能力只有100万吨；论效益，其生产成本高、煤炭价格低、综合效益差；论规模，已建成投产37年，煤炭储量逐年减少，各项投入欠账多，发展压力巨大……在这种情况下，作为薄煤层老矿，北宿矿如何求生存、保发展？2013年，该矿严格落实集团公司“管理创造价值”的新要求，向管理要效益，靠实干促发展，在异常严峻的形势下开创出了高质高效发展的新局面。
　　思路决定出路
　　2013年，面对严峻的经济形势，以及矿井本身存在的投入多、成本高、效益差的“先天不足”，北宿矿该何去何从？“只要思想不滑坡，办法总比困难多。思路清，才能目标明。”2013年初，北宿矿党政班子研究制定了有针对性的、符合北宿矿实际的应对措施，确立了“以安全做保障、靠管理创价值、向节约要效益”的工作思路，概括起来说就是要算好安全效益账和经济效益账，通过强化安全生产这个保障，强力实施深挖潜、严管理、提煤质“三大战略”。“为什么要把安全放在第一位呢？因为安全是一切工作的前提和基础，在严峻的经济形势下，一旦安全上出了问题，将会难上加难。抓好了安全，就掌握了发展的先机。”该矿矿长张传武如是说。北宿矿领导班子是这样说的，也是这样做的。通过开展安全大讨论、狠抓质量标准化建设、严格奖惩等，2013年1月~3月份，北宿矿顺利实现了安全生产，杜绝了重伤及以上事故，以稳定的安全形势为矿井应对危机、平稳发展提供了有力保障。
　　在抓好安全保障的基础上，该矿充分利用广播、电视等各类媒体，大力宣传矿井发展所面临的新形势、新目标、新任务，宣传管理创造价值的重大意义，宣传管理创新的先进典型，广泛开展形势任务教育，使广大干部职工深刻认识到管理与生产成本、生产成本与经济效益、经济效益与职工收入的关系，牢固树立“省下的就是赚下的”理念。该矿还广泛宣传“人人都是管理者、人人都是效益的创造者、人人都是管理创造效益的受益者”的理念，使广大干部职工深刻认识到每个岗位都是价值创造点，没有不能创造价值的岗位，只要用心工作、履职尽责，人人都可以为矿井发展做贡献。
　　“抠”出来的效益
　　“2013年1月~2月份，全矿内部收入完成7690万元，比考核增收218万元；商品煤成本比考核降低59.07元/吨，通过对地面拣选、半煤岩巷道实施分打分装工艺，累计多回收煤炭1.3万吨，创效380余万元；通过回收复用、修旧利废等，累计节约资金211万元。”这是近日笔者从北宿矿财务部门了解到的一组数据。
　　“北宿矿是薄煤层矿井，投入大，产出少，利润空间狭小，在当前严峻的经济形势下，要想提高经济效益，就必须精打细算，算好节约挖潜账，努力实现管理创造价值。”该矿党委书记张勇如是说。今年以来，他们牢固树立过紧日子的思想，严格落实好各项经营管理制度和措施，一点一滴地“抠”，一角一分地省，人人当“老抠儿”，全员抓节约，积极为矿井做好2013年经营管理工作做贡献。
　　在节支降耗方面，该矿制定了具体措施和考核办法，坚决杜绝井下皮带空运转，要求皮带司机在没有煤炭运输的情况下及时停机。为减少材料投入，该矿制订了井下铺底硬化方案，杜绝无计划施工，各单位铺路不用石子，多用矸石；同时在保证安全的前提下，能回收的废旧材料提前标记出来，提高坑木回收率和钢梁周转使用率。该矿还在降低可控费用上做文章，减少开车外出，几个单位同时需要外出的，一律拼车；降低刊物订阅费用，严格控制各类耗材、文印费、印刷费等。
　　该矿采煤二区把材料回收复用指标分解给每名班组长，每月对节支降耗情况进行全面考核，评选出“节约能手”、“最佳节约班组长”，并进行奖励。该区区长丁继罗说：“今年1月~2月份，我们通过开展回收复用活动，回收旧枕木223块、金属网2690米、金属梯186个、锚杆238根、托盘392套、旧皮带600米，由此增加经济效益91万余元。”
　　向管理要效益
　　1月16日，北宿矿劳资科出具了一份工人调配介绍信，该矿11名离退休所员工被充实到人手紧缺的食堂。也是在这一天，该矿劳资科又通知水暖工区的17人去该矿教育培训中心进行转岗培训。据该矿工资部门介绍，截至今年2月份，该矿在册人数为4050人，这个数字比2012年同期减少了231人，不仅大大提高了工作效率，还节省了一大笔工资费用。
　　加强人力资源管理只是北宿矿向管理要价值、要效率、要效益的一个方面。2013年1月~3月份，该矿生产现场工作面“两撤三安”，同时3个工作面过断层，其中最大断层落差达到6米多，生产时间紧、任务重、压力大。在这种情况下，该矿充分发挥管理优势，通过调整优化生产布局、制定奖励政策，加强对各生产科室、相关部门的指挥协调，确保了安全生产。今年1月~2月份，该矿商品煤产量完成14.5万吨，超计划5036吨，为矿井完成各项经济指标打下了坚实的基础。
　　该矿在全面总结2012年经营管理工作得失的基础上，研究制定了2013年经营工作意见，细化了各单位生产经营承包方案，明确了绩效工资、劳动定额等管理办法，做到刚性制度、刚性落实、刚性考核。同时，该矿坚持“该投入的确保投入，能节约的绝不浪费”的原则，以“优化工序、提高效率、控制消耗、降低支出”为切入点和突破口，广泛开展管理挖潜、降本提效竞赛，大大压缩了各类非生产性费用支出，矿副总以上领导的车补全部降低了30%，清理撤销固定电话70余部。今年1月~2月份，该矿通过比价采购节约资金9万元；材料投入支出比考核预算指标降低298万元，降幅为32%。
　　抓煤质就是保生存
　　“3月20日，1873工作面共测量107个支架。其中，采高低于1.05米的有45个，高于1.05米的62个，对综采工区罚款170元。”在3月21日的调度会上，北宿矿生产科负责人汇报了综采面采高奖罚情况。
　　针对综采面割底影响煤质的实际，北宿矿严把“采高关”，规定采高必须控制1.05米以下，并在每天的调度会上通报检查情况。
　　“这只是我们加强煤质管理的一项措施。”北宿矿分管煤质发运的负责人说，“严峻的煤炭市场形势对煤质管理提出了更高要求，只有把加强煤质管理放到保生存、保饭碗的重要位置来抓，把煤质管理的各项措施落到实处，才能确保以质促销、提质提价。”
　　今年1月~3月份，由于受充采工区连续过两个大断层、综采工作面夹矸多、1861工作面采高低等因素的影响，该矿煤质管理工作面临着诸多困难。在这种情况下，北宿矿严格坚持“视野之内无杂物、无石头”的工作标准，采取严控源头、细抓现场的措施，狠抓煤质管理的薄弱点、薄弱环节，严格落实综采采高控制制度、煤质管理质量与工资挂钩考核制度、采煤生产单位超灰超水扣罚制度。“1月~2月份，全矿原煤超灰扣产1604吨。因煤质管理不到位，全矿有11家单位受到处罚，共计罚款2.5万元。”该矿煤质发运科负责人介绍说，该矿商品煤灰分达到26.26%，发热量始终保持在5000大卡以上。
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备案序号:京ICP备号 建议使用IE9.0以上浏览器或兼容浏览器，分辨率合层水力压裂煤层投球数的确定倪小明 贾炳 王延斌
摘要& 在单层较薄、煤层间距较小的多煤层发育地区进行合层水力压裂时，合理的投球数是保障合层水力压裂施工过程顺利进行、被改造的各煤层总体效果最佳的重要条件之一。煤储层与砂岩储层在力学性质等方面存在一定的差异性，若参照砂岩储层的投球数对煤储层进行改造，可能导致施工压力上升、煤层段压裂效果欠佳等问题。因此，准确得出不同地质情况下的合理投球数，可以解决以往投球数确定难、施工效果无法保证的问题。基于合层投球水力压裂原理，系统分析了合层投球水力压裂的影响因素，在此基础上，分别构建了软、硬煤交互和不同硬煤的合层水力压裂地质模型及投球数数理模型。应用该模型，对淮北芦岭矿8#+9#合层水力压裂的投球数进行了设计，现场施工结果表明，该方法能对不同煤层组合下的合层水力压裂的投球数确定提供理论依据。
关键词 &煤层气& 合层& 水力压裂& 投球数& 确定& 数学模型
封堵球合层压裂技术最初是基于多个层间距小、不能用分隔器分卡的多个已射孔的油气层进行分层压裂。为了保证水力压裂过程的顺利进行，同时又能使各个油气层的裂隙通道得到充分的改善，国内外研究者或从岩石力学角度进行理论分析计算、或从实验室角度进行实验、或根据现场施工进行经验总结等方面进行了研究。李勇明、王兴文[1-2]等通过对堵塞球受力分析，建立了破裂压力计算模型、投球最小排量方程，对射孔孔数和直径进行了设计，取得较好效果；Webster等[3]以及Stipp和Williford[4]曾介绍了采用封堵球进行多级压裂，但可能导致某些层段压裂满足不了要求；冯明生等[5]根据限流压裂曲线对压开层位进行了分析计算，对工程具有一定的指导意义。蒋延学等[6]提出合理确定投球时机以及多次投球实现多层合层压裂。倪小明等[7]基于虚拟储层提出了确定投球数的合层压裂。肖晖等[8]研究了施工参数对堵塞球运动的影响。与油气层相比，煤储层的非均质性更强，若以油气层的判定依据或方法对煤储层实施投球，可能导致工程方面的失败。关于煤储层合层压裂投球数的判定鲜有报道。笔者根据多煤层发育特点，结合投球工艺技术和施工条件，对不同煤储层组合下投球数进行确定，以期为多煤层合层压裂的投球工艺提供理论指导。
1& 合层投球水力压裂原理及影响因素
多煤层发育区的合层压裂投球技术主要是针对非均质性差异性大的储层进行的。投球的目的一方面是限制某些孔的流量，另一方面是使施工压力上升，使储层的改造相对均一。为了确定合层水力压裂的投球数，首先需对合层投球水力压裂的裂缝形态的影响因素进行分析。
1．1& 合层投球水力压裂原理
合层投球水力压裂是基于间距较小、非均质性差异相对比较大的两层或多层煤为前提，把井筒作为一个密闭系统，通过地面高压泵把液体注入井筒，当达到煤层某些地方的破裂压力时，首先破裂进行延伸，为防止裂隙闭合，并进行加支撑剂操作来支撑裂缝。因煤储层非均质性强，岩石力学性质差异性大，势必造成在煤层某些段裂缝延伸较远，某些煤层段裂缝延伸较近，为了限制这些裂缝延伸远的继续延伸，同时使裂缝延伸近的能够进一步延伸扩展，此时投入一定数量的尼龙球(也可以是其他材料制作的球)，把裂缝容易延伸的那部分孔眼堵塞，迫使施工压力和有效排量发生改变，达到改造初始裂缝延伸距离近的那部分层段的目的。因此，能否使初始裂缝延伸近的层段进一步得到改造，合理的投球数是决定因素。其压裂原理如图1所示。
1．2合层投球水力压裂裂缝形态的影响因素
合层投球水力压裂是在三维空间地质体中进行的，压裂时裂缝形态的影响很多，主要影响因素有煤岩力学性质、地应力特征、围岩特征、构造地质条件、施工泵注参数等。
1．2．1& 煤岩力学性质及煤层段非均质性对压裂裂缝形态的影响
合层投球水力压裂作用的对象主要是煤层段，水力压裂主要是靠挤聚力在煤层的弱面首先开裂。煤储层的非均质性较强，当煤层段岩石力学性质差别不大时，水力压裂时，煤层段的弱面不明显，无效孔眼很少，几乎没有，这种情况下，储层的改造相对比较均一，几乎不需要使用投球。当煤层段岩石力学性质差异较明显时，水流主要在弱面中进行流动，起不到煤层段整体改造的效果，此时，当压裂一段时间后，则需要使用投球技术封堵住一部分孔眼，即那些流量相对比较大的孔眼，因前段时间的压裂已经在弱面中加入了一定量的支撑剂，通过封堵，则可能在岩石力学性质相对较大的煤层段进行储层改造，进而达到均一改造的目的。
1．2．2地应力特征性对压裂裂缝形态的影响
原始状态下，煤岩体受到垂直方向和水平方向三轴应力的作用。水力压裂时，裂缝形态不仅受到煤岩本身力学性质等方面的影响，还与三轴应力的大小和方向有关。当煤层段裂隙不发育时，可把其近似看作一均质体，压裂时，首先将在与最小应力垂直的方向上发生张裂，然后在平行于最大应力方向上进行延伸；当煤层段裂隙发育时，裂缝延伸受控于裂隙方向、煤岩强度、应力大小等的共同作用，即看裂隙的正应力与应力的大小关系，正应力若为最小应力，则将沿着裂缝延伸，正应力若不是最小应力，则将沿着原始裂隙与最大应力之间进行延伸。
1．2．3& 围岩特征性对压裂裂缝形态的影响
围岩力学性质与煤层力学性质的差异性及应力剖面在一定程度上也影响着裂缝形态。当围岩力学性质明显高于煤层段时，压裂时很难突破顶、底板限制，压裂裂缝仅在煤层段进行延伸；当围岩力学性质与煤层段力学性质差别不大时，压裂时裂缝可能突破顶、底板的界限，在围岩中进行延伸。
1．2．4& 构造地质条件对压裂裂缝形态的影响
褶皱构造发育的地区，一方面改变了煤岩体的裂隙发育、煤岩力学性质；另一方面可能造成应力的集中和分散，进而对压裂时裂缝产生影响。断层构造发育的地区，使断层附近的应力发生改变，煤体结构、煤岩力学性质等发生改变，这些都影响着压裂时裂缝延伸形态。
1．2．5& 施工泵注参数对压裂裂缝形态的影响
施工泵注参数主要包括压裂规模、施工排量、砂比等。压裂规模越大，裂缝在长度、宽度及高度三维方向均有不同程度的扩展；施工排量不仅影响施工过程中的携砂能力，施工排量的增加引起净压力的增加；在一定程度上，提高砂比就意味着降低支撑剂裂缝的宽度。这些都影响着压裂时裂缝的形态。
2合层投球水力压裂地质模型
通过合层投球水力压裂裂缝形态的影响因素可知，应力状态、煤岩本身、泵注参数等对压裂裂缝形态影响最大，笔者也主要基于这几方面建立合层投球水力压裂的地质模型。
成煤环境的复杂性、多期性以及构造运动，导致煤层段的煤岩力学性质具有一定的差异性。当成煤过程及成煤后煤层段遭受的构造运动不强烈时，煤层段的变形不太强烈，即煤层段主要以硬煤为主，但由于受到了构造运动，煤层段岩石力学性质有一定的差异，导致一次压裂时有部分煤层段可能压不开，为了让整个煤层段几乎能全部压开，则可实施投球技术进行压裂，地质概念模型如图2所示。
当煤层段形成过程、形成后遭受的构造运动强烈程度不同时，导致煤层段岩石力学性质差异性较大时，即软煤(碎粒煤和糜棱煤)和硬煤共存，第一次压裂时，大部分压裂液进入软煤，压裂效果不甚理想，为了在硬煤中进行压裂，则需要使用投球技术，此类情况的地质概念模型如图3所示。
水力压裂时，裂缝可能突破顶、底板进入围岩，裂缝延伸比较复杂，笔者所建模型主要基于裂缝，仅在煤层中延伸。
3合层水力压裂投球数的确定
煤岩力学性质、地应力特征等的差异性，导致水力压裂时有效孔数不同，这些决定了在合层投球水力压裂时投球数的不同。
3．1投球数数理模型计算思路
不管是软、硬煤岩互层还是力学性质差异的硬煤互层，投球数计算思路可表述为：
1)根据测井资料对煤体结构进行划分，得出硬煤(原生结构煤和碎裂煤)和软煤(碎粒煤和糜棱煤)或不同硬煤厚度及应力剖面。
2)根据地应力、煤岩力学特征、煤层特征、泵注参数等确定水力压裂时有效孔数量。
3)同样泵注井口压力下，要使其能在硬煤中裂缝开启并延伸，同时又不能造成压裂时压力过大，无法施工，在96型射孔弹射孔条件下，根据孔眼摩阻线解图，结合水力压裂的最大排量，得出不同投球数下的施工压力。
4)根据硬煤岩石力学性质、破裂压力、软煤岩石力学性质及泵注压力，确定出投球数与硬煤破裂延伸的关系。
5)根据软、硬煤厚度、岩石力学性质、泵注参数等，最终确定出能在软、硬煤中都得到延伸的投球数，其计算思路如图4所示。
3．2投球数数理模型
投球数建模基于以下假设：
1)煤层是连续、稳定、水平的。
2)水力压裂时无法突破顶、底板围岩。
3)忽略压裂液在储层中流动过程时煤体颗粒对其的阻碍作用。
4)忽略顶底板的影响。
5)忽略压裂段上下之间的液柱压差及液体的滤失。
6)软硬煤层划分以后为相对均质的。
7)压裂液在各个有效孔眼中的流量相同。
当硬、软煤层共存时，含有多层软硬层和只有两层软硬煤层的确定原理相同。在此，以两层进行论述。根据测井曲线，设煤厚度分别为m1、m2，孔密为16孔／m。
则孔的数量为：
式中n表示射孔数，个；[ ]表示取整。
一般情况下，煤层中的天然裂隙几乎不可能是完全联通的，要使裂缝延伸比较远，施工压力必须达到无裂缝时，新裂缝形成的极限条件，施工压力达到Pg[9]，即
式中pE为形成新裂缝的极限施工压力，MPa；St为煤岩抗张强度，MPa；&h为最小主应力，MPa；△Ppf为射孔孔眼摩阻，MPa；△Pf为井筒摩阻(参考临近井)，MPa；Pw为井筒静液柱压力，MPa；Pp为储层压力，MPa。
射孔孔眼摩阻一般采用下式[10]求得：
式中△PRf为孔眼摩阻，MPa；p为压裂液密度，kg／m3；Q为施工排量，m3／min；n为射孔有效孔数；d为射孔孔眼直径，m；c为孔眼流量系数，取0.80～0.85。
结合式(2)、式(3)可以求出此时有效孔数n1为：
为了确定投球数，假定堵上n0个孔以后，全煤层均被压开，此时有效孔眼数n2为：
根据式(3)得出此时总孔眼摩阻为△Ppfl，结合式(2)、(3)、(5)求出此时在硬煤中形成新裂缝的临界施工压力PE1为：
假设堵上n0个孔以后，硬煤层刚好没有被压开，此时有效孔眼数n3为：
根据式(3)得出此时总孔眼摩阻为△Ppf2，结合式(2)、(3)、(7)求出此时施工压力PE2为：
当施工压力PE2大于或等于PE1时，则在硬煤中可以形成新的裂缝；当两者相等时，则刚好可以形成新的裂缝。此时的投球数即为允许的最少投球数n0，即
式中△St为两层煤抗张强度的差值，MPa。
根据式(9)计算出此时的投球数n0。
同时投球数不能过多，当投球数过多时，有效孔数减少，施工压力过大。为了确定最大封堵球数，则设堵上n4孔以后，全层段均被压开，同时施工压力达到允许的极限压力，此时有效孔数为：
根据式(3)求出此时总孔眼摩阻△Ppf3，结合式(2)、(3)、(10)，得出此时施工压力PE3为：
此时达到了极限施工压力，所以允许的最大投球数为n4，即
式中Pmax为井口最大允许施工压力，MPa。
最终得出投球数N为：
对于含有软煤层时，在N满足式(13)的同时，应尽量将软煤层完全封堵。
4应用效果评价
4．1& 煤储层及地质概况
笔者以淮北矿区芦岭矿某煤层气垂直井8#+9#煤层合层投球水力压裂来检验理论的适用性。
芦岭矿位于皖北宿州市东南约20 km处，本区煤储层及主力可采煤层有8#、9#和10#煤层。8#和9#因距离较近可进行合层压裂。芦岭矿某煤层气垂直井8#和9#煤储层基本参数如表1所示。
4．2现场应用效果评价
首先根据测井曲线得出8#+9#煤层软煤厚度为3.5m，硬煤厚度分别为4 m和4.45 m；第一次压裂时施工压力为14.2 MPa，结合该区地应力资料和表l数据，利用投球数计算模型，得出压裂时压裂液主要进入了软煤层以及抗张强度较小的煤层；为了把硬煤层压开，进行了理论计算，同时考虑施工极限压力35 MPa，当施工压力达到极限压力时，投球数为158个，当刚好将硬煤层压开时，投球数为45个。根据软煤层厚度，当将软煤层全部封堵时，投球数为56个。所以，投球数介于45～158个之间，并且尽可能接近56个。实际中投球数为53个，现场合层施工压力曲线如图5所示。合层压裂后进行了试采气，排采半年多时间，该井产气量能维持在800 m3／d左右，在含气量不到10 m3／t的情况下能维持这样的产气量，在一定程度上说明了合层投球压裂具有一定的效果。
通过合层投球水力压裂投球数研究，得出以下结论：
1)合层煤层段煤岩力学性质的差异大小在一定程度上决定了合层水力压裂时有效孔眼数。在一定程度上，软煤层厚度越大，第一次压裂时有效孔眼数越多。
2)投球数既受煤岩力学性质影响，同时又受现场施工极限压力的影响。在一定程度上，投球数越多，全目的层段压开的可能性越大，但同时又要考虑施工过程中的极限压力。芦岭矿合层投球压裂后的产气效果在一定程度上验证了这一压裂工艺的可行性。
3)投球技术不是一剂&万灵丹&，同时受到现场条件的制约，与其他工艺技术相结合进行施工也许效果会更佳。
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本文作者：倪小明 贾炳 王延斌
作者单位：河南理工大学能源科学与工程学院 山西晋城无烟煤矿业集团公司 中国矿业大学地球科学与测绘工程学院
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