水力壓裂技術(shù)在煤礦瓦斯治理中的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

王敬國

冀中能源股份有限公司東龐礦 河北邢臺(tái) 054201

煤作為重要固體燃料，在生產(chǎn)、生活中起到了關(guān)鍵作用。煤礦開采方式因其位置而變化。淺部煤礦接近地表，多為露天開采。深部煤礦遠(yuǎn)離地表，多為地下開采。地下開采量雖遠(yuǎn)高于漏天開采產(chǎn)量，但對地下情況未知，地下開采安全性遠(yuǎn)低于漏天開采，對人員安全威脅最大的就是瓦斯。所以對煤礦中的瓦斯進(jìn)行抽采至關(guān)重要，水力壓裂技術(shù)是最實(shí)用的方法。它是利用高壓水來破壞煤層的封閉性，在煤體中形成裂隙，能夠增加瓦斯氣體的流動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)有效的瓦斯抽采。本文以水力壓裂技術(shù)為研究對象，分析在煤礦瓦斯治理中的作用，提高煤礦開采的安全性。

1 煤礦瓦斯造成的負(fù)面影響

在實(shí)際的煤炭開采過程中，一般都會(huì)遇到煤炭瓦斯的問題，煤炭瓦斯給煤炭的過程會(huì)帶來非常多的阻礙，一般情況下，據(jù)統(tǒng)計(jì)，煤炭瓦斯一般會(huì)引起三種危害。首先，就是煤炭瓦斯氣體噴射，在正常情況下，分布在巖層周圍的煤炭瓦斯氣體都是比較平衡的，但在開采過程中，需要對煤炭瓦斯進(jìn)行全方位的治理，若對煤炭瓦斯的治理不到位，容易出現(xiàn)瓦斯突出事故[1]。在瓦斯突出、噴出及壓出過程中，會(huì)出現(xiàn)瓦斯爆炸；瓦斯爆炸后，礦井內(nèi)的氧氣含量會(huì)急劇下降，并且二氧化碳的含量也會(huì)大幅度上升，這將會(huì)對施工人員的生命造成極大的威脅。再次，瓦斯突出的發(fā)生一般都會(huì)伴隨著巨大的動(dòng)能和聲音，會(huì)造成井下大量設(shè)備損壞。

2 水力壓裂技術(shù)在實(shí)際的煤炭開采中發(fā)揮的作用

2.1 可以降低煤體的強(qiáng)度

一旦向煤層注水，煤體的內(nèi)部含水量就會(huì)大幅度上升，如果水飽和度出現(xiàn)了一定程度的上升，煤體的抗壓和抗拉的能力都會(huì)顯著提高，在這種情況下，煤礦的開采難度也會(huì)有所下降，與此同時(shí)，煤炭的開采效率也就會(huì)提升。

2.2 起到除塵的作用

在水力壓裂技術(shù)的作用下，煤體的內(nèi)部就會(huì)含有大量的水，從而煤塵的分散能力就會(huì)大幅度下降，這樣一來，礦井內(nèi)部的煤炭粉塵含量也會(huì)有所下降，施工人員的工作環(huán)境也會(huì)得到一定的改善，這也會(huì)有利于職工的身體健康[2]。

2.3 煤炭瓦斯壓力的下降

如果使用了水力壓裂技術(shù)，煤體之間的一些縫隙就會(huì)產(chǎn)生相互連通的作用，這樣一來，煤炭瓦斯氣體的流動(dòng)性機(jī)會(huì)大幅度增強(qiáng)，如此，煤炭瓦斯的局部壓力就會(huì)逐漸降低，從而達(dá)到礦井內(nèi)部煤炭瓦斯壓力均衡化的效果，也會(huì)更加利于開采，煤炭瓦斯帶來的危險(xiǎn)系數(shù)也會(huì)大幅度下降。

2.4 有效平衡地應(yīng)力

在實(shí)際的煤炭開采過程中，如果出現(xiàn)煤炭瓦斯突出的問題，這種水力壓裂技術(shù)可以有效地降低氣壓和地應(yīng)力，從而降低危險(xiǎn)出現(xiàn)的概率。

2.5 消除煤層瓦斯突出危險(xiǎn)性

在進(jìn)行煤層瓦斯治理過程中，可以向煤層中注入一定量的水，以實(shí)現(xiàn)對基質(zhì)塊內(nèi)儲(chǔ)存瓦斯的封閉處理，不僅可以改變瓦斯?fàn)顟B(tài)，而且還可以使瓦斯從吸附狀態(tài)轉(zhuǎn)變成游離狀態(tài)，進(jìn)一步提高煤層中的瓦斯殘留量，降低瓦斯涌出量，以實(shí)現(xiàn)對煤層瓦斯突出危險(xiǎn)的有效控制[3]。

3 水力壓裂技術(shù)在煤礦瓦斯治理中的應(yīng)用

3.1 “三軟”煤層水力壓裂的應(yīng)用

某礦井屬于瓦斯突出礦井，煤層透氣性相對較差，煤體堅(jiān)固性系數(shù)為0．15-0．30，歸類為“三軟”煤層，瓦斯抽放難度比較大。在2015年對A工作面底抽巷進(jìn)行了12孔次壓裂施工，并將44-86m3/次的水量注入其中，在具體施工過程中，施工壓力在17-30MPa。實(shí)際上，在4#鉆場壓裂完成后，0#鉆場（與4#鉆場相隔60m）的瓦斯抽采效果明顯好轉(zhuǎn)，有效提升了瓦斯的抽采效率。因此，水力壓裂可以對60m開外的抽采孔產(chǎn)生一定的影響。通過相關(guān)調(diào)查與分析后發(fā)現(xiàn)，該煤礦未壓裂工作面每月平均掘進(jìn)進(jìn)度僅為42．9m，而通過對其進(jìn)行水力壓裂處理后，每月平均掘進(jìn)進(jìn)度達(dá)到56．5m，進(jìn)而有效提升了煤礦巷道平均掘進(jìn)進(jìn)度。因此，水利壓裂技術(shù)應(yīng)用后，不僅提高了煤礦瓦斯抽采率，而且大大提升了煤礦工作面的掘進(jìn)進(jìn)度。

3.2 在區(qū)域消突中的應(yīng)用

某礦在B機(jī)巷和C機(jī)巷分別開展了10次水利壓裂施工，進(jìn)而達(dá)到了瓦斯抽采及消突目標(biāo)。本次水力壓裂施工中所產(chǎn)生的影響半徑超過30m，而在B機(jī)巷中，抽采半徑從最初的2m提升至3m以上。同時(shí)，瓦斯平均抽采從最初的30天以內(nèi)，達(dá)到了當(dāng)前的110天以上。在C中巷中，通過水力壓裂處理后，鉆場抽采總量提升至5倍以上，并使B機(jī)巷壓裂范圍內(nèi)的殘留瓦斯壓力和含量順利降低至安全閥值，并比原有瓦斯含量和瓦斯壓力小很多。在相同抽采時(shí)間內(nèi)，水力壓裂后的抽采總量比原來提升了2-5倍，并使抽采效率提升了50%以上。在B機(jī)巷中，通過對掘進(jìn)工作面進(jìn)行水力壓裂處理后，在預(yù)抽期的10天以上降低至現(xiàn)在的7天，并提高了抽采量。在實(shí)際掘進(jìn)過程中，進(jìn)一步降低區(qū)域瓦斯?jié)舛龋⑹狗劳恍z指標(biāo)在合理范圍內(nèi)，有效延長掘進(jìn)長度，提高了掘進(jìn)進(jìn)度。

4 結(jié)語

綜上所述，煤礦開采安全問題一直是社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)問題，除了煤礦塌方造成的人員傷亡外，瓦斯是煤礦安全的第二大威脅。煤礦下的瓦斯，不僅會(huì)引起人員中毒，還會(huì)造成爆炸等。在此情況下，煤礦開采前進(jìn)行瓦斯治理勢在必行。