基于水力压裂及瓦斯抽采结合瓦斯综合防治技术探究

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1、基于水力压裂及瓦斯抽采结合瓦斯综合防治技术探究【摘要】本文在分析目前煤矿瓦斯治理存在问题的基础上，提出了利用井下水力压裂技术和地面采动井抽采与常规的井下瓦斯抽采技术相结合的综合瓦斯治理措施，分别阐述了煤矿井下水力压裂和地面采动井的原理和应用情况，实践表明：煤矿井下定向压裂增透消突成套技术可有效提高瓦斯抽采率，降低煤与瓦斯突出危险性，改善井下作业环境；地面采动井可“一井三用”，对抽放采动区域瓦斯效果较好。【关键词】煤矿；瓦斯；水力压裂；采动井引言我国是世界第一大产煤国，煤炭在我国一次能源消费中约占70%左右，因而煤炭行业是关系我国国家经济命脉的重要基础产业。然而，煤炭行业又是我

2、国安全生产形势最为严峻的行业之一，预防和控制煤矿重特大事故的发生，促进煤矿安全生产形势的根本好转已成为国家和政府层面上急需解决的重大问题，也是我国安全生产工作的核心任务。在所有煤矿灾害事故中，尤以瓦斯事故为重，其中主要以煤与瓦斯突出以及由瓦斯超限而造成的瓦斯爆炸为最主要的表现形式。1、瓦斯灾害防治技术评析1.1瓦斯治理存在的问题及解决思路我国煤储层构造复杂，且煤层多强烈变形[2],多数煤田煤体构造破碎严重，111、IV类煤所占比例较重，煤质松软、坚固性系数偏小，煤层透气性低，渗透率一般在（0.001〜0.1）X10-311m范围内，瓦斯抽采效果不佳，造成瓦斯治理困难。而且随着

3、采掘活动向纵深延伸，煤层瓦斯赋存以“三髙一低”（高应力、高瓦斯压力、髙瓦斯含量及低渗透性）为主要特征，常规的瓦斯抽采技术难以发挥作用，抽采率低下，抽采效果不明显，瓦斯事故仍时有发生，因此，采用强制增透的瓦斯治理和井上下联合抽采的综合治理措施势在必行。1.2井下水力压裂技术煤矿水力压裂技术分地面和井下2种，因地面水力压裂因不够灵活方便、成本高、压裂效果不明显而没有推广开来。目前井下水力压裂应用效果较好，主要以河南省煤层气开发利用有限公司自主研发的“煤矿井下定向压裂增透消突成套技术”为主流，该技术可在井下充分利用现有的开拓工程，针对不同煤层瓦斯地质条件编制不同的压裂方案，实施不同

4、的压裂工艺，真正做到“一面一策”、“一孔一策”。该技术不同于煤层注水，在压裂液中添加有一定浓度的表面活性剂，不仅可更好地湿润煤体，而且可改变煤体的力学特性，更多地采排瓦斯。1.3地面采动井地面采动井一般均可做到采前预抽、采动抽采和采空区抽采，“一井三用”；采前预抽主要用于采区回采前进行煤层气开发；采动抽采主要是利用回采工作面对煤岩体扰动提高其透气性的特点增强瓦斯抽采率、缓解通风压力；采空区抽采主要是解决回采工作面推过后采空区瓦斯，以降低采空区瓦斯向回采工作面涌出的量，解决回采工作面瓦斯超限的难题。该方法是提前将预采高瓦斯煤层中的瓦斯进行释放并加以利用，降低煤层中的瓦斯含量，从

5、根本上解决煤矿瓦斯事故。2、应用效果考察1.1水力压裂效果2008年10月，在中平能化集团十矿24110工作面机巷、风巷、对应的底抽巷实施了井下定向压裂增透消突技术。压裂后考察发现：(1)煤层渗透率由原来的0.06m2/(MPa2・d)升至48m2/(MPa2-d),提高了800多倍，钻孔平均瓦斯抽采浓度超过45%,单孔纯瓦斯流量平均0.1〜0.37m3/min,最大单孔瓦斯浓度90%,流量0.8m3/min,部分单孔瓦斯抽采总量到2.5万m3以上，截至2008年12月，24110工作面剩余难采区段共抽采瓦斯254.06X104m3,整个工作面剩余瓦斯储量559.3X104m

6、3,约占45.42%。(2)在难抽采的230m范围内测定的全部煤层残存瓦斯含量降到了8m3/t以下，瓦斯压力都降到了0.74MPa以下,消除了工作面前方煤体突出危险性。1.2地面采动井效果2005年12月，在淮南矿业集团张集煤矿北区11418(W)首采工作面，采用了以地面钻井为主，高抽巷、顶板抽放钻孔为辅的工作面瓦斯治理措施。考察发现［5］：张集煤矿的此次地面采动井主要抽采本煤层开采超前卸压瓦斯和上邻近层开采卸压瓦斯，抽出的瓦斯浓度高、纯量大，抽采最高浓度高达96%。瓦斯抽放量最大达32.9m3/min,抽放浓度达50%〜96%,瓦斯抽放纯量为10〜32.9m3/min,8d

7、的考察期内共抽出瓦斯176366m3,抽采效果显著。3、结语根据“防突工作坚持区域防突措施先行、局部防突措施补充的原则”，明确提出利用井下水力压裂技术和地面采动井抽采与常规的治理井下瓦斯抽采相结合的综合瓦斯治理新思路，得出如下结论：(1)条件允许的情况下，应优先采用强制增透的瓦斯治理和井上下联合抽采的综合治理措施。(2)不具备保护层开采的单一、低透气性煤层进行区域瓦斯治理时，应优先选择煤矿井下水力压裂措施。(3)煤矿井下定向压裂增透消突成套技术不仅成本低而且可有效提高瓦斯抽采率，降低煤与瓦斯突出和煤尘爆