水力压裂技术提高低透气性煤层抽放效果的应用分析

收稿日期:2022-08-30作者简介:吴建俊(1991-),男,山西祁县人,助理工程师,从事采矿技术工作。

doi:10.3969/j.issn.1005-2798.2023.05.029水力压裂增透在低透气性煤层瓦斯抽采中的应用吴建俊(山西焦煤西山煤电屯兰矿,山西古交　030200)摘　要:3号煤层为典型的高瓦斯、低透气性煤层,瓦斯治理面临难度高、效率低以及瓦斯治理投入大等问题,以南五巷掘进区域瓦斯治理为工程背景,提出将水力压裂增透技术应用到瓦斯治理中。

在南五巷底抽巷内按照70m 间距布置水力压裂钻孔,注水压力控制在20~25MPa、单孔注水量控制在100~120m 3,钻孔封孔至3号煤层底板下方1m 位置。

现场应用后,水力压裂区域内煤层透气性系数、瓦斯抽采浓度及抽采纯量分别增加约29.5倍、2.2倍、2.58倍,可为瓦斯高效治理创造良好条件。

研究成果为矿井水力压裂增透工作开展积累了宝贵经验,并可为其他矿井类似情况煤层增透工作开展提供指导。

关键词:低透气性煤层;水力压裂;瓦斯抽采;底抽巷中图分类号:TD712.6 文献标识码:B 文章编号:1005-2798(2023)05-0103-03 瓦斯抽采是治理煤矿井下瓦斯问题的主要措施,可有效降低煤岩体内瓦斯含量、瓦斯涌出量并消除煤层突出危险性[1]。

当开采煤层为低透气性煤层时,常存在瓦斯钻孔布置工程量大、瓦斯抽采半径小、抽采效率低、钻孔瓦斯抽采衰减速度快等问题,瓦斯治理效果不明显[2-4]。

通过煤层增透措施可提高煤层裂隙扩展以及瓦斯抽采效果,现阶段煤矿井下常用增透技术措施包括有水力压裂、水力冲孔、深孔松动爆破、CO 2变相压裂、保护层开采等,其中水力压裂凭借成本低、卸压范围大以及煤层增透效果显著等优点,应用较为广泛[5-8]。

山西某矿开采煤层具有发热量高、经济效益显著特点,同时煤层瓦斯含量高以及透气性差,瓦斯是制约煤层安全高效开采的主要因素。

以往矿井瓦斯治理通过布置密集本煤层钻孔、底抽钻孔等方式实现,存在瓦斯治理耗时长、治理工程量大以及瓦斯抽采效果不明显等问题。

井下水力压裂技术抽采煤层瓦斯技术及应用分析摘要：文章以某矿区作为研究对象，对该矿区井下的瓦斯灾害情况进行简要介绍，在此基础上，提出应用水力压裂技术对井下瓦斯进行抽采，以此来提高抽采效率，缩短抽采时间，解决矿井瓦斯突出问题。

期望通过本文的能够对水力压裂技术在煤矿瓦斯抽采中的推广应用有所帮助。

关键词：水力压裂技术；煤层；瓦斯抽采在煤矿井下五大灾害中，瓦斯的危害性最为严重，一旦井下瓦斯浓度超标，遇到火源后，会引起爆炸，由此不但会导致人员伤亡，而且还可能造成矿井坍塌。

因此，对井下瓦斯进行高效抽采显得尤为必要。

在瓦斯抽采的过程中，为提高抽采效率，缩短抽采时间，可以对水力压裂技术进行合理应用。

借此，下面就井下水力压裂技术抽采煤层瓦斯技术及应用展开分析探讨。

1矿井概况及瓦斯灾害某矿区的地质构造较为复杂，含煤地层为二叠系龙潭组，共计含煤8层，全区可采煤层为K1，局部可采煤层为K3和K4，整个矿井当中，有90%左右的范围是单一严重瓦斯突出危险煤层。

受到地质条件的影响，使得矿井的灾害情况比较严重，五大灾害一应俱全，其中瓦斯突出最为严重。

自该煤矿建成投用一来，共计发生瓦斯突出事故48次，造成47人死亡，其中6次事故为500吨以上。

随着井下开采作业面向纵深方向发展，使得瓦斯灾害变得更加严重。

为此，必须采取合理可行的方法和措施，对井下作业面的瓦斯进行高效抽采，以此来确保煤层开采的安全、有序进行。

2井下水力压裂技术在抽采煤层瓦斯中的应用2.1水力压裂技术增透机理水力压裂是通过裂缝为瓦斯流动创造有利条件，从而提高抽采效率的技术措施。

随着裂隙网络的形成，煤岩层的渗透率会随之提高，当压裂液排出以后，便会形成瓦斯渗流通道，由此能够使煤岩层本身的透气性获得大幅度增加，位于较远位置处的瓦斯可以较为通畅地流入到钻孔当中，瓦斯的抽采效率随之提高，抽采时间显著缩短。

2.2压力与水量的控制在对裂缝扩展长度进行控制时，可以对起裂压力、压裂液的注入量以及压裂时间的长短进行控制，并对压力参数进行合理确定。

水力压裂技术在煤矿瓦斯治理中的研究与应用摘要随着我国科技的不断发展，水力压裂的技术得到了广泛的关注，目前正逐渐的被应用在煤矿的瓦斯治理当中。

因为煤矿的煤层透气功能比较差，同时瓦斯的含量又非常的高，因此常用的瓦斯治理技术根本没有办法达到标准。

本文主要是以新型技术——水力压裂技术为研究对象，之后对煤炭瓦斯治理中水力压裂技术的概述、水力压裂技术的发展状况以及水力压裂技术的原理三个方面对研究对象进行进一步的探讨和研究。

关键词水力压裂技术；煤矿；瓦斯；治理在我国所有的煤矿当中，大部分煤矿煤层透气性都比较差，另外瓦斯的含量也是非常高的，因此，在矿难事故当中，瓦斯事故的比例非常的大，同时所带来的经济损失以及人员伤亡也是最大的。

煤层开采的越深，突出的煤层就越多，安全方面的隐患也就越大。

在以往的煤矿瓦斯治理当中，缺乏行之有效的治理方法，而随着水力压裂技术的逐步使用，可以进一步的提高煤层的透气功能，同时还能不断降低煤层中的瓦斯含量。

1 煤炭瓦斯治理中水力压裂技术的概述一般情况下，各大煤矿在对突出的煤层进行采集的过程中，都会使用一些方法来对突出的煤层进行防治，防止事故的产生。

可是在我国，大部分的煤矿瓦斯突出的煤层都是透气性比较差的煤层，这就给煤层瓦斯的采集带来了很多技术方面的问题，必须得对它进行卸压并且要增加透气性。

从现在的情况来看，国际上对煤层进行减压以及增加透气性的技术方案主要包含：对煤层进行注水，对煤层的保护层进行开采以及对深孔进行爆破等相关方法，这些方法和技术在煤层的开采过程中虽然起到了一定的效果，但是还有一些问题存在。

比如：对煤层保护层开采的方法，虽然对煤层群的减压效果还不错，可是对于单一的、透气性差的煤层却作用不是很大。

而通过很多实验表明，水力压裂的技术，在上述问题的解决上面效果就比较好。

2 水力压裂技术的发展状况2.1 对水力压裂技术的整体优化水力压裂技术的中心思想是根据国际上单井压裂技术的概念而产生的，可是压裂技术整体优化的思想是在上世纪八九十年代在我国提出来的，同时在我国的很多个大型的瓦斯煤矿以及油田得到了逐步的使用和推广。

区域治理前沿理论与策略关于水力压裂技术在煤矿瓦斯治理方面的应用韦小发国家电投集团贵州金元贵州林华矿业有限公司，贵州 金沙 551800摘要：水力压裂治理是治理煤矿瓦斯的一项重要技术，该项技术在具体应用过程中与其它治理技术相比，其可以实现对瓦斯治理环境的改善，并且可以提高治理效果，保证煤矿开采作业的安全性，降低安全事故的发生几率。

关键词：水力压裂；煤矿；安全生产；瓦斯治理通过对我国煤矿资源进行可以发现，我国煤矿透气性差，并且煤矿中的瓦斯含量高，在煤矿开采过程中一旦发生瓦斯爆炸事故，将会造成巨大的经济损失和人员伤亡。

正是因为如此，长期以来，我国在煤矿开采过程中，都将瓦斯治理作为其中最为重要的一项内容。

一、水力压裂技术原理及相关工艺1技术原理水力压裂技术是煤矿开采过程中常用一项技术，其适合应用在原生结构煤层中，该项技术在具体应用过程中，实际上就通过对水的动力进行应用，从而使媒体裂隙畅通，以大于地层滤失速率的排量及大于地层破裂压力，从而使煤层各级弱面内通过对弱面面壁形成流动压力，引起空间膨胀，这会使弱面发生延伸和拓展，产生裂缝，并且在结构中形成相互连通的“网络”，提高储层与筹抽采井在作业期间的连通能力[1]。

在煤矿开采作业期间，采用施水压裂方案，为了保证方案应用的合理性，必须要满足下列条件：（1）压力泵必须能够满足作业的排量和压力需求。

（2）合理的泵注程序，具体作业需要严格的依据程序开展。

（3）科学的封孔技术。

（4）安全的防护措施。

2相关工艺水力压裂技术工作面顺层压裂、沿煤层端头压裂等，煤层水力压裂工艺压裂孔情况如图1所示。

在图1中，1表示的为顺层压裂孔；2表示的为沿煤层段都压裂孔；3表示的为高抽巷压裂孔；4表示为抽巷压裂孔。

二、煤矿瓦斯治理期间水力压裂技术起到的作用1提升透气性通过对水力压裂技术进行应用治理煤矿瓦斯问题，能够在煤矿中突出的煤层中构建出一个良好的煤层空间，在具体作业过程中，通过制造空隙和裂缝的方式，提升煤层间透气性，这可以使煤层中的瓦斯在短时间内消散。

水力压裂技术在煤矿瓦斯治理中的应用分析发布时间：2021-04-12T01:54:40.540Z 来源：《防护工程》2020年33期作者：郝小波[导读] 鉴于此，文章重点对水力压裂技术在煤矿瓦斯治理中的应用进行分析研究，以期提升煤矿瓦斯治理的效果。

国家能源集团神东煤炭集团保德煤矿山西忻州 036600摘要：应用水力压裂技术，能够提升煤层透气性，改变煤层强度，降低瓦斯作用力，同时具有降尘及平衡地应力的作用，瓦斯治理效果良好，对于保障煤矿开采安全有着积极作用。

鉴于此，文章重点对水力压裂技术在煤矿瓦斯治理中的应用进行分析研究，以期提升煤矿瓦斯治理的效果。

关键词：水力压裂技术；煤矿瓦斯；治理；应用引言我国煤矿大部分煤层的透气性都很差，瓦斯含量也很高，加上煤矿本身开采条件恶劣，所以很容易发生瓦斯爆炸事故。

这不仅会延误煤矿开采的进程，而且还可能会带来严重的经济损失和人员伤亡。

同时，随着煤矿开采深度的不断加大，突然涌现的煤层也就越多，而煤层数量的增多也会极大地增加煤层缝隙，导致安全性方面的问题层出不穷。

以往大多数煤矿煤层瓦斯治理中很难采取有效的安全防护措施，而应用水力压裂技术可提高煤层的透气性，降低煤层瓦斯含量，从而可有效抑制煤层瓦斯爆炸事故的发生，提高煤矿开采的安全性。

一、水力压裂技术概述1.水力压裂技术的工作原理与满足条件水力压裂技术从本质上来说，主要是针对一些透气性较差的煤层进行空间通畅，借助水动力来完成通畅工作。

从而在煤层之间形成流动力，改善原有煤层间的透气性。

但是从水力压裂技术的使用来看，仍需要满足一些条件。

首先需要工作人员对排量与压力的压泵进行把控，在此基础上确定科学的泵注程序。

其次，还要确保封孔技术的完善，并在过程中制定有效的安全措施，防止风险问题的发生。

2.水力压裂技术的发展趋势近些年来随着我国煤矿行业的不断发展，瓦斯治理问题成为了关键。

急需更为有效的方法对其进行治理，以此来减少安全问题的发生，以及提高实际工作展开的效率和质量。

随着能源需求的日益增加，对天然气等能源资源的开采需求也在迅速增长。

然而，在煤炭开采过程中，由于地质条件、采煤技术等因素的影响，导致工作面存在部分瓦斯抽采盲区，使得煤矿瓦斯浓度升高，安全隐患增加。

为了解决这一问题，中低压水力压裂技术被引入到了瓦斯抽采中。

本文将从介绍中低压水力压裂技术、分析其在治理瓦斯抽采盲区中的应用优势、探讨技术存在的局限以及提出改进建议等几个方面进行论述。

一、中低压水力压裂技术介绍中低压水力压裂技术是利用高压水流，对煤层进行挤压，使其出现微小裂缝，从而实现增透、增渗，提高瓦斯抽采效果的一种地下工程治理技术。

其施工过程主要包括四个步骤：孔径预处理、打孔、水力压裂和水碎岩，具体流程如下：1.孔径预处理：在选择要进行压裂的孔径前，需要对该孔径进行预处理。

可通过插入锥头或用钻钻出孔径命中煤层附近破裂带等方式，来预处理孔径，提高水力压裂的效果。

2.打孔: 将打孔设备插入到煤层内，钻出需要进行水力压裂的孔径。

3.水力压裂：将高压水流注入打孔后的孔洞中，产生压力，从而使煤层出现微小裂缝，提高其渗透率和透气性。

4.水碎岩：压裂后，将水碎岩设备插入压裂后的孔洞内，将水流再次注入，从而将碎裂的煤层进一步粉碎，提高煤层渗透性。

二、中低压水力压裂在治理瓦斯抽采盲区中的应用优势中低压水力压裂技术在治理瓦斯抽采盲区中的应用，主要有以下优势：1.增透增渗：中低压水力压裂技术使用注水压力来打开地下煤层的裂隙，从而增透增渗。

这使得煤层中的水和气可以更容易地流动，提高了瓦斯的抽采效果。

2.对环境影响小：中低压水力压裂技术与传统的地下开采方式相比，其在施工过程中不会大量使用爆破等方式，因此对周边环境和地下水位等的影响较小。

3.可控性强：中低压水力压裂技术具有灵活性和可控性。

可以根据实际情况来调整施工水位和压力大小，达到最好的地下工作效果。

4.降低事故风险：经过中低压水力压裂之后，煤层空隙增大，瓦斯的排放速度加快，不仅有助于减少瓦斯长期积累的危险，而且有利于减轻开采突水、突破或者顶板塌方等安全事故的发生。