水力壓裂增透技術(shù)在礦井瓦斯抽采中的應(yīng)用

孟雷

摘 要：隨著國家經(jīng)濟的快速發(fā)展，社會水平的不斷提高，進一步的促進了煤礦企業(yè)的發(fā)展。在煤礦瓦斯的開采過程中，最關(guān)鍵的技術(shù)就是水力壓裂增透技術(shù)，可以安全性的抽采煤礦中的瓦斯，進一步的增加了煤礦企業(yè)中開采的安全性，因而該種開采技術(shù)受到了許多煤礦的重視和應(yīng)用。因此，為了進一步的探索水力壓裂增透技術(shù)和增加對水力壓裂增透技術(shù)的了解，本文對當前我國瓦斯抽采和煤氣層開發(fā)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，水力壓裂增透技術(shù)的工作原理進行了全面綜合的分析與研究，進而對李子埡南二井煤礦中的瓦斯抽采進行了分析，進一步的對水利壓裂增透技術(shù)的了解和認識，增加對水力壓裂增透技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：水力壓裂增透技術(shù);瓦斯抽采;應(yīng)用

1 當前我國瓦斯抽采和煤氣層開發(fā)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

1.1 當前我國煤層氣開發(fā)的現(xiàn)狀

煤層氣指的是在煤礦開采中，煤層以及周邊巖石中與煤生成的常見的天然氣。在煤形成的過程中，有機質(zhì)就會逐漸地生成以額烴類的氣體，在經(jīng)過一系列的運動和移動后逐漸地停留在煤層的內(nèi)表面，之后存儲在煤層之中，這種氣體就叫做瓦斯，主要的成分是甲烷。當前，在開采沒有條件的突出煤層時，就需要提前的將瓦斯進行抽采，進而預(yù)防出現(xiàn)瓦斯的爆炸，進而危及到周邊的工作人員，在多部分地區(qū)已經(jīng)實現(xiàn)了局部的煤礦開發(fā)，在開采煤礦的過程中依靠的是地面垂直井壓裂完井的工藝，因而就可以借助水力壓裂增透技術(shù)來實現(xiàn)對瓦斯的抽采。而對于突出煤的開采中，也就是指地面煤層氣開發(fā)的禁止區(qū)域，對應(yīng)的瓦斯的產(chǎn)量也較低。

1.2 當前我國瓦斯抽采的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

在進行瓦斯的抽采中，抽采瓦斯的濃度，數(shù)量，抽采的次數(shù)以及時間間隔都是與煤層的透氣性和所采取的抽采工藝相互關(guān)聯(lián)的。一般來說，透氣性越好，瓦斯的抽采效果越好。

當前我國的煤層中均屬于低滲透的煤層，因而使得在進行抽采時效果不是太好。而且隨著煤層開采深度的不斷增加，受到的應(yīng)力在不斷地增加，進而使得煤層中的透氣性在逐漸地減小，最終影響了煤礦井的正常交接和開采工作。因而就需要對煤層增加裂隙的范圍和密度，增加鉆孔的密度，從而進一步的增加煤層的透氣性，最終使得煤層符合開采的要求。對于難度較高的開采條件，要借助各種方式來增加透氣性，采用減少壓力來增加透氣性的方法進行，進而使得煤層中出現(xiàn)裂隙，而這種方法叫做低透氣性煤層增透技術(shù)。該種低透氣性煤層增透技術(shù)中包含多種方法，本文中重點對水力壓裂增透技術(shù)進行了全面綜合的分析與研究。

2 水力壓裂增透技術(shù)的工作原理

2.1 裂縫起裂的原理

水力壓裂技術(shù)指的是在通過鉆孔向煤層中注射一定量的液體，而當液體注入的速度大于煤層自身所能吸收水的速度和能力之后，就會產(chǎn)生一定的流動壓力，進而使得注入煤層中的液體受到的壓力在逐漸地增加，當注入煤層中的水受到的壓力值超過了煤層的最上方的巖石壓力值之后，就使得煤層中的密封的裂隙破裂，進而形成了新的液體的通道，從而增加了煤層的滲透性，而破裂的裂隙就為煤層瓦斯的后續(xù)流動創(chuàng)設(shè)了良好的條件，便于抽采瓦斯。

2.2 裂縫延伸的原理

注入煤層中的壓力指的是當注入的液體經(jīng)過若面充水空間時產(chǎn)生的壓力，而該種壓力的注入主要是由壓力泵來進行注入。濾失壓力指的是在煤層中自身的毛細作用和孔隙的濕潤作用下，會使得注入壓力產(chǎn)生部分損失的部分壓力。從而在注入的壓力遠遠超過濾失壓力之后，液體會自動的進入到層里面和裂隙的系統(tǒng)之中，同時液體會捎帶一些煤層中的顆粒，進而使得層里面和裂隙系統(tǒng)中形成封堵帶，隨著以及弱裂面壓力的升高，導(dǎo)致弱裂面出現(xiàn)破裂，使得空間增大，封堵帶的作用消失，封堵作用減小，從而使得煤層顆粒向周邊擴散而造成再次的封堵現(xiàn)象，也就是將裂縫建了延伸。

2.3 壓裂增透的原理

壓力液體在進入到煤層之后，會逐漸的由一級的弱面，二級的裂縫弱面以及最初的微裂隙之中，在此過程之中，壓力液體會在裂隙表面中對裂隙的表面產(chǎn)生內(nèi)部的壓力，最終裂隙弱面發(fā)生相互的連接進而使得裂隙面擴展，延伸以及產(chǎn)生破裂，最終提高煤層自身的滲透率，便于施展瓦斯的抽采工作。

3 水力壓裂增透技術(shù)在瓦斯抽采中的具體應(yīng)用

3.1 水力壓裂增透技術(shù)的所需要的設(shè)備

在應(yīng)用水力壓裂增透技術(shù)時，需要使用的設(shè)備包括了一臺注漿泵，兩臺攪拌的裝置，多種注漿鋼管，規(guī)格為2m的帶鉆孔和不帶的鉆孔，管接頭，捆綁在注漿管和壓裂管的鐵絲，捆綁在壓裂管的棉紗，控制注漿的截止閥，封堵孔的馬麗散以及水泥（既有普通的水泥又有白水泥），同時采用直感耐震壓力表對注水的壓力進行觀察。

3.2 對李子埡南二井煤礦進行分析

李子埡南二井當前的生產(chǎn)能力為42萬t/a，目前該礦井已基本完成，其中礦井主要采煤層的均勻厚度為2.1m，傾斜角度為42～80°，軟煤層的厚度為1.3m左右，含矸為三層左右，厚度為0.025m左右，煤層的深埋厚度為500到626m左右，其中煤層中瓦斯的壓力位3.5kPa，每立方米中含有瓦斯19.5t，最關(guān)鍵的是煤層透氣性系數(shù)較小，因而屬于松軟低透氣性以及較難抽采的突出性煤層。在該煤層終極容易發(fā)生瓦斯爆炸的危險事故，最大的一次突出煤的數(shù)量為950t，而順帶瓦斯的出產(chǎn)量為19300m3。

3.3 水力壓裂增透技術(shù)在李子埡南二井煤礦的瓦斯抽采中的具體應(yīng)用過程

水力壓裂增透技術(shù)在李子埡南二井煤礦的瓦斯抽采中的具體應(yīng)用過程，第一步是布置對應(yīng)的壓裂鉆孔并進行施工，在距離礦井520m的坡點實施了水力壓裂測試鉆孔，方位角為128°，也就是指壓裂的鉆孔與巷道軸線的夾角為直角，鉆孔的傾斜角度為45°，簡單來說，鉆孔壓裂垂直與煤層的層面。壓裂測試的鉆孔長度為20m，而最終的鉆孔位置在北運輸巷的設(shè)計區(qū)域中，鉆孔的深度達到了505m左右。同時分別在水力壓裂測試孔的南北側(cè)設(shè)置了壓裂鉆孔的觀測孔，進而掌握相關(guān)的鉆孔信息。鉆孔完畢之后，借助馬麗散來填孔以及用水泥機械性的封孔來對水力壓裂測試孔進行封孔工作，其中封孔的長度達到了16m，具體的封孔是在鉆孔口段的1m處采用馬麗散來進行封孔，之后是采用水泥和石膏再借助對應(yīng)的封孔設(shè)備來進行后續(xù)的封孔工作。在此過程中要根據(jù)孔的剩余長度來進一步的計算出對應(yīng)所需要的水泥和石膏的體積，在封孔的一天后安裝對應(yīng)的瓦斯表來來觀察瓦斯的流量。在經(jīng)過了一定的時間周期后對水力壓裂測試鉆孔進行了注水的壓裂，經(jīng)過4、5h之后，發(fā)現(xiàn)測試孔出現(xiàn)滴水的現(xiàn)象并逐漸的增加，同時注水的壓力在逐漸地減小，關(guān)閉閥門，之后結(jié)束注水的工作。

3.4 水力壓裂效果的分析

在注水工作完成后的24h之后，開啟閥門，開始放水，在放水8h后安裝對應(yīng)的瓦斯表來觀察瓦斯的流量，在此過程中煤層排放瓦斯達到了100%?？偟膩碚f，在放水之后，煤層的裂隙逐漸地延伸，從而為后續(xù)的瓦斯流動奠定了良好的基礎(chǔ)，使得瓦斯的流量在逐漸的增加，要想對瓦斯流量進行抽采的管理，就需要對水力壓裂孔排瓦斯的流量進行單獨的觀察。在經(jīng)過水力壓裂增透工作之后，瓦斯的流量在逐漸地增加，是之前的53倍左右，也就是在經(jīng)過水力壓裂后煤層透氣性有了較大幅度的增加。

4 結(jié)語

在當前的煤層瓦斯的抽采中，極容易受到限制，因而制約著瓦斯的抽采，而將水力壓裂增透技術(shù)應(yīng)用到瓦斯的抽采工作之中，可以最大化的增加煤層的透氣性和瓦斯的抽采效果，最終使得煤層符合開采的要求，便于開采，進而使得煤層中的瓦斯流量逐漸地增加，便于瓦斯的抽采工作，同時消除一些礦井中的安全隱患進而改善礦井的工作環(huán)境。

參考文獻：

[1]陳留武，楊國和，黃春明，張曉強.水力壓裂孔提高松軟低透氣性煤層瓦斯抽放效果[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2009 （S1）.

[2]周軍民.水力壓裂增透技術(shù)在突出煤層中的試驗[J].中國煤層氣，2009（03）.

[3]杜春志，茅獻彪，卜萬奎.水力壓裂時煤層縫裂的擴展分析[J].采礦與安全工程學(xué)報，2008（02）.