劉凱

摘 要：為實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦瓦斯的有效治理，越來(lái)越多的煤礦開(kāi)始研究水力壓裂技術(shù)，并在實(shí)踐應(yīng)用中取得了比較理想的應(yīng)用效果。本文基于水力壓裂技術(shù)在煤礦瓦斯治理中的效果進(jìn)行分析，先概述了水力壓裂技術(shù)，然后介紹了水力壓裂技術(shù)在煤礦瓦斯治理中的作用，最后結(jié)合實(shí)例加以探討，以期為煤礦的安全、高效生產(chǎn)提供有益參考。

關(guān)鍵詞：水力壓裂技術(shù)；瓦斯治理；效果；應(yīng)用

對(duì)國(guó)內(nèi)煤礦進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)煤礦煤層的透氣性不理想，除此之外，瓦斯含量也比較高，正因如此，瓦斯事故在所有礦難事故之中占有較大比例，與此同時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的人員傷亡和難以估量的經(jīng)濟(jì)損失[1]。隨著煤層開(kāi)采深度的不斷加深，突出煤層也相應(yīng)增多，這對(duì)煤礦的生產(chǎn)安全埋下了嚴(yán)重的隱患。在傳統(tǒng)煤礦瓦斯治理工作中，缺乏效果顯著的治理措施，而伴隨著水力壓裂技術(shù)的不斷成熟，能夠比較理想地增加煤層的透氣性，與此同時(shí)，還能夠明顯降低煤層之中瓦斯的實(shí)際含量，表現(xiàn)出了良好的應(yīng)用效果。

1 水力壓裂技術(shù)概述

水力壓裂是應(yīng)用于地面煤層氣開(kāi)發(fā)利用的一項(xiàng)現(xiàn)代技術(shù)，大多應(yīng)用于具有原生結(jié)構(gòu)的煤層，其工作原理是將水作為動(dòng)力，使煤體出現(xiàn)裂隙，施加超過(guò)地層濾失速率的排量和超過(guò)地層耐破上限的壓力，讓煤層之中不同等級(jí)的弱面內(nèi)通過(guò)對(duì)弱面面壁形成流體壓力，導(dǎo)致空間上的一定膨脹，以此推動(dòng)這一弱面不斷地進(jìn)行擴(kuò)張以及延伸，到一定程度之后破裂產(chǎn)生裂縫，并彼此連通，形成相互聯(lián)系的網(wǎng)絡(luò)，最終提升煤層以及抽采管路之間的聯(lián)通能力。

水力壓裂技術(shù)的一般工藝流程如下：供水管→水箱→連接管→注水泵→高壓水管→專(zhuān)用封孔器→鉆孔→煤體[2]。

2 水力壓裂技術(shù)在煤礦瓦斯治理中作用

（1）增加煤層透氣性。以煤層為對(duì)象進(jìn)行水力壓裂操作，可以為煤層制造出更多的裂隙，不僅如此，還能夠大幅增加煤層裂隙的長(zhǎng)度，賦予煤層間更為理想的透氣性。

（2）消除煤層的瓦斯突出危險(xiǎn)性。向煤層注入一定的水，能夠?qū)|(zhì)塊中儲(chǔ)存的瓦斯做“封閉”處理，提升瓦斯由吸附態(tài)轉(zhuǎn)變成游離態(tài)的難度系數(shù)，即意味著大幅增加了煤層之中瓦斯的殘留量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)瓦斯涌出量的有效減少和控制。如某煤礦采用水力壓裂技術(shù)之后，其采煤作業(yè)過(guò)程中的相對(duì)瓦斯涌出量大幅減少，僅僅是直接采煤方式的45.3%，不僅如此，還實(shí)現(xiàn)了對(duì)瓦斯放散初速度的有效降低[3]?？傊谝欢ǔ潭壬舷嗣簩油咚雇怀龅奈ｋU(xiǎn)性。

（3）改變煤體強(qiáng)度。當(dāng)煤層處于原生結(jié)構(gòu)時(shí)，其煤體強(qiáng)度通常相對(duì)較硬，采用水力壓裂技術(shù)進(jìn)行處理之后，能夠不斷增加煤層之中含水飽和度，同時(shí)不斷降低煤體單軸抗壓強(qiáng)度以及抗拉強(qiáng)度等，如此一來(lái)，給煤層的實(shí)際開(kāi)采工作提供了極大的便利。

（4）平衡地應(yīng)力。在煤礦開(kāi)采工作中，采用水力壓裂技術(shù)能夠明顯強(qiáng)化煤層所對(duì)應(yīng)的地應(yīng)力場(chǎng)，在相應(yīng)區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)均一化的效果，防止在某點(diǎn)或者某方向上產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力集中問(wèn)題，從而有效平衡地應(yīng)力，這對(duì)于防范瓦斯突出而言具有相當(dāng)積極的現(xiàn)實(shí)意義。

（5）降低瓦斯壓力。煤層瓦斯壓力場(chǎng)通常屬于非均勻狀態(tài)分布，相鄰煤層之間的瓦斯壓力場(chǎng)可能存在顯著差異，瓦斯能量過(guò)于集中，若被無(wú)意揭露，能量便會(huì)在短時(shí)間內(nèi)劇烈釋放，導(dǎo)致非常嚴(yán)重的安全事故。而通過(guò)水力壓裂技術(shù)形成的裂隙可以讓瓦斯在煤層中由高壓區(qū)不斷傳輸?shù)降蛪簠^(qū)，最終實(shí)現(xiàn)降低瓦斯壓力的效果[4]。

（6）降塵。在對(duì)煤層采用水力壓裂技術(shù)之后，煤層中由于裂隙的存在和延伸，水便會(huì)不斷流入其中，如此一來(lái)，在煤炭采掘過(guò)程中巷道內(nèi)便不會(huì)出現(xiàn)大量煤塵，可以大幅降低井下采掘作業(yè)地點(diǎn)巷道內(nèi)的煤塵濃度，從而改善一線礦工的作業(yè)環(huán)境，降低其罹患相關(guān)職業(yè)病的可能，同時(shí)還能夠有效預(yù)防井下煤塵爆炸事故，這對(duì)于保障煤礦安全生產(chǎn)而言，具有相當(dāng)積極的現(xiàn)實(shí)意義[5]。

3 水力壓裂技術(shù)在煤礦瓦斯治理中的應(yīng)用實(shí)例

某礦井屬于比較典型的煤與瓦斯突出礦井，其煤體對(duì)應(yīng)的堅(jiān)固性系數(shù)在0.15-0.30之間，煤層透氣性不理想，利用傳統(tǒng)瓦斯抽放方法效果不理想。

2015年5月，以1414（3）工作面底板巷為對(duì)象，先后進(jìn)行了12孔次的水力壓裂作業(yè)，每次注水量控制在100-230m3之間，作業(yè)壓力控制在17-35MPa之間。對(duì)4#鉆場(chǎng)進(jìn)行水力壓裂作業(yè)之后，其60m之外的0#鉆場(chǎng)所對(duì)應(yīng)的瓦斯抽采情況獲得了顯著改善，實(shí)際抽采效率大幅提升，可見(jiàn)水力壓裂作業(yè)竟然可以影響到60 m之外的抽采孔。其水力壓裂作業(yè)前后各自對(duì)應(yīng)的瓦斯抽采數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表1。由表1中的數(shù)據(jù)可知，水力壓裂作業(yè)能夠顯著提升煤礦瓦斯的抽采速度，實(shí)現(xiàn)快速消突，這對(duì)于煤礦瓦斯治理來(lái)說(shuō)起到了安全高效的作用。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，隨著水力壓裂技術(shù)的不斷成熟，其在煤礦瓦斯治理中發(fā)揮出了越來(lái)越重要的作用，包括增加煤層透氣性、消除煤層瓦斯突出危險(xiǎn)性、改變煤體強(qiáng)度、平衡地應(yīng)力、降低瓦斯壓力、降塵等，為煤礦企業(yè)帶來(lái)了更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]曲曉明.基于水力壓裂技術(shù)的地面鉆井排放瓦斯效果分析[J]. 內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2013（07）：174-175.

[2]呂有廠.水力壓裂技術(shù)在高瓦斯低透氣性礦井中的應(yīng)用[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2010（07）：102-107.

[3]王國(guó)鴻，徐贊.水力壓裂技術(shù)提高低透氣性煤層瓦斯抽放量淺析[J].煤礦安全，2010（08）：120-121.

[4]孫炳興，王兆豐，伍厚榮.水力壓裂增透技術(shù)在瓦斯抽采中的應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2010（11）：78-80.

[5]代志旭.高壓水力壓裂技術(shù)在瓦斯綜合治理中的研究與應(yīng)用[J]. 煤炭工程，2010（12）：82-84.endprint