曹垚林

（1.煤科集團沈陽研究院有限公司，遼寧 撫順113122；2.煤礦安全技術(shù)國家重點實驗室，遼寧 撫順113122）

煤炭是我國的主體能源和重要的工業(yè)原料。目 前全國共有煤礦5 695 處，其中煤與瓦斯突出煤礦757 處，高瓦斯煤礦1 024 處[1]，高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井占比較高，使得煤礦安全形式十分嚴(yán)峻。我國煤層的普遍具有煤質(zhì)松軟、透氣性差、瓦斯含量高、地應(yīng)力大等特點，并且隨著煤礦開采深度的不斷增加，瓦斯壓力和地應(yīng)力將繼續(xù)增大，煤層滲透率將進(jìn)一步降低，煤與瓦斯突出危險性將持續(xù)增加，防治煤與瓦斯突出的難度增大。對于突出礦井而言，經(jīng)區(qū)域預(yù)測為突出危險區(qū)的煤層必須采取區(qū)域防突措施并進(jìn)行區(qū)域防突措施效果檢驗。而《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》中明確：區(qū)域防突措施包括開采保護層和預(yù)抽煤層瓦斯2 類。而不具備開采保護層條件的和保護層開采保護范圍外的突出危險區(qū)的煤層必須采用預(yù)抽煤層瓦斯區(qū)域防突措施并進(jìn)行區(qū)域防突措施效果檢驗。突出煤層透氣性差導(dǎo)致常規(guī)的鉆孔預(yù)抽很難達(dá)到消突效果。常用的卸壓增透技術(shù)措施包括水力壓裂、水力沖孔、水力割縫、松動爆破、深孔預(yù)裂爆破等技術(shù)，按照作用機理可分為為機械力、爆破力和水力，而機械力措施和爆破力措施操作復(fù)雜、易產(chǎn)生火花且卸壓范圍有限，應(yīng)用范圍較??；水力化措施效果明顯、效果持續(xù)時間長，安全性較好，近年來國內(nèi)科研單位和煤礦企業(yè)對水力化卸壓增透措施的研發(fā)和應(yīng)用處于蓬勃發(fā)展階段?；诖耍Y(jié)合煤與瓦斯突出機理，回顧了水力化卸壓增透措施的發(fā)展歷程，簡要介紹水力化卸壓增透措施的作用機理、工藝及適用條件，分析了水力化卸壓增透措施存在的問題，并對發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

1 煤與瓦斯突出機理研究進(jìn)展

煤與瓦斯突出的過程包括準(zhǔn)備、激發(fā)、發(fā)展和終止4 個階段，煤與瓦斯突出機理是指導(dǎo)制定防治瓦斯突出技術(shù)措施的前提，大量地國內(nèi)外科研人員對煤與瓦斯突出機理開展了大量的研究和大膽假設(shè)[2-3]，形成了單因素假說、綜合假說、現(xiàn)代假說及其他假說。

2 水力化技術(shù)防治煤與瓦斯突出研究現(xiàn)狀

針對煤與瓦斯突出危險煤層，水力化措施是防治煤與瓦斯突出的有效途徑，通過改變煤巖體中的瓦斯和地應(yīng)力等煤與瓦斯突出影響因素來實現(xiàn)防治煤與瓦斯突出。例如可以通過煤層注水增加煤體含水率，改變煤的力學(xué)性質(zhì)，改變煤體的壓力分布狀態(tài)；水力割縫、水力沖孔可以破碎煤體并經(jīng)鉆孔排出，擴大鉆孔直徑，鉆孔周圍煤體向鉆孔中心方向移動，改變鉆孔周圍應(yīng)力狀態(tài)，使鉆孔周圍卸壓范圍增大，擴展、連通煤層內(nèi)裂隙通道，促進(jìn)煤層瓦斯解吸滲流，提高煤層瓦斯抽采效果；水力壓裂可以形成若干宏觀裂隙和分支裂隙，使得應(yīng)力重新分布，提高煤層含水率，同時為煤層瓦斯解吸滲流提供通道，從而消除煤與瓦斯突出危險性。

2.1 單項水力化卸壓增透技術(shù)措施

2.1.1 煤層注水防治煤與瓦斯突出技術(shù)

煤層注水防止煤與瓦斯突出最早在20 世紀(jì)30年代前蘇聯(lián)煤礦使用，20 世紀(jì)60 年代，我國煤炭科學(xué)研究院撫順分院、北票礦務(wù)局合作采用煤層注水取得了較好的煤與瓦斯突出防治效果[10]。目前已經(jīng)大量應(yīng)用于國內(nèi)外現(xiàn)場實踐，并作為我國采煤工作面的局部防突措施寫入《防治煤和瓦斯突出細(xì)則》。由于煤與瓦斯突出機理尚無突破，煤層注水防治煤與瓦斯突出的機理主要集中在煤巖體力學(xué)性質(zhì)軟塑化導(dǎo)致煤巖體應(yīng)力環(huán)境改變和煤體濕潤吸水對瓦斯解吸的封堵效應(yīng)。秦文貴、張延松[11]認(rèn)為煤層注水的實際意義是溝通煤體內(nèi)的孔隙；蔣承林[12]基于煤與瓦斯突出的球殼理論，認(rèn)為煤層注水主要是破化了球殼密封性使得瓦斯提前釋放；王兆豐等[13]、劉明舉等[14]認(rèn)為是煤層注水能增大突出阻力，減小突出能量；大量現(xiàn)場實踐表明煤層注水有效減少了采掘期間的瓦斯涌出量，印證了瓦斯封堵效應(yīng)。

由于靜壓注水一般不會改變煤體的結(jié)構(gòu)，且注水范圍十分有限，鉆孔工程量大。高壓注水可以提高煤層注水范圍，但過高壓力會造成煤體內(nèi)能量攀升導(dǎo)致煤巖體應(yīng)力及瓦斯壓力升高且在煤體內(nèi)無法精確控制，存在誘導(dǎo)突出的風(fēng)險。脈動注水利用注水壓力短時間內(nèi)的循環(huán)升降使煤體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞破壞，增大注水范圍的同時降低注水能量，但對設(shè)備和工藝的要求較高。由于水力壓裂等水力化措施對煤層結(jié)構(gòu)改變等優(yōu)點，煤層注水已有與其它水力化措施融合發(fā)展的趨勢。

2.1.2 水力壓裂防治煤與瓦斯突出技術(shù)

水力壓裂首先應(yīng)用于油氣開發(fā)，1965 年煤炭科學(xué)研究總院撫順分院將該技術(shù)引入煤礦開采領(lǐng)域，其原理是采用水壓致裂改變煤巖體結(jié)構(gòu)及力學(xué)性質(zhì)來增加煤層透氣性從而強化瓦斯抽采，以此來防治煤與瓦斯突出。由于構(gòu)造及構(gòu)造應(yīng)力的存在，煤與瓦斯突出具有很大的不確定性，目前的突出危險性是根據(jù)瓦斯動力事故/現(xiàn)象或突出經(jīng)驗指標(biāo)來鑒定，突出機理尚未完全掌握，過大能量的水力壓裂對煤巖體應(yīng)力擾動及結(jié)構(gòu)改變是否會誘導(dǎo)突出尚有待進(jìn)一步觀察確認(rèn)，因此目前水力壓裂防治煤與瓦斯突出多用穿層鉆孔進(jìn)行。

第4年 英文學(xué)、歐美史學(xué)、哲學(xué)、政學(xué)及列國交際法[注]東京大學(xué)百年史編集委員會編：《東京大學(xué)百年史》部局史1，東京：東京大學(xué)出版會，1986年，第414頁。

具體根據(jù)煤層埋藏深度預(yù)壓裂控制范圍選擇地面壓裂或井下壓裂。井下壓裂防突技術(shù)研究主要集中在松軟低透煤層增透[15-16]技術(shù)及工藝方面，研究手段有理論分析[17]、數(shù)值模擬[18]、現(xiàn)場實踐[19-20]等，得出了積極的結(jié)論。井下壓裂靈活性強，但是受到井下作業(yè)空間的限制及高壓對井下作業(yè)空間的生產(chǎn)影響，對壓裂設(shè)備及工藝的要求更高。地面鉆孔壓裂脫胎于石油及頁巖氣巖層增滲提產(chǎn)，其裝備及工藝相對成熟，也取得了很好的瓦斯抽采效果[21-22]，但施工成本高。由于煤體是典型的雙重孔隙結(jié)構(gòu)，相較于油氣儲層，節(jié)理裂隙發(fā)育，局部應(yīng)力環(huán)境差異很大，壓裂效果受構(gòu)造及煤層原生裂隙影響很大，壓裂效果不盡相同；且壓裂方向不確定問題難以解決，存在很大的壓裂空白帶和應(yīng)力集中帶，因此，單純的地面井壓裂防治煤與瓦斯突出控制技術(shù)仍需深入研究[23]。

2.1.3 水力割縫防治煤與瓦斯突出技術(shù)

水力割縫技術(shù)通過高壓水射流切割破碎煤巖體，增大鉆孔自由面，促使煤體大范圍快速卸壓，從而提高煤層透氣性和減小煤層內(nèi)部壓力，以達(dá)到防治煤與瓦斯突出的目的，適用于煤層較厚、瓦斯含量大、煤體碎軟及低滲的煤層。

20 世紀(jì)70 年代鶴壁六礦、四礦等水采礦井進(jìn)行過大量試驗[24]，取得了較好效果。目前，水射流割縫破煤割縫過程中縫槽擴展的時空演化機理尚未得到揭示，射流參數(shù)與煤體的切割深度、增透量化關(guān)系等方面存在空白[25]，現(xiàn)場應(yīng)用的參數(shù)選擇大多依賴以往經(jīng)驗，工藝技術(shù)的完善進(jìn)步缺乏必要的理論指導(dǎo)。低壓力、大流量的純水射流切割方法最為常見，應(yīng)用時容易造成工作面積水；同時，在深部高瓦斯低透煤層條件下鉆孔割縫作業(yè)時容易引發(fā)塌孔，造成鉆孔堵塞、排渣困難等影響成孔長度、消突效果的問題，且需要解決排水、排渣、抽采塌孔問題。近年來重慶研究院研發(fā)出超高壓研制出工作壓力達(dá)100 MPa 的超高壓水力割縫成套裝置[26]，實現(xiàn)了超高壓狀態(tài)下不退出鉆桿的鉆割一體化工藝和遠(yuǎn)程操作功能，割縫鉆孔平均單刀出煤量為0.32 t，等效割縫半徑達(dá)1.51～2.08 m，割縫后鉆孔瓦斯抽采濃度同比提高了1.44 倍，瓦斯抽采純流量提高了3 倍，有效抽采半徑為對比普通鉆孔的3.6 倍，鉆孔施工時間縮短約30%，抽采達(dá)標(biāo)時間縮短40%左右。應(yīng)用表明，采用超高壓水力割縫增透技術(shù)后，煤層的透氣性明顯改善，達(dá)到了快速卸壓增透的目的。

2.1.4 水力沖孔造穴防治煤與瓦斯突出技術(shù)

水力沖孔是以保護煤巖巖柱或煤柱作為安全屏障，向利用高壓水沖擊、破壞有自噴能力的突出煤層施工鉆孔，并在孔內(nèi)利用高壓水沖擊、破壞鉆孔周圍煤體，誘導(dǎo)和控制噴孔，形成空洞，周圍煤體在地應(yīng)力和瓦斯壓力作用下發(fā)生徑向位移，鉆孔周邊應(yīng)力重新并產(chǎn)生裂隙，增加煤層透氣性，通過抽采有效降低煤層瓦斯壓力和瓦斯含量；同時鉆孔周圍煤體濕潤，降低煤體彈性，增加煤體塑性，增大工作面超前卸壓帶長度，進(jìn)而降低煤層突出潛能，達(dá)到防治煤與瓦斯突出的目的。

我國是世界上主要采煤國家中研究和應(yīng)用水力沖孔技術(shù)較早的國家之一，1958 年，重慶煤科院、重慶南桐礦務(wù)局共同進(jìn)行了水力沖孔研究，并在重慶南桐礦務(wù)局魚田堡礦取得水力沖孔試驗成功[27]。此后水力沖孔措施在南桐、焦作等礦區(qū)得到推廣應(yīng)用，應(yīng)用表明煤質(zhì)是影響水力沖孔效果的諸多因素中最主要的因素。2010 年，魏建平等[28]、劉明舉等[29]在淮南多地煤礦等地進(jìn)行水力沖孔試驗，試驗表明淮南礦區(qū)的得出了水為沖孔最佳的破煤壓力、水力沖孔和有效影響范圍。2012 年，彭偉[30]在總結(jié)現(xiàn)有水力沖孔增透技術(shù)的基礎(chǔ)上，對水力沖孔水射流動力特性、影響水射流破煤因素、一些常見的煤體破壞準(zhǔn)則和水射流破煤機理等方面做了進(jìn)一步的進(jìn)行了分析和歸納，一致認(rèn)為水力沖孔使煤層得到充分卸壓，促進(jìn)瓦斯解吸和排放。沖孔裝備和工藝尚需進(jìn)一步研究以提高其集成性和易用性。

2.1.5 可控沖擊波增透防治煤與瓦斯突出技術(shù)

瓦斯是煤與瓦斯突出的動力來源，抽采突出煤層瓦斯可實現(xiàn)煤與瓦斯突出防治的目的。西安交通大學(xué)張永民等[31]以電脈沖沖擊波為動力源，以清水為介質(zhì)耦合到煤層，破壞煤體結(jié)構(gòu)、提高煤層透氣性、降低煤層應(yīng)力并促進(jìn)瓦斯解吸，以此防治煤與瓦斯突出。其技術(shù)優(yōu)點是精細(xì)、均衡、可控，在保德煤礦和中井煤礦等企業(yè)應(yīng)用，鉆孔工程量節(jié)約80%、瓦斯抽采量提高11 倍、抽采達(dá)標(biāo)時間縮短61%。

2.2 復(fù)合水力化防治煤與瓦斯突出防治措施

單一的水力化煤與瓦斯突出防治技術(shù)特點明顯，各有其針對性和適用性。由于煤礦井下條件復(fù)雜限制了部分水力化措施的使用，如煤層注水對低滲透煤層效果有限，水力壓裂難以在高應(yīng)力粉碎煤中產(chǎn)生長久裂隙；且不同的水力化措施在工藝和設(shè)備方面存在共性，如注水泵和高壓膠管等，因此催生了復(fù)合水力化煤與瓦斯突出防治技術(shù)。

1）“鉆-沖-割”耦合卸壓防突措施技術(shù)。針對在以往的工作實踐中，水力沖孔和水力割縫均表現(xiàn)出具有局限性，在此基礎(chǔ)上，高亞斌等[32]提出了一種“鉆-沖-割”耦合卸壓防突技術(shù)，結(jié)合水力沖孔和水力割縫的技術(shù)優(yōu)勢，將該技術(shù)應(yīng)用于穿層鉆孔施工中，以“低壓鉆進(jìn)-中壓沖孔-高壓割縫”的耦合形式將沖孔與割縫相結(jié)合，提高卸壓范圍；同時根據(jù)不同的現(xiàn)場施工條件和煤層賦存條件，將普通鉆孔與卸壓鉆孔的施工布置方式進(jìn)行優(yōu)化，使不同鉆孔之間功能配合更加趨于合理化，效果達(dá)到最優(yōu)。并利用FLAC3D進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，結(jié)果表明：采用“鉆-沖-割”耦合卸壓后，鉆孔周圍的煤體的受到擾動范圍和程度均明顯增加，卸壓范圍明顯增大，塑性區(qū)明顯增大，瓦斯流動通道增多，有效防治了煤與瓦斯突出。在現(xiàn)場試驗中，試驗結(jié)果表明：“鉆-沖-割”耦合卸壓防突技術(shù)可以有效優(yōu)化鉆孔施工布置方式，穿層鉆孔數(shù)量減少約32.5%，鉆孔施工總長度減少42.9%，在區(qū)域驗證達(dá)標(biāo)后，掘進(jìn)工作面可實現(xiàn)連續(xù)進(jìn)尺，顯著提升了掘進(jìn)速度，同事提高卸壓增透效果。

2）“鉆-割-壓-抽”綜合防突措施。在實際工作中出現(xiàn)的煤層構(gòu)造復(fù)雜、質(zhì)地松軟等原因，傳統(tǒng)的水力壓裂技術(shù)會造成水力壓裂方向并不容易控制，水力壓裂效果大打折扣，影響目標(biāo)煤層整體的增透效果。針對上述所產(chǎn)生的相關(guān)實際工程問題，王耀鋒等[16，33]提出了一種新型的“導(dǎo)向槽定向水力壓裂”技術(shù)。該技術(shù)通過射流深穿透射孔技術(shù)或水力割縫技術(shù)在煤體中預(yù)先形成導(dǎo)向槽，控制水力壓穿的方向，使鉆孔之間的煤體形成裂隙網(wǎng)，達(dá)到可觀的增透效果。技術(shù)可以總結(jié)為4 步：鉆-割-壓-抽。首先，按照設(shè)計在煤體中施工鉆孔；然后利用預(yù)置導(dǎo)向槽進(jìn)行割縫；再用高壓水流對煤體進(jìn)行壓裂；最后連接瓦斯抽放管路進(jìn)行瓦斯抽采。利用數(shù)值模擬方法確定中心鉆孔為常規(guī)孔、周邊孔為擴孔且中心孔周邊孔同時進(jìn)行壓裂的施工方案效果最好。該技術(shù)在河南演馬莊礦進(jìn)行現(xiàn)場試驗，鉆孔壓穿數(shù)量高達(dá)65%，單個鉆孔的水力壓裂增透有效影響范圍提高1 倍，施工后鉆孔的瓦斯抽采濃度提高了1.27 倍，平均百米鉆孔瓦斯抽采流量提高了2.67 倍，使預(yù)抽時間縮短了22%。在山西屯蘭煤礦開展工業(yè)性應(yīng)用表明：高壓水射流能夠預(yù)置直徑555～696 mm 的導(dǎo)向槽，瓦斯?jié)舛缺葌鹘y(tǒng)鉆孔提升了1.34 倍，瓦斯抽采量對比傳統(tǒng)鉆孔提升了2.79 倍，措施效果檢驗合格，確保煤巷順利掘進(jìn)。

3）“壓-鉆-沖”一體化綜合防突技術(shù)。作為區(qū)域化煤層防突增透技術(shù)，水力壓裂影響范圍大、增透效果好，但由于煤層地質(zhì)條件的影響，裂縫方向不易控制，裂縫發(fā)育不均勻，局部區(qū)域存在壓裂不充分現(xiàn)象，而在壓裂鉆孔影響范圍邊界又容易形成瓦斯富集和應(yīng)力集中區(qū)[34]。為解決這一問題，沈陽研究院提出了“壓-鉆-沖”一體化技術(shù)，結(jié)合了保壓水力壓裂、徑向回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、大直徑分級沖孔造穴3 技術(shù)，在保壓水力壓裂基礎(chǔ)上通過徑向回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)在煤層中形成“十”字型通道增加煤體暴露面積，再通過大直徑分級沖孔造穴裝置將鉆孔周圍的煤體分多次大量沖出，形成直徑可達(dá)1.8 m 的球型孔洞，大幅度地釋放了煤層中的彈性潛能和瓦斯的膨脹能[35]，解決瓦斯富集和應(yīng)力集中區(qū)的問題?！皦?鉆-沖”一體化綜合防突技術(shù)在沈陽焦煤股份有公司開展了現(xiàn)場應(yīng)用試驗，“壓-鉆-沖”一體化單元平均單孔瓦斯抽采量較常規(guī)抽采鉆孔提高了4.07 倍，鉆孔抽采濃度提高了1.64 倍，抽采效果優(yōu)勢明顯，抽采鉆孔施工量減少40.1%；效果檢驗中突出危險次數(shù)相較水力壓裂區(qū)段減少了93.6%，掘進(jìn)速度提高了128.6%，“壓-鉆-沖”一體化措施增透防突效果顯著，為深部突出煤層水力化防突增透提供了新的思路。

4）基于保壓水力壓裂的超聲增透防突技術(shù)。超聲波卸壓增透技術(shù)作為近年來新興的卸壓增透措施，其作用原理是超聲波的機械振動作用使煤巖骨架及顆粒相互摩擦和松動產(chǎn)生微裂隙，同時液體中微小氣泡核在超聲場的作用下空化，沖破裂煤體，從而提高煤體滲透性能[36]。在超聲波致裂煤體過程中水分起著重要作用，水為超聲波提供了足夠的空化核，空化核的快速膨脹收縮和潰滅可以對煤體內(nèi)產(chǎn)生強大沖擊波，形成新的孔隙并增加煤體內(nèi)壁的連通性，提高煤體滲透性。實驗表明，超聲波激勵實驗中高含水率的煤樣新產(chǎn)生的孔隙更多，致裂效果更明顯[37]?；诖?，沈陽研究院提出了基于保壓水力壓裂的超聲增透防突技術(shù)。其工藝流程為：采取保壓水力壓裂措施后對煤層瓦斯進(jìn)行抽采，當(dāng)鉆孔瓦斯抽采量明顯下降時，在水力壓裂影響范圍內(nèi)施工超聲波增透鉆孔，在孔內(nèi)送入超聲波換能器和注水管路并封孔注水，后利用大功率超聲波進(jìn)行周期性激勵作業(yè)，改善周圍煤體透氣性狀況，提高瓦斯抽采量。該技術(shù)在紅陽二礦進(jìn)行現(xiàn)場試驗，增透時間為20 h，抽采濃度由增透前的3.8%提高至6.16%，比值為1.62 倍；在增透后0～24 h、增透后24～50 h內(nèi)濃度基本穩(wěn)定在6%左右。抽采純量由0.077 3 m3/min 提高至0.167 1 m3/min，比值為2.16 倍。

3 水力化防治煤與瓦斯突出措施存在不足及展望

3.1 現(xiàn)有研究存在的不足

歷經(jīng)半個世紀(jì)的研究，我國水力化卸壓增透技術(shù)的研究和應(yīng)用取得諸多有益進(jìn)展。由于煤與瓦斯突出機理不明、煤礦進(jìn)入深部開采造成煤層瓦斯賦存地質(zhì)條件更加復(fù)雜、煤巖力學(xué)性質(zhì)發(fā)生明顯變化，突出礦井的開采方式及區(qū)域防突措施各異，以及礦井智能化開采的蓬勃發(fā)展，造成國內(nèi)現(xiàn)有的水力化卸壓增透技術(shù)和裝備在工程應(yīng)用中還存在諸多需要改進(jìn)完善的的地方。

1）煤與瓦斯突出機理仍然有待進(jìn)一步深入研究。國內(nèi)外學(xué)者對煤與瓦斯突出機理的研究取得了豐碩的研究成果，但大多是在綜合假說的基礎(chǔ)上簡化分析得到的，突出發(fā)生的條件、影響因素和發(fā)生、發(fā)展、演化過程仍需要深入研究。已有研究將煤的物理力學(xué)性質(zhì)、地應(yīng)力、瓦斯、溫度等和突出條件割裂為多個因素未進(jìn)行系統(tǒng)研究，導(dǎo)致各因素在煤與瓦斯突出中的作用闡述不清。深部的煤巖力學(xué)性質(zhì)、破壞形式以及瓦斯賦存運移規(guī)律發(fā)生重大改變，造成研究成果主要為定性描述煤與瓦斯突出現(xiàn)象，不能確定主要影響因素及具體量化各因素的權(quán)重，影響防治煤與瓦斯突出措施的針對性和有效性。

2）深部煤巖體動力災(zāi)害孕育條件發(fā)生變化。進(jìn)入深部開采后，突出煤層及圍巖的物理性質(zhì)、應(yīng)力條件、瓦斯賦存等發(fā)生顯著改變，圍巖應(yīng)力增大，煤巖體也經(jīng)歷了彈性變形破壞、脆塑性轉(zhuǎn)變和大面積屈服等階段，具有變形大和強流變性的特點，煤層瓦斯含量和瓦斯壓力增加，開采覆巖擾動范圍及動靜載荷顯著增大且呈突發(fā)性，煤與瓦斯突出災(zāi)害、沖擊地壓并存，甚至治理過程中出現(xiàn)相互轉(zhuǎn)化。極高的地應(yīng)力水平、瓦斯和突出煤體將導(dǎo)致深部圍巖大范圍塑性破壞并伴隨大量級、大規(guī)模的強烈動力失穩(wěn)，現(xiàn)有的防突技術(shù)措施已難以適用。

3）現(xiàn)有卸壓增透措施難以滿足智能化開采的要求。我國煤礦開采作業(yè)環(huán)境惡劣和開采條件危險，導(dǎo)致煤炭開采對機器替代人有天然的渴求。隨著數(shù)字化、信息化、智能化技術(shù)、先進(jìn)制造裝備技術(shù)與煤炭開采的深度融合，使得煤礦實現(xiàn)智能化無人開采成為可能。2014 年以來，我國在薄煤層、中厚煤層、大采高及特厚煤層綜放智能化開采技術(shù)與裝備等方面取得了多項成果，但對于突出煤層而言，瓦斯治理仍需要煤礦工人井下打鉆施工，煤層卸壓增透措施需要煤礦工人近距離實際操作或者遠(yuǎn)程操作，卸壓增透措施達(dá)到智能化開采需要時間長，不能滿足智慧礦山和智能化開采的需求。

4）現(xiàn)有水力化卸壓增透措施工程量大，瓦斯治理時間長。目前的綜合水力化防突措施工程量巨大，施工工期長，需要充足的瓦斯治理時間；不同水力化措施都有各自的局限性，例如水力壓裂作用范圍大，但產(chǎn)生的裂隙仍較小，沖、割等技術(shù)增大了局部煤體孔隙、裂隙，但增大的范圍仍顯不足；缺乏水力化措施效果實時評估和評價手段，特別是水力壓裂的壓裂影響范圍的邊界仍缺乏有效手段進(jìn)行準(zhǔn)確測量。

3.2 水力化防治煤與瓦斯突出措施展望

1）進(jìn)一步開展煤與瓦斯突出機理研究。進(jìn)一步研究突出發(fā)生的條件、影響因素和發(fā)生、發(fā)展、演化過程，把煤的物理力學(xué)性質(zhì)、地應(yīng)力、瓦斯、溫度和突出條件作為整體研究，明確各因素在突出中的作用機理。針對深部煤巖特點，研發(fā)大尺寸、大煤量的煤與瓦斯突出模擬裝置，綜合考慮地質(zhì)構(gòu)造、地應(yīng)力、煤體強度、瓦斯含量及施工過程等影響因素下的不同煤質(zhì)、不同礦區(qū)的突出現(xiàn)象進(jìn)行定量模擬分析。

2）開展深部煤巖體復(fù)合動力災(zāi)害一體化技術(shù)研究。針對深部煤巖體復(fù)合動力災(zāi)害，需要同時治理煤與瓦斯突出、沖擊地壓災(zāi)害，開展深部煤巖體復(fù)合動力災(zāi)害預(yù)測研究，明確災(zāi)害類型，針對不同災(zāi)害類型，在采前、采中、采后的整個生產(chǎn)過程中采取有針對性的消減瓦斯內(nèi)能和釋放煤巖彈性能措施，根本上實現(xiàn)復(fù)合動力災(zāi)害的一體化防治。

3）開展智能化水力卸壓增透技術(shù)及裝備研究。隨著我國智慧礦山、智能化采煤工作面如火如荼的建設(shè)，加強水力化卸壓增透技術(shù)及裝備與數(shù)字化、信息化、智能化技術(shù)、先進(jìn)制造的深度融合，使得智能化水力卸壓增透成為可能。對于突出煤層而言，研制智能化鉆機，能夠?qū)崿F(xiàn)各種鉆孔的無人化、智能化施工；研發(fā)新的卸壓增透技術(shù)或者對現(xiàn)有的水力化煤層卸壓增透措施進(jìn)行改造實現(xiàn)無人化、智能化卸壓增透，降低瓦斯治理時間，滿足智慧礦山和智能化開采的需求。

4 結(jié) 語

1）總結(jié)分析了煤與瓦斯突出機理的研究進(jìn)展，并基于煤與瓦斯突出綜合假說分析了水力化防突措施的技術(shù)原理。

2）介紹了我國應(yīng)用廣泛的單項水力化卸壓增透技術(shù)，指出復(fù)合水力化防治煤與瓦斯突出防治措施是水力化防突技術(shù)措施發(fā)展方向。重點介紹了“鉆-沖-割”耦合卸壓防突措施、“壓-鉆-沖”一體化綜合防突措施、基于水力壓裂的超聲波增透防突等綜合措施，為水力化技術(shù)防治煤與瓦斯突出指出新思路。

3）總結(jié)分析了水力化卸壓增透措施與深部煤巖體動力災(zāi)害防治、智能化開采、精準(zhǔn)卸壓增透等現(xiàn)實需求之間的差距，指明了下一步應(yīng)該重點開展煤與瓦斯突出機理、深部煤巖體復(fù)合動力災(zāi)害一體化防治、智能化水力卸壓增透技術(shù)及裝備研發(fā)等方面的研究。