水力压裂技术在煤矿瓦斯治理中的应用标准

王敬国

冀中能源股份有限公司东庞矿 河北邢台 054201

煤作为重要固体燃料，在生产、生活中起到了关键作用。煤矿开采方式因其位置而变化。浅部煤矿接近地表，多为露天开采。深部煤矿远离地表，多为地下开采。地下开采量虽远高于漏天开采产量，但对地下情况未知，地下开采安全性远低于漏天开采，对人员安全威胁最大的就是瓦斯。所以对煤矿中的瓦斯进行抽采至关重要，水力压裂技术是最实用的方法。它是利用高压水来破坏煤层的封闭性，在煤体中形成裂隙，能够增加瓦斯气体的流动性，实现有效的瓦斯抽采。本文以水力压裂技术为研究对象，分析在煤矿瓦斯治理中的作用，提高煤矿开采的安全性。

1 煤矿瓦斯造成的负面影响

在实际的煤炭开采过程中，一般都会遇到煤炭瓦斯的问题，煤炭瓦斯给煤炭的过程会带来非常多的阻碍，一般情况下，据统计，煤炭瓦斯一般会引起三种危害。首先，就是煤炭瓦斯气体喷射，在正常情况下，分布在岩层周围的煤炭瓦斯气体都是比较平衡的，但在开采过程中，需要对煤炭瓦斯进行全方位的治理，若对煤炭瓦斯的治理不到位，容易出现瓦斯突出事故[1]。在瓦斯突出、喷出及压出过程中，会出现瓦斯爆炸；瓦斯爆炸后，矿井内的氧气含量会急剧下降，并且二氧化碳的含量也会大幅度上升，这将会对施工人员的生命造成极大的威胁。再次，瓦斯突出的发生一般都会伴随着巨大的动能和声音，会造成井下大量设备损坏。

2 水力压裂技术在实际的煤炭开采中发挥的作用

2.1 可以降低煤体的强度

一旦向煤层注水，煤体的内部含水量就会大幅度上升，如果水饱和度出现了一定程度的上升，煤体的抗压和抗拉的能力都会显著提高，在这种情况下，煤矿的开采难度也会有所下降，与此同时，煤炭的开采效率也就会提升。

2.2 起到除尘的作用

在水力压裂技术的作用下，煤体的内部就会含有大量的水，从而煤尘的分散能力就会大幅度下降，这样一来，矿井内部的煤炭粉尘含量也会有所下降，施工人员的工作环境也会得到一定的改善，这也会有利于职工的身体健康[2]。

2.3 煤炭瓦斯压力的下降

如果使用了水力压裂技术，煤体之间的一些缝隙就会产生相互连通的作用，这样一来，煤炭瓦斯气体的流动性机会大幅度增强，如此，煤炭瓦斯的局部压力就会逐渐降低，从而达到矿井内部煤炭瓦斯压力均衡化的效果，也会更加利于开采，煤炭瓦斯带来的危险系数也会大幅度下降。

2.4 有效平衡地应力

在实际的煤炭开采过程中，如果出现煤炭瓦斯突出的问题，这种水力压裂技术可以有效地降低气压和地应力，从而降低危险出现的概率。

2.5 消除煤层瓦斯突出危险性

在进行煤层瓦斯治理过程中，可以向煤层中注入一定量的水，以实现对基质块内储存瓦斯的封闭处理，不仅可以改变瓦斯状态，而且还可以使瓦斯从吸附状态转变成游离状态，进一步提高煤层中的瓦斯残留量，降低瓦斯涌出量，以实现对煤层瓦斯突出危险的有效控制[3]。

3 水力压裂技术在煤矿瓦斯治理中的应用

3.1 “三软”煤层水力压裂的应用

某矿井属于瓦斯突出矿井，煤层透气性相对较差，煤体坚固性系数为0．15-0．30，归类为“三软”煤层，瓦斯抽放难度比较大。在2015年对A工作面底抽巷进行了12孔次压裂施工，并将44-86m3/次的水量注入其中，在具体施工过程中，施工压力在17-30MPa。实际上，在4#钻场压裂完成后，0#钻场（与4#钻场相隔60m）的瓦斯抽采效果明显好转，有效提升了瓦斯的抽采效率。因此，水力压裂可以对60m开外的抽采孔产生一定的影响。通过相关调查与分析后发现，该煤矿未压裂工作面每月平均掘进进度仅为42．9m，而通过对其进行水力压裂处理后，每月平均掘进进度达到56．5m，进而有效提升了煤矿巷道平均掘进进度。因此，水利压裂技术应用后，不仅提高了煤矿瓦斯抽采率，而且大大提升了煤矿工作面的掘进进度。

3.2 在区域消突中的应用

某矿在B机巷和C机巷分别开展了10次水利压裂施工，进而达到了瓦斯抽采及消突目标。本次水力压裂施工中所产生的影响半径超过30m，而在B机巷中，抽采半径从最初的2m提升至3m以上。同时，瓦斯平均抽采从最初的30天以内，达到了当前的110天以上。在C中巷中，通过水力压裂处理后，钻场抽采总量提升至5倍以上，并使B机巷压裂范围内的残留瓦斯压力和含量顺利降低至安全阀值，并比原有瓦斯含量和瓦斯压力小很多。在相同抽采时间内，水力压裂后的抽采总量比原来提升了2-5倍，并使抽采效率提升了50%以上。在B机巷中，通过对掘进工作面进行水力压裂处理后，在预抽期的10天以上降低至现在的7天，并提高了抽采量。在实际掘进过程中，进一步降低区域瓦斯浓度，并使防突效检指标在合理范围内，有效延长掘进长度，提高了掘进进度。

4 结语

综上所述，煤矿开采安全问题一直是社会关注的焦点问题，除了煤矿塌方造成的人员伤亡外，瓦斯是煤矿安全的第二大威胁。煤矿下的瓦斯，不仅会引起人员中毒，还会造成爆炸等。在此情况下，煤矿开采前进行瓦斯治理势在必行。