水力压裂增透技术在矿井瓦斯抽采中的应用

孟雷

摘 要：随着国家经济的快速发展，社会水平的不断提高，进一步的促进了煤矿企业的发展。在煤矿瓦斯的开采过程中，最关键的技术就是水力压裂增透技术，可以安全性的抽采煤矿中的瓦斯，进一步的增加了煤矿企业中开采的安全性，因而该种开采技术受到了许多煤矿的重视和应用。因此，为了进一步的探索水力压裂增透技术和增加对水力压裂增透技术的了解，本文对当前我国瓦斯抽采和煤气层开发的现状及发展趋势，水力压裂增透技术的工作原理进行了全面综合的分析与研究，进而对李子垭南二井煤矿中的瓦斯抽采进行了分析，进一步的对水利压裂增透技术的了解和认识，增加对水力压裂增透技术的应用。

关键词：水力压裂增透技术;瓦斯抽采;应用

1 当前我国瓦斯抽采和煤气层开发的现状及发展趋势

1.1 当前我国煤层气开发的现状

煤层气指的是在煤矿开采中，煤层以及周边岩石中与煤生成的常见的天然气。在煤形成的过程中，有机质就会逐渐地生成以额烃类的气体，在经过一系列的运动和移动后逐渐地停留在煤层的内表面，之后存储在煤层之中，这种气体就叫做瓦斯，主要的成分是甲烷。当前，在开采没有条件的突出煤层时，就需要提前的将瓦斯进行抽采，进而预防出现瓦斯的爆炸，进而危及到周边的工作人员，在多部分地区已经实现了局部的煤矿开发，在开采煤矿的过程中依靠的是地面垂直井压裂完井的工艺，因而就可以借助水力压裂增透技术来实现对瓦斯的抽采。而对于突出煤的开采中，也就是指地面煤层气开发的禁止区域，对应的瓦斯的产量也较低。

1.2 当前我国瓦斯抽采的现状及发展趋势

在进行瓦斯的抽采中，抽采瓦斯的浓度，数量，抽采的次数以及时间间隔都是与煤层的透气性和所采取的抽采工艺相互关联的。一般来说，透气性越好，瓦斯的抽采效果越好。

当前我国的煤层中均属于低渗透的煤层，因而使得在进行抽采时效果不是太好。而且随着煤层开采深度的不断增加，受到的应力在不断地增加，进而使得煤层中的透气性在逐渐地减小，最终影响了煤矿井的正常交接和开采工作。因而就需要对煤层增加裂隙的范围和密度，增加钻孔的密度，从而进一步的增加煤层的透气性，最终使得煤层符合开采的要求。对于难度较高的开采条件，要借助各种方式来增加透气性，采用减少压力来增加透气性的方法进行，进而使得煤层中出现裂隙，而这种方法叫做低透气性煤层增透技术。该种低透气性煤层增透技术中包含多种方法，本文中重点对水力压裂增透技术进行了全面综合的分析与研究。

2 水力压裂增透技术的工作原理

2.1 裂缝起裂的原理

水力压裂技术指的是在通过钻孔向煤层中注射一定量的液体，而当液体注入的速度大于煤层自身所能吸收水的速度和能力之后，就会产生一定的流动压力，进而使得注入煤层中的液体受到的压力在逐渐地增加，当注入煤层中的水受到的压力值超过了煤层的最上方的岩石压力值之后，就使得煤层中的密封的裂隙破裂，进而形成了新的液体的通道，从而增加了煤层的渗透性，而破裂的裂隙就为煤层瓦斯的后续流动创设了良好的条件，便于抽采瓦斯。

2.2 裂缝延伸的原理

注入煤层中的压力指的是当注入的液体经过若面充水空间时产生的压力，而该种压力的注入主要是由压力泵来进行注入。滤失压力指的是在煤层中自身的毛细作用和孔隙的湿润作用下，会使得注入压力产生部分损失的部分压力。从而在注入的压力远远超过滤失压力之后，液体会自动的进入到层里面和裂隙的系统之中，同时液体会捎带一些煤层中的颗粒，进而使得层里面和裂隙系统中形成封堵带，随着以及弱裂面压力的升高，导致弱裂面出现破裂，使得空间增大，封堵带的作用消失，封堵作用减小，从而使得煤层颗粒向周边扩散而造成再次的封堵现象，也就是将裂缝建了延伸。

2.3 压裂增透的原理

压力液体在进入到煤层之后，会逐渐的由一级的弱面，二级的裂缝弱面以及最初的微裂隙之中，在此过程之中，压力液体会在裂隙表面中对裂隙的表面产生内部的压力，最终裂隙弱面发生相互的连接进而使得裂隙面扩展，延伸以及产生破裂，最终提高煤层自身的渗透率，便于施展瓦斯的抽采工作。

3 水力压裂增透技术在瓦斯抽采中的具体应用

3.1 水力压裂增透技术的所需要的设备

在应用水力压裂增透技术时，需要使用的设备包括了一台注浆泵，两台搅拌的装置，多种注浆钢管，规格为2m的带钻孔和不带的钻孔，管接头，捆绑在注浆管和压裂管的铁丝，捆绑在压裂管的棉纱，控制注浆的截止阀，封堵孔的马丽散以及水泥（既有普通的水泥又有白水泥），同时采用直感耐震压力表对注水的压力进行观察。

3.2 对李子垭南二井煤矿进行分析

李子垭南二井当前的生产能力为42万t/a，目前该矿井已基本完成，其中矿井主要采煤层的均匀厚度为2.1m，倾斜角度为42～80°，软煤层的厚度为1.3m左右，含矸为三层左右，厚度为0.025m左右，煤层的深埋厚度为500到626m左右，其中煤层中瓦斯的压力位3.5kPa，每立方米中含有瓦斯19.5t，最关键的是煤层透气性系数较小，因而属于松软低透气性以及较难抽采的突出性煤层。在该煤层终极容易发生瓦斯爆炸的危险事故，最大的一次突出煤的数量为950t，而顺带瓦斯的出产量为19300m3。

3.3 水力压裂增透技术在李子垭南二井煤矿的瓦斯抽采中的具体应用过程

水力压裂增透技术在李子垭南二井煤矿的瓦斯抽采中的具体应用过程，第一步是布置对应的压裂鉆孔并进行施工，在距离矿井520m的坡点实施了水力压裂测试钻孔，方位角为128°，也就是指压裂的钻孔与巷道轴线的夹角为直角，钻孔的倾斜角度为45°，简单来说，钻孔压裂垂直与煤层的层面。压裂测试的钻孔长度为20m，而最终的钻孔位置在北运输巷的设计区域中，钻孔的深度达到了505m左右。同时分别在水力压裂测试孔的南北侧设置了压裂钻孔的观测孔，进而掌握相关的钻孔信息。钻孔完毕之后，借助马丽散来填孔以及用水泥机械性的封孔来对水力压裂测试孔进行封孔工作，其中封孔的长度达到了16m，具体的封孔是在钻孔口段的1m处采用马丽散来进行封孔，之后是采用水泥和石膏再借助对应的封孔设备来进行后续的封孔工作。在此过程中要根据孔的剩余长度来进一步的计算出对应所需要的水泥和石膏的体积，在封孔的一天后安装对应的瓦斯表来来观察瓦斯的流量。在经过了一定的时间周期后对水力压裂测试钻孔进行了注水的压裂，经过4、5h之后，发现测试孔出现滴水的现象并逐渐的增加，同时注水的压力在逐渐地减小，关闭阀门，之后结束注水的工作。

3.4 水力压裂效果的分析

在注水工作完成后的24h之后，开启阀门，开始放水，在放水8h后安装对应的瓦斯表来观察瓦斯的流量，在此过程中煤层排放瓦斯达到了100%。总的来说，在放水之后，煤层的裂隙逐渐地延伸，从而为后续的瓦斯流动奠定了良好的基础，使得瓦斯的流量在逐渐的增加，要想对瓦斯流量进行抽采的管理，就需要对水力压裂孔排瓦斯的流量进行单独的观察。在经过水力压裂增透工作之后，瓦斯的流量在逐渐地增加，是之前的53倍左右，也就是在经过水力压裂后煤层透气性有了较大幅度的增加。

4 结语

在当前的煤层瓦斯的抽采中，极容易受到限制，因而制约着瓦斯的抽采，而将水力压裂增透技术应用到瓦斯的抽采工作之中，可以最大化的增加煤层的透气性和瓦斯的抽采效果，最终使得煤层符合开采的要求，便于开采，进而使得煤层中的瓦斯流量逐渐地增加，便于瓦斯的抽采工作，同时消除一些矿井中的安全隐患进而改善矿井的工作环境。

参考文献：

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