煤矿瓦斯治理中水力压裂技术的应用

朱旗峰1崔文彬2杨威3

摘要：现阶段，随着社会的发展，我国的煤矿工程的发展也突飞猛进。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取和排放至关重要，水力压裂技术是最实用的方法。它是以水作为动力，破坏煤层的封闭性，加强气体流动性，实现瓦斯排放。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。

关键词：煤矿瓦斯治理；水力压裂技术；应用

引言

随着社会的快速发展，人们的生活水平逐渐提高，这样一来，整个社会对煤矿的需求量也越来越大，这种形式也对煤矿企业提出了全新的要求。在实际的煤矿开采过程中，瓦斯的治理是非常重要的一个环节，关系到整个煤炭开采过程的安全性，所以，大多数煤炭企业为了降低危险系数，都会采用水力压裂技术来对煤矿中的瓦斯进行治理。根据我国的地质情况，我国的大多数煤层都具有透气性低和瓦斯含量高的特点，这些情况在某种程度上给煤炭的开采带来了一定的难度，所以，水力压裂技术可以有效减少这种情况带来的负面影响，从而提高煤炭的开采速率，因此，在通常的煤矿瓦斯治理中，水力压裂技术的应用是非常广泛的。

1煤矿瓦斯造成的负面影响

在这个瞬息万变的时代，每一个行业都需要做出相应的变化，才能更好地适应这个新社会，否则只会被历史的洪流所淹没。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缓和的，这也会比较便于施工人员进行管控，尤其是在分散施工的时候，施工人员也可以对所有的煤炭瓦斯进行全方位的治理，然而，如果在这个环节中出现了一些问题，煤炭瓦斯就会大幅度集中并且高浓度地喷射。其次，就是瓦斯爆炸，在实际的施工过程中，如果对煤炭瓦斯的治理不到位，就会发生瓦斯爆炸，煤炭瓦斯爆炸后，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，就是煤炭瓦斯突出，瓦斯突出的发生一般都会伴随着巨大的动能和声音，并且造成的危害也会非常突出，如此，一些重要的采煤设备在这个过程就非常容易被损坏，甚至井下施工人员有可能会发生窒息。

2水力压裂技术治理煤矿瓦斯的基本概述

一般来说，煤矿采集工作在对突出煤层进行采集时，需要使用科学高效的治理方法控制煤层的不稳定性，以防发生安全事故。我国绝大多数的煤矿瓦斯其突出在外的煤层，都是透气性十分差的煤层，这不仅为煤层采集工作带来了诸多不便，也不利于整个煤矿采集区的安全作业。因此，为煤层进行卸压和提高透气性，就成为有效控制煤层瓦斯的重要方式。如今，国际上常用的煤层减压和透气性加强的方法是对煤层进行适当的注水，并对煤层保护层部分进行科学开采，虽然这能在煤层开采的实际工作中起到提高煤层透气性、降低不稳定性的作用，但仍旧存在一些缺陷和问题。水力压裂技术，是作用于地表煤层而开发出来的一种现代化的新型瓦斯治理技术，其可以适用于绝大多数的原生结构煤层。是把水作为主要动力，让煤体出现一定的裂隙，并施加大于地层滤失率排量及超过耐破上限值的压力，使煤层中间不同等级弱面内部，可以借助于弱面面壁而形成一定的流体压力，从而导致空间膨胀，并以此作为推动力让这个弱面进行扩张和延伸，在形成一定大小的裂缝之后，完成彼此联通，从而提高煤层的联通能力和透气性能。

3水力压裂的技术在治理煤矿瓦斯时的应用要素

3.1工作原理及注意事项

水力压裂的治理技术是通过含有大量砂子材料的高压水，让煤层产生一定大小的裂缝，并让水和砂子材料的混合液进入煤层空隙，让砂子材料留在煤层孔隙之中。在砂子材料对煤层缝隙起到支撑作用的同时，也能防止煤层缝隙出现重新闭合的现象，这既能改善煤层透气不良的棘手问题，又能确保瓦斯能从煤层中间迅速抽离。需要特别注意的是，在煤矿的开采过程中，煤层可能会出现很多裂缝，要充分依据煤层所在的地质条件和地质变化的影响因素，掌握煤层通畅性、透气性的明显差异，然后，通过适当的水力压裂来加快瓦斯的抽离效率，提升整个煤体的透气性。此外，使用打钻方法向煤层之中加注高压水，可以确保水体深入流进煤层的地质中，高压的作用力越大，水力的压力也就会越大，这就能在煤层的内部形成比较强的支撑力。

3.2方位布井的应用与布置要点

治理煤矿瓦斯时，所使用的水力压裂治理技术，通常需要采取方位布井的操作方法来提高治理的整体效益。水力压裂治理技术中的方位布井需要加强井网的布局规划实效，根据煤层之间实际的水力缝隙关系和地流体的确切方向设计井网，明确运用水力压裂进行瓦斯治理的主要实施目标和需要实现的效果，以便有针对性的提高煤矿瓦斯治理和增加煤层透气性的效果。一般来说，方位布井的作业需要在全面收集和汇总煤层信息之后才能进行，要尽可能地为煤矿瓦斯治理工作提供可靠的水力压裂实施条件，在布置完成现场的井网以后，要详细分析和研究瓦斯储层实际地应力场的变化情况，并重点分析最大的主应力方向和变化趋势。煤层缝隙方向可能会存在较大的变化，因此，这种不确定的变化可能会影响水力压裂的治理效果。这就需要在清楚掌握煤层瓦斯之间实际缝隙的情况和方向变化情况之后，再优化设计水力压裂的方位布井，完善水力缝隙和方位布井之间的平衡、协调关系，最大程度上保证两者可以相互适用、相互匹配。如此才能在治理煤矿瓦斯的实际作业中，将水力压裂的技术优势充分体现出来。

3.3技术上的优化策略

水力压裂的治理技术其核心与基础，是单井的压裂技术。在对水力压裂的治理技术进行整体的技术优化时，首先，可以把煤层整体划分成为若干单位，并采用调节变量的方法调整煤矿采矿作业中的参数，并由专业的分析人员和技术人员实时观察矿区煤层的缝隙指标变化情况，并依据缝隙尺寸和导流的参数，对水力压裂进行有针对性优化调整。水力压裂的治理技术在施工现场可以通过试井研究、裂缝模拟以及实验室试验等优化方法，来提高煤矿瓦斯的治理效果，减少瓦斯事故的发生几率。

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。总而言之，目前煤炭瓦斯还是非常有可能会造成一些不利的影响，但是，大多数煤炭企业都会采用水力压裂技术，所以煤炭地开采也会更加安全。在实际的煤炭开采过程中，煤炭企业的相关部门还需要尽可能多多利用水力压裂技术，以此来降低出现危险的概率，从而提高开采效率，可以为煤炭企业创造出最大化的经济效益与有效的社会效益。

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