水力壓裂增透技術在礦井瓦斯抽采中的應用

孟雷

摘 要：隨著國家經濟的快速發展，社會水平的不斷提高，進一步的促進了煤礦企業的發展。在煤礦瓦斯的開采過程中，最關鍵的技術就是水力壓裂增透技術，可以安全性的抽采煤礦中的瓦斯，進一步的增加了煤礦企業中開采的安全性，因而該種開采技術受到了許多煤礦的重視和應用。因此，為了進一步的探索水力壓裂增透技術和增加對水力壓裂增透技術的了解，本文對當前我國瓦斯抽采和煤氣層開發的現狀及發展趨勢，水力壓裂增透技術的工作原理進行了全面綜合的分析與研究，進而對李子埡南二井煤礦中的瓦斯抽采進行了分析，進一步的對水利壓裂增透技術的了解和認識，增加對水力壓裂增透技術的應用。

關鍵詞：水力壓裂增透技術;瓦斯抽采;應用

1 當前我國瓦斯抽采和煤氣層開發的現狀及發展趨勢

1.1 當前我國煤層氣開發的現狀

煤層氣指的是在煤礦開采中，煤層以及周邊巖石中與煤生成的常見的天然氣。在煤形成的過程中，有機質就會逐漸地生成以額烴類的氣體，在經過一系列的運動和移動后逐漸地停留在煤層的內表面，之后存儲在煤層之中，這種氣體就叫做瓦斯，主要的成分是甲烷。當前，在開采沒有條件的突出煤層時，就需要提前的將瓦斯進行抽采，進而預防出現瓦斯的爆炸，進而危及到周邊的工作人員，在多部分地區已經實現了局部的煤礦開發，在開采煤礦的過程中依靠的是地面垂直井壓裂完井的工藝，因而就可以借助水力壓裂增透技術來實現對瓦斯的抽采。而對于突出煤的開采中，也就是指地面煤層氣開發的禁止區域，對應的瓦斯的產量也較低。

1.2 當前我國瓦斯抽采的現狀及發展趨勢

在進行瓦斯的抽采中，抽采瓦斯的濃度，數量，抽采的次數以及時間間隔都是與煤層的透氣性和所采取的抽采工藝相互關聯的。一般來說，透氣性越好，瓦斯的抽采效果越好。

當前我國的煤層中均屬于低滲透的煤層，因而使得在進行抽采時效果不是太好。而且隨著煤層開采深度的不斷增加，受到的應力在不斷地增加，進而使得煤層中的透氣性在逐漸地減小，最終影響了煤礦井的正常交接和開采工作。因而就需要對煤層增加裂隙的范圍和密度，增加鉆孔的密度，從而進一步的增加煤層的透氣性，最終使得煤層符合開采的要求。對于難度較高的開采條件，要借助各種方式來增加透氣性，采用減少壓力來增加透氣性的方法進行，進而使得煤層中出現裂隙，而這種方法叫做低透氣性煤層增透技術。該種低透氣性煤層增透技術中包含多種方法，本文中重點對水力壓裂增透技術進行了全面綜合的分析與研究。

2 水力壓裂增透技術的工作原理

2.1 裂縫起裂的原理

水力壓裂技術指的是在通過鉆孔向煤層中注射一定量的液體，而當液體注入的速度大于煤層自身所能吸收水的速度和能力之后，就會產生一定的流動壓力，進而使得注入煤層中的液體受到的壓力在逐漸地增加，當注入煤層中的水受到的壓力值超過了煤層的最上方的巖石壓力值之后，就使得煤層中的密封的裂隙破裂，進而形成了新的液體的通道，從而增加了煤層的滲透性，而破裂的裂隙就為煤層瓦斯的后續流動創設了良好的條件，便于抽采瓦斯。

2.2 裂縫延伸的原理

注入煤層中的壓力指的是當注入的液體經過若面充水空間時產生的壓力，而該種壓力的注入主要是由壓力泵來進行注入。濾失壓力指的是在煤層中自身的毛細作用和孔隙的濕潤作用下，會使得注入壓力產生部分損失的部分壓力。從而在注入的壓力遠遠超過濾失壓力之后，液體會自動的進入到層里面和裂隙的系統之中，同時液體會捎帶一些煤層中的顆粒，進而使得層里面和裂隙系統中形成封堵帶，隨著以及弱裂面壓力的升高，導致弱裂面出現破裂，使得空間增大，封堵帶的作用消失，封堵作用減小，從而使得煤層顆粒向周邊擴散而造成再次的封堵現象，也就是將裂縫建了延伸。

2.3 壓裂增透的原理

壓力液體在進入到煤層之后，會逐漸的由一級的弱面，二級的裂縫弱面以及最初的微裂隙之中，在此過程之中，壓力液體會在裂隙表面中對裂隙的表面產生內部的壓力，最終裂隙弱面發生相互的連接進而使得裂隙面擴展，延伸以及產生破裂，最終提高煤層自身的滲透率，便于施展瓦斯的抽采工作。

3 水力壓裂增透技術在瓦斯抽采中的具體應用

3.1 水力壓裂增透技術的所需要的設備

在應用水力壓裂增透技術時，需要使用的設備包括了一臺注漿泵，兩臺攪拌的裝置，多種注漿鋼管，規格為2m的帶鉆孔和不帶的鉆孔，管接頭，捆綁在注漿管和壓裂管的鐵絲，捆綁在壓裂管的棉紗，控制注漿的截止閥，封堵孔的馬麗散以及水泥（既有普通的水泥又有白水泥），同時采用直感耐震壓力表對注水的壓力進行觀察。

3.2 對李子埡南二井煤礦進行分析

李子埡南二井當前的生產能力為42萬t/a，目前該礦井已基本完成，其中礦井主要采煤層的均勻厚度為2.1m，傾斜角度為42～80°，軟煤層的厚度為1.3m左右，含矸為三層左右，厚度為0.025m左右，煤層的深埋厚度為500到626m左右，其中煤層中瓦斯的壓力位3.5kPa，每立方米中含有瓦斯19.5t，最關鍵的是煤層透氣性系數較小，因而屬于松軟低透氣性以及較難抽采的突出性煤層。在該煤層終極容易發生瓦斯爆炸的危險事故，最大的一次突出煤的數量為950t，而順帶瓦斯的出產量為19300m3。

3.3 水力壓裂增透技術在李子埡南二井煤礦的瓦斯抽采中的具體應用過程

水力壓裂增透技術在李子埡南二井煤礦的瓦斯抽采中的具體應用過程，第一步是布置對應的壓裂鉆孔并進行施工，在距離礦井520m的坡點實施了水力壓裂測試鉆孔，方位角為128°，也就是指壓裂的鉆孔與巷道軸線的夾角為直角，鉆孔的傾斜角度為45°，簡單來說，鉆孔壓裂垂直與煤層的層面。壓裂測試的鉆孔長度為20m，而最終的鉆孔位置在北運輸巷的設計區域中，鉆孔的深度達到了505m左右。同時分別在水力壓裂測試孔的南北側設置了壓裂鉆孔的觀測孔，進而掌握相關的鉆孔信息。鉆孔完畢之后，借助馬麗散來填孔以及用水泥機械性的封孔來對水力壓裂測試孔進行封孔工作，其中封孔的長度達到了16m，具體的封孔是在鉆孔口段的1m處采用馬麗散來進行封孔，之后是采用水泥和石膏再借助對應的封孔設備來進行后續的封孔工作。在此過程中要根據孔的剩余長度來進一步的計算出對應所需要的水泥和石膏的體積，在封孔的一天后安裝對應的瓦斯表來來觀察瓦斯的流量。在經過了一定的時間周期后對水力壓裂測試鉆孔進行了注水的壓裂，經過4、5h之后，發現測試孔出現滴水的現象并逐漸的增加，同時注水的壓力在逐漸地減小，關閉閥門，之后結束注水的工作。

3.4 水力壓裂效果的分析

在注水工作完成后的24h之后，開啟閥門，開始放水，在放水8h后安裝對應的瓦斯表來觀察瓦斯的流量，在此過程中煤層排放瓦斯達到了100%。總的來說，在放水之后，煤層的裂隙逐漸地延伸，從而為后續的瓦斯流動奠定了良好的基礎，使得瓦斯的流量在逐漸的增加，要想對瓦斯流量進行抽采的管理，就需要對水力壓裂孔排瓦斯的流量進行單獨的觀察。在經過水力壓裂增透工作之后，瓦斯的流量在逐漸地增加，是之前的53倍左右，也就是在經過水力壓裂后煤層透氣性有了較大幅度的增加。

4 結語

在當前的煤層瓦斯的抽采中，極容易受到限制，因而制約著瓦斯的抽采，而將水力壓裂增透技術應用到瓦斯的抽采工作之中，可以最大化的增加煤層的透氣性和瓦斯的抽采效果，最終使得煤層符合開采的要求，便于開采，進而使得煤層中的瓦斯流量逐漸地增加，便于瓦斯的抽采工作，同時消除一些礦井中的安全隱患進而改善礦井的工作環境。

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