水力壓裂增透技術在瓦斯抽采中的應用

田向東

（汾西礦業集團通風管理部，山西 介休 032000）

引言

當前在煤礦資源的開采工作過程中，對于一些沒有保護層的煤礦開采條件出現突出煤層條件下，預抽煤層瓦斯是預防瓦斯災害的重要處理措施。通過瓦斯預抽可以最大限度上降低煤層當中的瓦斯含量以及壓力大小，進而可以有效控制和消除其中突出煤層采掘工作過程中的各種安全隱患問題，同時降低開采工作過程中礦井瓦斯的涌出量大小。在預抽煤層瓦斯工作過程中出臺工作效果的好壞，直接關系該煤層的透析性效果。通過相關理論試驗分析可以看出，隨著煤層開采深度的不斷加大地應力也在快速提升，煤層透氣性系數也隨之降低，進而會影響到整個煤層瓦斯的抽采工作質量，同時也會影響到整個礦井的正常接替工作。對此，通過采用水力壓裂增透技術，在瓦斯抽采工作當中表現出的作用和優勢非常明顯，可以對一些透氣性較低比較難抽采的煤層瓦斯進行高效率的抽采工作，有效保證整個礦井生產工作的安全性和穩定性。

1 水利壓力滲透技術工作原理分析

1.1 裂縫起裂工作原理

在水利壓裂技術的實際使用工作過程中，首先需要針對煤層進行鉆孔工作，然后需要通過鉆孔直接將流體壓入到煤層內部。在施工的過程中需要對液體壓進的速率進行實時性監測，如果液體的壓入時間明顯超過煤層的吸水工作速率，則液體的流動性也會有著明顯的提升，液體不斷流入到煤層內部，并且在液體壓力增加達到煤層巖體結構壓力的情況下，煤層的裂隙相互之間會形成明顯的擠壓作用，可以保證煤層具體的流通性。與此同時，煤層當中的氣體滲透性也會隨著裂隙寬度的增加而上漲，可以充分保證煤層瓦斯的流動效果，為整個瓦斯抽采工作提供有利條件和保障，工作原理如圖1 所示。

圖1 裂縫起裂工作原理

1.2 裂縫延伸工作原理

在向弱面沖水空間進行注水工的過程中，通過注水泵的作用條件會產生特定的注水工作壓力，同時在煤層孔隙濕潤作用和毛細作用條件下，會損失一部分的注水工作壓力。損失的壓力也被稱之為濾失壓力，如果在濾失工作過程中，水體注入的壓力超過濾失壓力大小，會出現水流直接進入到煤層的裂隙當中，水流和煤炭顆粒之間會形成混合狀態會形成封堵帶，在這種工作條件下一級弱裂面壓力會進一步升高，直接造成煤層的裂隙量擴大，進而出現封堵的作用和效果進一步削弱，同時隨著煤炭顆粒逐漸朝著四周擴散會形成更加嚴重的二次封堵問題[1]。

1.3 壓力增透工作原理。

壓力水在進入到煤層當中的順序分別為一級弱面、二級裂隙弱面以及原生微裂隙等幾個重要的組成部分。在裂隙弱面當中通過壓力水的作用，可以有效防止產生更大的水體壓力影響，會出現煤層的裂隙進一步延伸和加大，裂隙的寬度也有所增加，同時各個裂隙弱面之間形成相互貫通狀態，進而造成縱向橫向交錯問題，整個煤層的滲透率也得到了進一步提升。

2 瓦斯抽采工作中水力壓力增透技術的具體應用策略分析

某礦屬于突出型礦井，在開展工作過程中煤層厚度大小大約在3.6 m，煤層傾角范圍在25°～35°之間，并且通過對該煤層進行現場勘查之后可以看出，該煤層到埋深范圍在500 m～620 m 之間，其中煤層的瓦斯含量大小大約為25.6 m3/t。瓦斯壓力大小在3.5 MPa，整個煤層的硬度相對較小、透氣性相對較低，因此在煤層的瓦斯抽采工作中會存在較大的工作難度。煤礦開采工作單位結合實際工作情況，決定使用水力壓力增透技術，有效提高煤層的透氣性效果，促進煤層裂隙寬度的提升，保證瓦斯抽采工作的安全穩定進行。

2.1 水利壓力試驗工作分析

在水力壓裂增透技術使用工作過程中，乳化液泵是其中非常關鍵的工作設備，乳化液泵的額定工作壓力為31.5 MPa，工作過程中的最大排量為160 L/min，通過在壓力泵當中安裝水表壓力表以及控制閥門等，對整個設備的運行工作狀態進行有效控制，并且在對煤層進行注水工作過程中，需要對注水工作壓力進行實時性觀測。對此，可以使用直感耐震壓力表來進行操作。在本次試驗工作當中，壓力表的量程大小為60MPa，同時水力壓力中透系統當中主要是通過水箱、壓力表、壓力泵、管路以及監控系統等部分所構成[2]。

2.2 壓裂鉆孔設置

在正式開始瓦斯抽采工作之前，工作人員通過前期的資料對比分析之后得出具體的鉆孔工的位置，并且每點埋深量范圍在500 m～520 m 之間，在煤礦井下底板瓦斯抽采和變坡點之間的距離大小為50 m，鉆孔間距大小為30m 鉆孔角度大小為130°，鉆孔和煤礦巷道之間的軸線夾角大小為90°，鉆孔傾斜角度為45°，總共設置出三個鉆孔點位，壓力鉆孔位于中間位置，同時兩側為觀測測壓孔，本次水力壓裂測試總長度為35.5 m[3]。

2.3 壓裂鉆孔封孔和注水工的要點

通過將壓裂鉆孔和試驗測試孔是先進行封閉處理，并且嘉麗鉆孔的封孔深度大小為12.5 m，在工作過程中通過采用兩堵一注的封孔處理工作方法。在測試鉆孔封閉處理工作過程中，首先需要保證在孔口段位置進行充分密封處理，同時封孔的長度大小范圍在1.0 m～1.5 m 范圍之間，以封孔的實際長度為基礎，對封孔工作過程中所需要的水泥漿體系大小進行計算和分析，然后通過注漿管直接將水泥漿材料注入到鉆孔當中，封孔保持24 h，然后再安裝煤氣表，對鉆孔位置到瓦斯流量大小進行有效監測。經過一段時間監測之后，對水力壓力測試鉆孔進行注水工作，在注水工作當中，相關工作人員需要有效觀察鉆孔內部是否出現明顯的水體滲漏情況，并且在注水時間達到5 h 之后，工作人員發現距離測試孔50 m 的位置出現明顯的漏水情況，并且隨著注水工作的進一步進行漏水量不斷上漲。根據壓力表測試工作要求和標準將注水壓力控制在7.5 MPa 左右，此時關閉閥門停止注水工作。

在本次水利壓力試驗工作當中，實際注水工作時間大約為5 h，同時注水工作量為55 m3，注水工作壓力大小為20 MPa。在煤層注水試驗工作當中，由于受到實際注水量所產生的干擾和影響，在注水工作過程中產生反復多次的中斷情況，通過對第1 次注水工作中的水體壓力大小進行觀測和分析，可以得出在壓裂初始工作階段，由于水體壓力的不斷增加，整個壓裂速度增加比較緩慢，并且通過對注水壓力進行進一步檢測之后，可以看出在進行煤層注水工作當中，注水工作壓力范圍始終保持在15 MPa～18 MPa 之間，然后停止注水之后液體的壓力大小逐漸降低。在本次煤層內部當注水壓力超過18 MPa 情況下，水壓不會進一步提升，同時在水利壓力增厚試驗當中，注水工作壓力是其中非常重要的參數信息。通過適當的控制注水工作壓力，可以進一步促進煤層到裂隙大小，保證整個煤層結構更加松動，可以提高瓦斯的抽采工作效率和穩定性。在本次煤層水力壓力滲透試驗處理過程中，整個煤層破裂壓力大約在16.5 MPa，但是在實際注水工作中，因為注水壓力的不斷損失，注水實際壓力值大約在16.8 MPa。通過本次工作之后得出實際注水工作壓力大小為18 MPa 符合工作單位的預估工作要求和標準[4]。

3 結語

在煤層瓦斯抽采工的過程中，通過提高煤層的裂隙大小，提升煤層透氣性效果可以，有效保證整個煤層瓦斯抽采工作效率的提高。因為部分煤層裂隙度較小，硬度和透氣性相對較差，進而會造成煤層當中的瓦斯應力無法得到充分的釋放。對此，可以通過使用水力壓裂增透技術有效擴張煤層的間隙，可以有效提升整個煤層的透氣性效果，全面釋放煤層瓦斯的壓力大小，控制煤層工作面瓦斯含量，不但可以全面提高瓦斯的抽采效率，同時在純度上也可以得到全面提升，所表現出的技術優勢非常明顯。