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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 井下水力压裂技术和地面采动井抽采综合瓦斯治理技术探讨华晋焦煤公司通风处李秉泉2022 年 3 月 14 日名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 摘要 :在分析目前煤矿瓦斯治理存在问题的基础上,提出了利用井下水力压裂技术和地面采动井抽采与常规的井下瓦斯抽采技术相结合的综合瓦斯治理措施,分别阐述了煤矿井下水力压裂和地面采动井的原理和应用情形,实践说明:煤矿井下定向压裂增透消突成套技术可有效提高瓦斯抽采率,降低煤与瓦斯突出危急性,改善井下作业环境；地面采动井可“ 一井三用”
2、,对抽放采动区域瓦斯成效较好；关键词 :煤矿；瓦斯；水力压裂；采动井前言我国是世界第一大产煤国,煤炭在我国一次能源消费中约 占 70% 左右,因而煤炭行业是关系我国国家经济命脉的重要基 础产业；然而,煤炭行业又是我国安全生产形势最为严肃的行 业之一,预防和掌握煤矿重特大事故的发生,促进煤矿安全生 产形势的根本好转已成为国家和政府层面上急需解决的重大问 题,也是我国安全生产工作的核心任务；在全部煤矿灾难事故 中,尤以瓦斯事故为重,其中主要以煤与瓦斯突出以及由瓦斯 超限而造成的瓦斯爆炸为最主要的表现形式；近年来,虽然煤 矿瓦斯防治工作已取得阶段性成效,但仍没有从根本上遏制重大瓦斯事故的发生,202
3、2 年全国共煤矿发生瓦斯事故182 起,死亡 778 人,其中较大瓦斯事故63 起,死亡 290 人；重特大名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 瓦斯事故 18 起,死亡 352 人 1；瓦斯灾难已成为制约高效 集约化开采技术进展和安全生产的最重要因素,常规或单一的 瓦斯灾难防治技术已不能满意煤矿高效安全生产的需要,强化 瓦斯抽采才是防止瓦斯灾难事故最有效的根本途径；针对我国 煤层赋存条件复杂,瓦斯抽采率低的特点,提出利用井下水力 压裂技术和地面采动井抽采与常规的井下瓦斯抽采相结合的综 合瓦斯治理新思路,以供商榷；1
4、瓦斯灾难防治技术评析11 瓦斯治理存在的问题及解决思路 我国煤储层构造复杂,且煤层多剧烈变形2,多数煤田 煤体构造破裂严峻,、类煤所占比例较重,煤质松软、坚固性系数偏小,煤层透气性低,渗透率一般在0001 01103m 范畴内,瓦斯抽采成效不佳,造成瓦斯治理困难；而 且随着采掘活动向纵深延长,煤层瓦斯赋存以“ 三高一低”高应力、高瓦斯压力、高瓦斯含量及低渗透性为主要特点,常规的瓦斯抽采技术难以发挥作用,抽采率低下,抽采成效不明显,瓦斯事故仍时有发生,因此,采纳强制增透的瓦斯治理和井上 下联合抽采的综合治理措施势在必行；新版的防治煤与瓦斯 突出规定第 6 条明确规定 :“ 防突工作坚持区域防突措
5、施先行、局部防突措施补充的原就；突出矿井采掘工作做到不掘突出 头,不采突出面；未按要求实行区域综合防突措施的,严禁进 行采掘活动；” 目前,煤与瓦斯突出防治主要有开采爱护层、水名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 力压裂和钻孔抽采3 种技术措施；依据规定,对具有爱护层开采条件的煤层应优先开采爱护层使煤层整体卸压、消突；但对 于不具备爱护层开采条件的、单一、低透气性煤层,在实施防 突措施时,水力压裂与井下常规瓦斯抽采技术相结合就显的尤 为重要了；因井下瓦斯抽采须与煤炭开采工序相和谐,很难保证在抽 采瓦斯、降低工作面瓦斯超
6、限压力的同时仍达到煤炭高效开采 的要求,常造成抽、掘、采接替紧急,而且各种井下抽采方法 或多或少均存在肯定的局限性,如煤矿井下顺煤层长钻孔抽采 效率高、成本较低,但顺层钻孔施工常常遇到卡钻、喷孔等工 程技术难题,特别是在突出松软煤层,钻孔成孔率很低；穿层 钻孔抽采方法抽采效率高,但必需帮助开挖顶板或底板岩巷进 行抽采设备布置和钻孔施工,工期长、工程成本高；爱护层卸 压抽采面临着卸压成效和工程施工风险的难题等3；如仅通 过增强井下瓦斯抽采技术和规模来解决突出和瓦斯超限的问 题,不仅影响企业煤炭产量,瓦斯治理成本也将大大增加,抽 采成效也受到限制；而地面采动井抽采就是一种抽采瓦斯、解 决煤矿井下瓦
7、斯超限难题的新方法,其施工在地面进行,不影 响煤炭回采,在采区回采前便可以完成,同时可以连续进行采 前预抽、采动抽采和采空区抽采,从而可实现对煤层瓦斯的全 过程抽采和掌握；12 井下水力压裂技术名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 分析认为水力致裂的机理主要为:通过高压驱动水流压入煤中原有的和压裂后显现的裂缝内,扩宽并舒展这些裂缝,进而 在煤中产生更多的次生裂缝与裂隙,以便更好地沟通自然裂 隙,增加煤层的透气性；煤矿水力压裂技术分地面和井下 2 种,因地面水力压裂因不够敏捷便利、成本高、压裂成效不明 显而没有推广开来；
8、目前井下水力压裂应用成效较好,主要以 河南省煤层气开发利用有限公司自主研发的“ 煤矿井下定向压裂 增透消突成套技术” 为主流,该技术可在井下充分利用现有的开 拓工程,针对不同煤层瓦斯地质条件编制不同的压裂方案,实 施不同的压裂工艺,真正做到“ 一面一策” 、“ 一孔一策” ；该技术 不同于煤层注水,在压裂液中添加有肯定浓度的表面活性剂,不仅可更好地潮湿煤体,而且可转变煤体的力学特性,更多地采排瓦斯；现场工业试验说明:该技术的实施起到了区域瓦斯治理的目的,可明显降低煤与瓦斯突出、煤尘爆炸和煤层自燃的 危急性,提高瓦斯抽采成效；为低透气性、无爱护层开采的煤 层区域瓦斯治理和利用开创了一条新途径；对
9、于条件好的矿井,在实施水力压裂技术时,为更多地抽 采煤层瓦斯,达到煤层气开采利用的目的,可利用泡沫压裂液 实施压裂技术；泡沫压裂液具有静液柱压力低、滤失量小、携 砂性能好、助排才能强、对地层损害小等优点4,在相同条 件下,可更好地提升压裂成效,但其成本较高；对于煤层压裂名师归纳总结 而言,一般挑选CO2 泡沫压裂液为主,这是由于CO2 对煤的第 5 页,共 10 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 吸附才能比 CH4 强,在实施压裂时可更多地置换出吸附态的煤 层瓦斯；13 地面采动井 地面钻井抽采采动煤层和采空区瓦斯是近年来逐步进展起 来的瓦斯抽采新技
10、术,是一种通过在采场地表施工垂直钻井到 煤层采动可能形成的覆岩裂隙带或煤层内,通过预裂或者采动 影响增强煤层的透气性,从而使得瓦斯能够尽可能多的经由煤 岩体的裂隙网络通道和钻井直接抽采到地表,以达到降低回采 工作面瓦斯涌出量,缓解瓦斯超限压力和开发煤层气的目的；地面采动井一般均可做到采前预抽、采动抽采和采空区抽采,“ 一井三用” ；采前预抽主要用于采区回采前进行煤层气开发；采 动抽采主要是利用回采工作面对煤岩体扰动提高其透气性的特 点增强瓦斯抽采率、缓解通风压力；采空区抽采主要是解决回 采工作面推过后采空区瓦斯,以降低采空区瓦斯向回采工作面 涌出的量,解决回采工作面瓦斯超限的难题；该方法是提前
11、将 预采高瓦斯煤层中的瓦斯进行释放并加以利用,降低煤层中的 瓦斯含量,从根本上解决煤矿瓦斯事故；地面采动井的布孔位置直接关系到后期抽采成效的好坏,在满意总体抽采效能的同时,其布孔位置宜选取采场中间位 置,以尽可能增加使用寿命；在倾斜煤层情形下,考虑到重力 方向的影响,宜将地面钻井布井位置由采场中部向回风巷方向名师归纳总结 有所偏移,一般与回风巷的距离约为工作面斜长的1/3 ；再钻孔第 6 页,共 10 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 垂向上,一般要求钻孔终孔位置在冒落带上方的裂隙带内,距开采层距离为 3040 m 时最为合适；2 应用成效考察21
12、水力压裂成效2022 年 10 月,在中平能化集团十矿24110 工作面机巷、风巷、对应的底抽巷实施了井下定向压裂增透消突技术；压裂 后考察发觉 : 1 煤 层 渗 透 率 由 原 来 的 0 06 m2/MPa2 d 升 至 48 m2/MPa2 d ,提高了800 多倍,钻孔平均瓦斯抽采浓度超过45% ,单孔纯瓦斯流量平均 01037 m3/min ,最大单孔瓦斯浓度 90% ,流量 0 8m3/min ,部分单孔瓦斯抽采总量到25 万 m3 以上,截至2022 年 12 月, 24110 工作面剩余难采区段共抽采瓦斯 254 06 104m3 ,整个工作面剩余瓦斯储量559 3104m3
13、 ,约占 4542% ；2在难抽采的 230 m 范畴内测定的全部煤层残存瓦斯含量降到了 8 m3/t 以下,瓦斯压力都降到了 除了工作面前方煤体突出危急性；074 MPa 以下,消32022 年 1 月,对 24110 工作面实施压裂的区段回采时发觉,最高日产量达 3 000 t ,最大月产量 65 万 t,比压裂前提高了 50% ；回采中统计 90 次校检指标,共有 4 个指标超标,超标率为 44%,远小于压裂前 134%16% 的校检超标率,效检超标幅度显著降低,大幅度降低了防突措施工程名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - -
14、- - - 量,有效提高了回采生产效率；4在压裂影响范畴内对各工序粉尘含量监测发觉,压裂后 割煤、钻孔施工工序粉尘含量均有大幅度降低,最大降幅达 5818% ,有效改善了工作面作业环境,降低了职业病害发生 率；5与开采爱护层措施相比,进行煤与瓦斯突出防治,在同样条件下,井下水力压裂技术每吨煤约10 元左右,而开采爱护层每吨煤需120元左右,约为开采爱护层防突措施成本的1/10；22 地面采动井成效 2005 年 12 月,在淮南矿业集团张集煤矿北区 11418W 首采工作面,采纳了以地面钻井为主,高抽巷、顶板抽放钻孔为辅的工作面瓦斯治理措施；考察发觉5:张集煤矿的此次地面采动井主要抽采本煤层开
15、采超前卸压瓦斯和上邻近层开采 卸压瓦斯,抽出的瓦斯浓度高、纯量大,抽采最高浓度高达96% ；瓦斯抽放量最大达329 m3/min ,抽放浓度达50% 96% ,瓦斯抽放纯量为10 329 m3/min ,8 d 的考察期内共抽出瓦斯 176 366 m3 ,抽采成效显著；工作面在回采过程中应用地面钻孔抽放措施后,回采工作面瓦斯抽放率达到75% ,瓦斯浓度由0 5% 降至02% 03%,成效明显,有效解决了工作面的瓦斯超限问题和安全 回采,大大提高了工作面回采效率；名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3 结语依据“ 防
16、突工作坚持区域防突措施先行、局部防突措施补充 的原就” ,明确提出利用井下水力压裂技术和地面采动井抽采与常规的治理井下瓦斯抽采相结合的综合瓦斯治理新思路,得出 如下结论 : 1条件答应的情形下,应优先采纳强制增透的瓦斯治理和 井上下联合抽采的综合治理措施；2不具备爱护层开采的单一、低透气性煤层进行区域瓦斯 治理时,应优先挑选煤矿井下水力压裂措施；3煤矿井下定向压裂增透消突成套技术不仅成本低廉,而 且可有效提高瓦斯抽采率,降低煤与瓦斯突出和煤尘爆炸危急 性以及降低防突措施工程量,改善井下作业环境；4地面采动井瓦斯抽采技术可做到“ 一井三用” ,可从根本 上达到降低回采工作面瓦斯涌出量,缓解瓦斯超
17、限压力和开发 煤层气的目的；（5）我公司沙曲矿为煤与瓦斯突出矿井,采纳此技术尤为 重要；可以有效增大煤层透析性,提高抽放浓度,降低煤层赋 存瓦斯含量,使得安全生产进一步得到保证；参考文献 : 1国家煤矿安全监察局防治煤与瓦斯突出规定 读本M北京 :煤炭工业出版社, 2022 2蔚远江,杨起我国煤层气储层讨论现状及进展趋势名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - J地质科技情报,2001 ,201:56 60 3孙海涛采动影响下地面钻井的变形破坏机理讨论D重庆 :重庆高校, 2022 4 熊湘华低压低渗透油气田的低损害压裂液讨论D南充 :西南石油学院, 2003 5张军,孙东玲,黄旭超,等地面钻井抽放采动区域瓦斯技术的试验讨论J矿业安全与环保,2007 ,341:15名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 10 页