運(yùn)用定向壓裂增透新技術(shù) 破解煤礦瓦斯抽采和防突難題

WORKSAFETY國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局調(diào)查；第15期（總204期）2009年10月23日；運(yùn)用定向壓裂增透新技術(shù)；破解煤礦瓦斯抽采和防突難題；河南省煤層氣開發(fā)利用有限公司；按：瓦斯治理是煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其重點(diǎn)和難；關(guān)鍵詞：煤礦瓦斯治理新技術(shù)；河南省主采煤層屬高瓦斯富集、低透氣性煤層，瓦斯抽

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WORK SAFETY 國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局 調(diào)查研究

第15期 （總204期） 2009年10月23日

運(yùn)用定向壓裂增透新技術(shù)

破解煤礦瓦斯抽采和防突難題

河南省煤層氣開發(fā)利用有限公司

按：瓦斯治理是煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其重點(diǎn)和難點(diǎn)是瓦斯的抽采和防突，解決這一難點(diǎn)必須依靠科學(xué)技術(shù)，加大科技創(chuàng)新力度。河南省煤層氣開發(fā)利用有限公司運(yùn)用定向壓裂增透新技術(shù)，可以有效擴(kuò)大煤層氣流動(dòng)通道，降低瓦斯?jié)B流阻力，提高瓦斯抽采效率，增強(qiáng)防突能力，對(duì)破解煤礦瓦斯抽采和防突的難題進(jìn)行了有益的探索。通過積極推廣煤礦瓦斯治理新技術(shù)，進(jìn)一步加大扶持力度、完善技術(shù)政策、落實(shí)措施責(zé)任，我們堅(jiān)信，就一定能夠搞好煤礦瓦斯治理，有效遏制煤礦瓦斯事故，實(shí)現(xiàn)全國(guó)安全生產(chǎn)狀況的持續(xù)穩(wěn)定好轉(zhuǎn)。

關(guān)鍵詞：煤礦 瓦斯治理 新技術(shù)

河南省主采煤層屬高瓦斯富集、低透氣性煤層，瓦斯抽放和治理難度極大，瓦斯事故時(shí)有發(fā)生。為有效治理瓦斯，推動(dòng)煤礦瓦斯治理技術(shù)創(chuàng)新，發(fā)展煤層氣產(chǎn)業(yè)，河南省委、省政府先后成立了河南省煤礦瓦斯集中整治領(lǐng)導(dǎo)小組和煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展領(lǐng)導(dǎo)小組，并于2007年在全國(guó)率先組建成立了省屬專業(yè)化瓦斯治理企業(yè)——河南省煤層氣開發(fā)利用有限公司，統(tǒng)一負(fù)責(zé)全省煤層氣的勘查、開發(fā)和綜合利用，統(tǒng)一開展煤礦瓦斯治理的技術(shù)研發(fā)和專業(yè)服務(wù)。公司創(chuàng)立以來，堅(jiān)持以煤礦瓦斯治理為主線，充分發(fā)揮專業(yè)化優(yōu)勢(shì)，深入推進(jìn)煤礦瓦斯治理技術(shù)自主創(chuàng)新，先后組建成立了河南煤層氣研發(fā)公司、工程技術(shù)服務(wù)公司、煤層氣(瓦斯)抽采計(jì)量檢測(cè)中心和河南省瓦斯治理研究院，與煤炭科學(xué)研究總院聯(lián)合成立了河南礦山安全工程技術(shù)中心，深入開展了重大技術(shù)和裝備的攻關(guān)和推廣，培養(yǎng)和引進(jìn)了一批高層次的礦山安全專業(yè)技術(shù)人才；率先啟動(dòng)“雙百”工程建設(shè)，與平頂山市合作建設(shè)全國(guó)首個(gè)瓦斯治理示范縣，為境內(nèi)25座煤礦統(tǒng)一提供瓦斯治理技術(shù)服務(wù)；承擔(dān)了平頂山瓦斯綜合治理示范項(xiàng)目和河南省煤礦安全測(cè)控儀器區(qū)域技術(shù)服務(wù)中心兩個(gè)2009國(guó)債安全改造項(xiàng)目，為煤礦企業(yè)安全防災(zāi)、有效減災(zāi)提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)和服務(wù)支撐。

針對(duì)河南低滲透極難抽單一煤層的特點(diǎn)，河南省煤層氣開發(fā)

利用有限公司經(jīng)過兩年多的不懈努力，成功研發(fā)了煤礦井下壓裂增透消突安全成套技術(shù)并順利通過國(guó)家論證。目前，該技術(shù)已在全省不同地質(zhì)條件礦區(qū)和高瓦斯礦井連續(xù)進(jìn)行了120余次壓裂工業(yè)試驗(yàn)。試驗(yàn)效果表明，這是一項(xiàng)集煤層增透消突、降塵降溫、抑制煤層自然發(fā)火、防止沖擊地壓、優(yōu)化工作面頂板管理等優(yōu)勢(shì)為一體，有效治理高瓦斯低透氣性煤層瓦斯災(zāi)害的核心技術(shù)，對(duì)煤炭生產(chǎn)的安全保障作用十分顯著。

一、基本情況

煤礦井下壓裂增透消突安全成套技術(shù)，是針對(duì)河南低滲透極難抽單一煤層，利用液體傳壓的性能，在煤礦井下施工壓裂鉆孔，利用高壓泵組，在孔底形成高壓，超過地層的地應(yīng)力和巖石抗壓強(qiáng)度，迫使地層產(chǎn)生裂縫，并使裂縫繼續(xù)延伸擴(kuò)展。在地層形成具有一定寬度的高滲透裂縫，有效擴(kuò)大氣液流動(dòng)通道，降低瓦斯?jié)B流阻力。采用水力噴射輔助定向壓裂技術(shù)，能夠控制性提高目標(biāo)區(qū)域透氣性，起到卸壓增透作用。

該技術(shù)主要用于煤礦井下高瓦斯低透氣性突出煤層的強(qiáng)化抽采，突出危險(xiǎn)和高沖擊地壓危險(xiǎn)的難開采煤層，保護(hù)層開采效果不好的單一煤層或煤層群，礦井首采煤層揭石門和煤巷快速安全掘進(jìn)，易自然煤層防滅火，工作面頂?shù)装骞芾?。部分不同地質(zhì)條件下高瓦斯煤礦工業(yè)性試驗(yàn)效果如下：

（一）中平能化集團(tuán)十礦工業(yè)試驗(yàn)效果

平煤十礦位于平頂山礦區(qū)東部，瓦斯含量和瓦斯壓力高，透

氣性差，極難抽采，均屬突出煤層。瓦斯壓力1.5～2.4MPa，瓦斯含量12.7～30 m/t，透氣性系數(shù)0.0013～0.0019mD，屬于難以抽采煤層。目前礦井涌出量占平煤集團(tuán)公司涌出總量的五分之一，位列河南省第二，是平頂山礦區(qū)瓦斯災(zāi)害最為嚴(yán)重的礦井，歷史上發(fā)生煤與瓦斯突出事故50余次，突出**煤量2000t。

2008年10月，在24110工作面機(jī)巷、風(fēng)巷、對(duì)應(yīng)的底抽巷進(jìn)行井下定向壓裂增透。壓裂強(qiáng)化抽采后，煤層透氣性由原來的0.0015mD提高到1.2mD，提高了800多倍，鉆孔瓦斯抽采濃度平均超過45%，單孔純流量平均0.1~0.37m3/min，**單孔瓦斯?jié)舛?0%，流量0.8m3/min，部分單孔瓦斯抽采總量到2.5萬m以上，截至2008年12月份，24110工作面剩余難采區(qū)段共抽采瓦斯254.06×104 m，整個(gè)工作面剩余瓦斯儲(chǔ)量559.3×104 m，約占45.42%。

根據(jù)24110工作面實(shí)際情況，在壓裂強(qiáng)化抽采后，在難抽采的230m范圍內(nèi)測(cè)定的煤層殘存瓦斯含量全部殘存瓦斯含量降到了8 m/t以下，全部瓦斯壓力都降到了0.74MPa以下，消除了工作面前方突出危險(xiǎn)性。

2009年1月，開始對(duì)24110工作面剩余區(qū)段進(jìn)行回采，最高日產(chǎn)量3000t，**月產(chǎn)量6.5萬，比壓裂前提高了50%?；夭芍薪y(tǒng)計(jì)90次校檢指標(biāo)，共有4個(gè)指標(biāo)超標(biāo)，超標(biāo)率為4.4%，效檢超標(biāo)幅度顯著降低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于以前13.4~16%的校檢超標(biāo)率，大幅度降低了防突措施工程量，有效提高了回采生產(chǎn)效率。

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同時(shí)，壓裂前后在壓裂影響范圍內(nèi)進(jìn)行各工序粉塵含量監(jiān)測(cè)，壓裂后割煤、鉆孔施工工序粉塵含量均有大幅度降低，**降幅達(dá)58.18%，有效改善了工作面作業(yè)環(huán)境，降低了職業(yè)病害發(fā)生率。

（二）河南煤化集團(tuán)鶴煤公司六礦工業(yè)試驗(yàn)效果

鶴煤六礦2115工作面屬于煤與瓦斯突出危險(xiǎn)區(qū)域，煤層瓦斯含量高、壓力大，掘進(jìn)期間煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性校檢指標(biāo)經(jīng)常超標(biāo)，消突工程量大、周期長(zhǎng)、效果差，掘進(jìn)速度極低，自2007年11月份開始掘進(jìn)，至2008年10月份，共有9個(gè)月采掘進(jìn)尺，總進(jìn)尺110.5m，月平均掘進(jìn)進(jìn)尺僅為12.26m。于2008年10月底，在2115下順槽通尺110.5m處巷道迎頭進(jìn)行壓裂抽采快速掘進(jìn)試驗(yàn)。

截至2009年8月17日，2115下順槽壓裂6次，瓦斯抽采總量72萬m3，實(shí)現(xiàn)安全掘進(jìn)巷道400多米。根據(jù)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)可以看出，與采用常規(guī)超前排放鉆孔措施相比，壓裂抽采措施后，巷道掘進(jìn)速度提高3-4倍，壓裂后共校檢142次，其中超標(biāo)5次，校檢超標(biāo)率3.2%，與壓裂前超標(biāo)率35%相比，突出危險(xiǎn)性校檢指標(biāo)超標(biāo)率顯著下降，大大提高了掘進(jìn)速度，有效緩解了采掘工作面接替緊張的局面。

掘進(jìn)工作面粉塵危害嚴(yán)重，掘進(jìn)工作面壓裂有效降低了粉塵濃度，改善了作業(yè)環(huán)境。2115下順槽掘進(jìn)頭壓裂抽采后，炮后煤塵濃度由壓裂前4.36-10.44mg/ m，降低到了0.78-2.68mg/ m，降塵率74.33-82.11%。