水力壓裂技術(shù)在煤礦瓦斯治理方面的應(yīng)用

李友彬

【摘 要】對(duì)于水力壓裂技術(shù)的應(yīng)用可以改善煤礦瓦斯治理的環(huán)境，平衡瓦斯治理的過(guò)程，提高煤礦瓦斯治理的安全性。基于此，本文首先將分析水力壓裂技術(shù)的原理與工藝，然后闡述水力壓裂技術(shù)在煤礦瓦斯治理中的具體應(yīng)用的相關(guān)內(nèi)容。

【關(guān)鍵詞】水力壓裂技術(shù)；煤礦瓦斯治理；原理；應(yīng)用

在煤礦開(kāi)采的過(guò)程中，煤層非常容易受到透氣性的影響，在煤層的透氣性不能達(dá)到理想效果的時(shí)候就會(huì)導(dǎo)致瓦斯含量的大幅度增加，從而也就提高煤礦開(kāi)采的危險(xiǎn)系數(shù)。一般情況下，瓦斯的含量會(huì)隨著煤層深度的提高而增加，所以，要想減少煤礦開(kāi)采過(guò)程中瓦斯事故的發(fā)生率，就必須要加強(qiáng)對(duì)水力壓裂技術(shù)的應(yīng)用力度，以此來(lái)保證煤礦開(kāi)采工作的安全和順利推進(jìn)。

一、水力壓裂技術(shù)原理及工藝

1.1水力壓裂技術(shù)原理

水力壓裂是地面煤層氣開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)常規(guī)技術(shù)，適用于原生結(jié)構(gòu)的煤層，其實(shí)質(zhì)是以水作為動(dòng)力，使煤體裂隙暢通，以大于地層濾失速率的排量及大于地層破裂壓力的壓力，使煤層各級(jí)弱面內(nèi)通過(guò)對(duì)弱面面壁產(chǎn)生流體壓力，從而產(chǎn)生空間上的膨脹，促使該弱面發(fā)生繼續(xù)擴(kuò)張和延伸，進(jìn)而破裂形成裂縫，并相互連通，形成貫通網(wǎng)絡(luò)，以增加儲(chǔ)層與抽采井的聯(lián)通能力。

1.2煤礦井下水力壓裂相關(guān)工藝

水力壓裂技術(shù)有工作面順層壓裂、沿煤層端頭壓裂、高抽巷壓裂、底抽巷壓裂等，如圖1所示。

二、水力壓裂技術(shù)在煤礦瓦斯治理中的應(yīng)用

2.1原理分析。水力壓裂技術(shù)治理煤礦瓦斯時(shí)需要使用高壓水，高壓水中要混合大量的砂子材料，形成混合液體后灌入到煤層縫隙內(nèi)，促使煤層產(chǎn)生更大的裂縫，混合液進(jìn)入到空隙后，砂子會(huì)遺留到孔隙內(nèi)，砂子具有支撐的作用，支撐煤層縫隙的過(guò)程中防止縫隙重新閉合到一起，提升煤礦的透氣性能，促使瓦斯能夠快速?gòu)拿簩又谐殡x。【1】煤礦開(kāi)采的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的裂縫，考慮到地質(zhì)以及煤層地質(zhì)的變化影響，不同煤礦煤層的通暢性有著明顯的差異，此時(shí)就要采用水力壓裂技術(shù)來(lái)提升煤層的透氣性，輔助瓦斯抽離。水力壓力技術(shù)在煤礦瓦斯治理中采用打鉆的方法向煤層中注入高壓水，高壓作用下水體可以深入流進(jìn)到煤層地質(zhì)中，高壓作用越大水力壓力越大，煤層內(nèi)部就會(huì)在水力作用下形成較大的支撐。

2.2整體優(yōu)化。這項(xiàng)技術(shù)是建立在單井壓裂技術(shù)的前提下。在優(yōu)化水力壓裂技術(shù)的過(guò)程中，必須要先對(duì)煤層進(jìn)行分層處理，以此來(lái)確保開(kāi)采參數(shù)可以滿足具體的要求。此外，也需要觀測(cè)煤層的縫隙。在具體的應(yīng)用過(guò)程中，可以在裂縫分析、試驗(yàn)方法等的輔助之下，進(jìn)一步提升水力壓裂技術(shù)的可行性。

2.3方位布井。煤礦瓦斯治理時(shí)的水力壓裂技術(shù)需要采用方位布井的方法，此類方法比整體優(yōu)化的技術(shù)效益高，兩種技術(shù)存在相似的原理?！?】水力壓裂技術(shù)中方位布井的應(yīng)用比較注重井網(wǎng)的規(guī)劃，提前設(shè)計(jì)好就地流體的方向，并研究煤層之間水力縫隙的關(guān)系，挖掘煤層水力縫隙的牽制，最主要的是明確水力壓裂技術(shù)的實(shí)施目標(biāo)，以此來(lái)提高瓦斯治理的效果。方位布井中首先要合理采集煤層信息，為瓦斯治理提供合理的水力壓裂技術(shù)條件，現(xiàn)場(chǎng)布置好稀井網(wǎng)之后接下來(lái)要分析瓦斯儲(chǔ)層的地應(yīng)力場(chǎng)，重點(diǎn)分析瓦斯儲(chǔ)層的最大主應(yīng)力方向。因?yàn)槊簩涌p隙的方向變化比較大，所以很容易影響水力壓裂技術(shù)在煤礦瓦斯治理中的效果，必須以煤層瓦斯縫隙的實(shí)際情況設(shè)計(jì)水力壓裂技術(shù)的方位布井，掌握水力縫隙與方位布井之間的關(guān)系，保障水力縫隙與方位布井關(guān)系匹配后才能實(shí)現(xiàn)水力壓裂技術(shù)對(duì)煤礦瓦斯的治理效果。

2.4水力壓裂。水力壓裂技術(shù)需要采用煤礦瓦斯治理的重復(fù)技術(shù)手段，以確保煤礦瓦斯治理的有效性。如：第一，根據(jù)模糊邏輯理論，需要綜合考慮水力壓裂技術(shù)中的選井技術(shù)選擇，并安排重復(fù)水力壓裂技術(shù)的實(shí)施。一般可在煤礦現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)井的選型設(shè)置，結(jié)合當(dāng)?shù)乜睖y(cè)報(bào)告制定壓裂技術(shù)的具體實(shí)施方案；第二，如果再次使用水力壓裂技術(shù)，則必須針對(duì)地應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行合理觀測(cè)?！?】在預(yù)測(cè)準(zhǔn)確結(jié)果后，確定了礦井間距的大小，以及水力壓裂時(shí)間、原始水平應(yīng)力差值。一旦地應(yīng)力方向發(fā)生變化，可以安排重復(fù)水力壓裂技術(shù)，變化越來(lái)越明顯。

三、結(jié)束語(yǔ)

總之，近年來(lái)，水力壓裂技術(shù)在煤礦瓦斯治理中得到了廣泛應(yīng)用，并取得了非常良好的應(yīng)用效果，其不但有效解決了煤礦瓦斯中的安全問(wèn)題，而且也降低了煤礦安全事故的發(fā)生率。所以，在未來(lái)的發(fā)展中，這項(xiàng)技術(shù)依舊值得進(jìn)一步研究與推廣。

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