3月17日，从河南省工业和信息化厅获悉，河南省煤层气公司自主研发的煤矿井下定向压裂增透消突成套技术日前通过国家能源局组织的专家论证。国内瓦斯治理权威专家通过评审和论证后认为，此项成套技术有效破解了松软低渗透煤层瓦斯治理的难题，在瓦斯防治领域达到了国内领先、国际先进水平。
据介绍，煤矿井下定向压裂增透消突成套技术是由河南省煤层气公司承担的煤矿安全重大课题，主要是针对河南省低渗透、煤与瓦斯突出煤层，通过实施井下定向压裂增透，使煤矿井下工作面前方压裂增透区域的煤体卸压，透气性明显提高，瓦斯得到释放，工作面发生突出和冲击地压危险性明显降低，水力压裂也使煤层被湿润，可减少煤尘产生量。
2008年以来，河南省煤层气公司先后在中国平煤神马集团、河南煤化鹤煤公司、郑煤集团等部分瓦斯灾害较为严重的矿井进行了试验研究。通过连续30余次井下压裂试验的结果表明，这一成套技术对于有效降低煤与瓦斯突出、煤尘、顶板、冲击地压等自然灾害的威胁效果明显，是解决当前制约河南省煤矿安全生产难题的一项重要技术成果。
试验数据显示，使用这一成套技术后，煤层透气性持续明显提高；煤体水分大幅提高，煤炭开采中的粉尘产生量大幅降低，井下作业环境明显改善，地应力明显降低；通过对压裂液配比的改变，还能在有效抑制煤层自燃发火和降低矿井地温方面发挥作用。
这一成套技术的节能减排潜力也较大。据测算，河南全省每年排放瓦斯10亿立方米以上，这一成套技术在省内全面推广应用后，可以增加瓦斯抽采和利用量5亿立方米以上，相当于替代60万吨标准煤，二氧化碳排放减少800万吨、二氧化硫排放减少23万吨，可有效推进煤层气开发利用产业的快速发展。
———技术解析———
形成贯通裂隙网络
井下定向压裂增透技术主要是针对低渗透突出煤层，通过实施井下定向压裂增透，使井下工作面前方压裂增透区域的煤体卸压，大幅度提高透气性，瓦斯得到释放，工作面突出危险性得到有效消除，煤尘、冲击地压危险性有效降低，是集增透消突、降尘、抑制煤层自燃发火、防止冲击地压、顶板管理五大目标为一体，具有较强可操作性的自主创新成果。它开创了低渗煤层水平井进行压裂的先例；探索出了低渗煤层瓦斯区域治理的新途径。
研究表明，压裂液具有不可压缩性，在煤层中的压裂过程是有一定顺序的，即由张开度比较大的层理或切割裂隙等一级弱面开始，而后是二级裂隙弱面，依次下去，直到煤层的原生微裂隙；压裂液的压裂分解是通过水在裂隙弱面内对壁面产生内压作用下，导致裂隙弱面发生扩展、延伸以至相互之间发生联接贯通，形成了相互交织的贯通裂隙网络，从而达到了提高煤层渗透率，增加钻孔瓦斯抽出率的目的。
据了解，这套压裂设备系统主要由压裂泵、混砂装置、水箱、指挥舱、高压管路、实时监测记录系统等组成。
———专家解读———
解读人：卢鉴章（煤炭科学研究总院研究员）
亮点一：增透消突效果显著
卢鉴章：该技术应用的高压水定向压裂煤层技术，具有松动、压裂煤体，降低地应力，湿润煤体、改变煤体力学性质的作用，能够明显改善煤层透气性，延长有效抽采时间，大幅提高瓦斯抽采量和抽采瓦斯浓度，消除煤层突出危险性，缩短了瓦斯抽采周期。数据显示，压裂后单孔瓦斯抽放量较压裂前提高14倍。衰减周期由压裂前的7天延长到压裂后的70天，抽放浓度由0.5%提高到20%，煤层瓦斯压力2.4兆帕降为0.12兆帕。
亮点二：综合经济效益潜力可观
卢鉴章：据研制单位测算，该技术的应用可以减少瓦斯治理直接投资30%以上，瓦斯抽采率提高50%以上，抽采瓦斯利用率达到90%%以上，在保障安全的同时，减轻劳动强度、改善作业环境。
在河南省高突矿井推广后，不仅能够做到消突、抽采达标，而且大幅减少安全技措费用，提高工效，使高突矿井煤炭产能增加1600多万吨，综合经济效益显著。
亮点三：井下作业环境条件明显改善
卢鉴章：定向压裂后煤体湿润半径达60米以上，煤体水分在1.089％—3.633％之间，是平时煤体水含量的3—5倍，煤炭开采中的粉尘产生量大幅降低，大大改善了作业环境，有利于职工身体健康。此外，研制的压裂设备、施工工艺、操作规程等，适合煤矿井下作业要求，是煤矿瓦斯综合治理的新突破，为煤矿瓦斯治理探索了新的模式，为低渗煤层实现抽采达标和高效利用提供了新的技术途径。
———专家建议———
“井下压裂瓦斯区域治理项目是一个多学科、多领域的复杂的系统工程”
采访中，卢鉴章告诉记者，煤矿井下定向压裂增透消突成套技术开辟了瓦斯治理的新路子。此项技术的应用，增加了煤层的透气性，为瓦斯抽采创造了良好条件，也为瓦斯综合治理拓展了新思路。
然而，值得注意的是，井下压裂瓦斯区域治理项目是一个多学科、多领域的复杂的系统工程，施工中存在高压伤人和诱导突出的风险，必须由经过严格培训的专业化队伍施工，编制严密的安全技术措施，压裂设备应具有安全保护装置；压裂作业应与生产作业分开进行，并加强对压裂相关区域异常情况的监测。另外，应进一步完善压裂工艺，使被压裂区域内的煤层均匀压裂，不存在孤岛、死角，提高消除突出危险的可靠性。
瓦斯治理是煤矿生产重中之重
煤炭是中国的主体能源和重要原料，在国民经济中具有重要的战略地位。煤炭在中国一次能源生产和消费结构中分别占76.4和69.5左右，近年来煤炭消费总量一直呈上升趋势。安全生产是煤炭工业发展的首要任务，而瓦斯治理则是煤矿安全的重中之重。中国煤层赋存条件复杂多变，瓦斯灾害（瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出等）事故时有发生。特别是近十多年来，开采深度的加大使得煤矿地质条件更趋复杂，导致治理瓦斯等自然灾害的难度增大。
瓦斯治理缺乏有效技术手段
由于中国大多数煤层透气性差，加之采掘接替紧张，所以提高预抽率和减少预抽期一直是亟待解决的难题。目前，国内单一松软、低渗高突煤层区域消突工艺主要采取工作面顺层钻孔、交叉长钻孔抽采瓦斯，要求预抽期在半年以上；但是，由于煤层渗透性差，钻孔瓦斯抽放流量衰减很快，严重突出煤层衰减期只有十几个小时，抽采达标难度极大，抽放浓度低，抽采瓦斯难以达到安全生产和利用的要求。
据了解，河南省现有煤与瓦斯突出矿井53处、高瓦斯矿井25处，突出、高瓦斯矿井占国有煤矿比重近50%。而且高突矿井以单一煤层居多，普遍不具备开采保护层条件。尽管采取多种抽采措施，但抽采率目前只能达到35%左右，有的甚至更低，从根本上解决瓦斯威胁缺乏有效的技术手段。
来源：科技日报
