水力压裂技术在煤矿瓦斯治理中的应用研究_李鹏.pdf
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1、水力压裂技术在煤矿瓦斯治理中的应用研究李鹏1,2(1 中煤科工集团沈阳研究院有限公司,辽宁抚顺113122;2 煤矿安全技术国家重点实验室,辽宁抚顺113122)摘要:煤矿瓦斯开采条件复杂,井下瓦斯浓度高。开采操作时,煤体的透气性不足,会不断增加瓦斯含量,威胁煤矿开采的安全性。当煤层的开采深度增加时,会加大瓦斯含量,导致煤矿开采面临较高的危险。为确保煤矿开采的稳定性,降低开采风险,必须深入探究水力压裂技术。本文重点讨论了水力压裂技术对治理瓦斯的作用,仅供参考。关键词:水力压裂技术;煤矿瓦斯治理;应用效果中图分类号:F4063;TD712文献标识码:B文章编号:10080155(2023)020
2、00403新时代,社会经济的发展速度加快,各行业对煤炭能源的需求度提升。煤炭能源的消耗量日益增长,给煤炭企业赋予了新的社会责任。我国拥有丰富的煤炭资源,但煤炭开采、加工处理的难度大,安全事故会造成巨大的经济损失,对经济建设、社会稳定造成巨大影响,因此要高度重视煤矿安全问题,加大对煤炭资源的保护力度,降低安全事故的发生概率。如何提升低透气性、难抽煤层的透气性、提高瓦斯的抽放效率,已经成为煤矿安全生产难题,所以要探究瓦斯治理问题,降低瓦斯危害性,提升瓦斯抽采量,降低瓦斯灾害事故的发生率。为确保煤炭开采的安全性,需要科学管理瓦斯。在治理瓦斯时,多采用水力压裂技术,有效解决煤层的高瓦斯含量、低透气性问
3、题,增加矿井产能。在开采煤炭时,科学地治理和使用瓦斯,都依赖于水力压裂技术,所以,本文简单分析水力压裂技术的应用概况,从而为瓦斯治理技术提供保障。1 煤矿瓦斯的危害分析煤矿瓦斯造成的危害主要表现为以下几点:第一,通常情况下,煤层及周边瓦斯的流出速度慢,在采掘空间内分散分布,所以要科学管控煤矿内部。煤矿瓦斯发生问题时,会增加灾害防控的难度。第二,瓦斯爆炸后,会降低矿井内的氧气含量,对作业人员的安全产生较大的威胁。第三,瓦斯突出,会引发瓦斯灾害事件。若处理不及时,则会破坏通风系统。第四,煤矿开采作业会持续释放瓦斯,内部通风系统不佳时,会聚集大量瓦斯,降低井下的含氧量。如果作业人员误入内部,就会出现
4、窒息死亡事件1。2 水力压裂技术概述水力压裂技术也被称为测定地应力的方法。在测量过程中,选取基岩外部的钻孔,使用封隔器密封两端,将液体注入其中,加压处理后,使钻孔孔壁破裂。在加压过程中,要详细记录内部压力。在具体执行过程中,通过井下电视对破裂方位进行观测,通过公式计算主应力的大小、方向。应用水力压裂技术可以提升煤矿瓦斯治理的科学性,保证瓦斯含量的平衡,降低爆炸事故的发生概率。开采煤矿时,瓦斯治理依赖水力压裂技术,如果煤层的透气性较低,则很容易溢出瓦斯。利用水力压裂技术,科学治理瓦斯,控制瓦斯浓度,降低爆炸危险。煤层瓦斯治理时,可以通过水力压裂技术,增加煤层的透气性,以免瓦斯泄露。对原生态煤层治
5、理瓦斯时,也要使用水力压裂技术,技术原理以水为动力,保证煤体裂缝的通畅。水排量高于地层滤失率,并高于破裂压力,因此在开采煤层时,每个级别都会出现流体压力。在膨胀力的作用下,煤层空间的延展性特点明显,煤层产生裂缝后,可以相互连通,增加煤矿的储层量,确保采井通畅。在开采工作面,水力压裂技术能够打通煤层、顶板孔,在煤层形成缝隙网络。在钻场内部,注重钻孔、压裂钻孔的控制,密切观察岩层的破裂情况,掌握缝隙的延伸方向。压裂处理之后,钻孔难度会明显增加。对比数据信息,保证压裂钻孔使用的合理,提高瓦斯排放效率。收集钻孔瓦斯的参数,如果钻孔内的瓦斯量减少,则要关闭钻孔。针对瓦斯密集区,要做好抽排处理,加大瓦斯的
6、排放负压,落实钻孔、补孔处理。适当增加钻孔的密度,提高瓦斯的排放效率。在治理煤矿瓦斯时,要首先保证煤矿具备水力压裂的条件,比如水力排量、压力达标。此外,在使用水力压裂技术时,还要控制泵注程序,保证煤层的封孔技术适宜,做好保护工作25。4DOI:10.13487/ki.imce.0232293 水力压裂技术在瓦斯治理中的作用第一,加强煤层透气性,提升瓦斯的消散率。应用水力压裂技术,能够突出煤层空间,制造裂缝、孔隙。同时,加大煤层的透气性,快速消散瓦斯,以免瓦斯突涌,获得较好的瓦斯治理效果。第二,改变煤层强度。水力压裂技术可以增加煤层含水的饱和度,降低煤体的结构强度、抗拉强度、抗压强度,降低煤层开
7、采的难度,避免作业人员遭遇危险。第三,降低瓦斯作用力。瓦斯煤层的透气性不足会影响瓦斯的流通,致使各煤层的瓦斯含量差异大。瓦斯浓度超标时,则会加剧瓦斯的涌出率,影响煤矿开采的安全性,极易引发爆炸。应用水力压裂技术,能够降低瓦斯事故率,促进煤层瓦斯的转换,控制瓦斯浓度与压力。第四,降尘,维护环境效益。煤矿开采时,通过水力压裂技术,能够防护扬尘问题,改善采矿作业环境。为降低瓦斯事故率、维护煤层开采的安全性,需要维护煤矿生态环境。第五,辅助平衡地应力。治理煤矿瓦斯时,应用水力压裂技术,加强煤层结构的地应力,确保煤层的平衡,避免结构位置改变后影响煤层的应力,从而产生危险。4 水力压裂技术在煤矿瓦斯治理中
8、的应用在治理煤矿瓦斯时,水力压裂技术的应用流程如下:第一,调查煤矿地质,明确瓦斯浓度;第二,按照调查结果,做好数值模拟;第三,按照模拟结果,合理布置施工现场、压裂设备,制订科学的压裂方案,遵循方案要求,优化技术流程,抽取煤矿瓦斯6。41 探测地质构造与瓦斯浓度在准备过程中,通过无线电透视仪调查和掌握煤层地质构造。瓦斯以烷烃为主要成分,性质稳定,不溶于水,检测难度较高。此次研究中,使用红外检测仪检测矿井的瓦斯浓度。根据不同气体的红外辐射光谱,按照吸收强度、气体浓度的关系,准确检测瓦斯浓度。利用朗伯比尔定律进行描述:I=I0expkLC(1)式(1)中,I0、K、L、C 分别表示入射光强度、吸收系
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