3月17日，從河南省工業(yè)和信息化廳獲悉，河南省煤層氣公司自主研發(fā)的煤礦井下定向壓裂增透消突成套技術(shù)日前通過國家能源局組織的專家論證。國內(nèi)瓦斯治理權(quán)威專家通過評審和論證后認(rèn)為，此項(xiàng)成套技術(shù)有效破解了松軟低滲透煤層瓦斯治理的難題，在瓦斯防治領(lǐng)域達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先、國際先進(jìn)水平。
據(jù)介紹，煤礦井下定向壓裂增透消突成套技術(shù)是由河南省煤層氣公司承擔(dān)的煤礦安全重大課題，主要是針對河南省低滲透、煤與瓦斯突出煤層，通過實(shí)施井下定向壓裂增透，使煤礦井下工作面前方壓裂增透區(qū)域的煤體卸壓，透氣性明顯提高，瓦斯得到釋放，工作面發(fā)生突出和沖擊地壓危險(xiǎn)性明顯降低，水力壓裂也使煤層被濕潤，可減少煤塵產(chǎn)生量。
2008年以來，河南省煤層氣公司先后在中國平煤神馬集團(tuán)、河南煤化鶴煤公司、鄭煤集團(tuán)等部分瓦斯災(zāi)害較為嚴(yán)重的礦井進(jìn)行了試驗(yàn)研究。通過連續(xù)30余次井下壓裂試驗(yàn)的結(jié)果表明，這一成套技術(shù)對于有效降低煤與瓦斯突出、煤塵、頂板、沖擊地壓等自然災(zāi)害的威脅效果明顯，是解決當(dāng)前制約河南省煤礦安全生產(chǎn)難題的一項(xiàng)重要技術(shù)成果。
試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，使用這一成套技術(shù)后，煤層透氣性持續(xù)明顯提高；煤體水分大幅提高，煤炭開采中的粉塵產(chǎn)生量大幅降低，井下作業(yè)環(huán)境明顯改善，地應(yīng)力明顯降低；通過對壓裂液配比的改變，還能在有效抑制煤層自燃發(fā)火和降低礦井地溫方面發(fā)揮作用。
這一成套技術(shù)的節(jié)能減排潛力也較大。據(jù)測算，河南全省每年排放瓦斯10億立方米以上，這一成套技術(shù)在省內(nèi)全面推廣應(yīng)用后，可以增加瓦斯抽采和利用量5億立方米以上，相當(dāng)于替代60萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，二氧化碳排放減少800萬噸、二氧化硫排放減少23萬噸，可有效推進(jìn)煤層氣開發(fā)利用產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。
———技術(shù)解析———
形成貫通裂隙網(wǎng)絡(luò)
井下定向壓裂增透技術(shù)主要是針對低滲透突出煤層，通過實(shí)施井下定向壓裂增透，使井下工作面前方壓裂增透區(qū)域的煤體卸壓，大幅度提高透氣性，瓦斯得到釋放，工作面突出危險(xiǎn)性得到有效消除，煤塵、沖擊地壓危險(xiǎn)性有效降低，是集增透消突、降塵、抑制煤層自燃發(fā)火、防止沖擊地壓、頂板管理五大目標(biāo)為一體，具有較強(qiáng)可操作性的自主創(chuàng)新成果。它開創(chuàng)了低滲煤層水平井進(jìn)行壓裂的先例；探索出了低滲煤層瓦斯區(qū)域治理的新途徑。
研究表明，壓裂液具有不可壓縮性，在煤層中的壓裂過程是有一定順序的，即由張開度比較大的層理或切割裂隙等一級弱面開始，而后是二級裂隙弱面，依次下去，直到煤層的原生微裂隙；壓裂液的壓裂分解是通過水在裂隙弱面內(nèi)對壁面產(chǎn)生內(nèi)壓作用下，導(dǎo)致裂隙弱面發(fā)生擴(kuò)展、延伸以至相互之間發(fā)生聯(lián)接貫通，形成了相互交織的貫通裂隙網(wǎng)絡(luò)，從而達(dá)到了提高煤層滲透率，增加鉆孔瓦斯抽出率的目的。
據(jù)了解，這套壓裂設(shè)備系統(tǒng)主要由壓裂泵、混砂裝置、水箱、指揮艙、高壓管路、實(shí)時(shí)監(jiān)測記錄系統(tǒng)等組成。
———專家解讀———
解讀人：盧鑒章（煤炭科學(xué)研究總院研究員）
亮點(diǎn)一：增透消突效果顯著
盧鑒章：該技術(shù)應(yīng)用的高壓水定向壓裂煤層技術(shù)，具有松動、壓裂煤體，降低地應(yīng)力，濕潤煤體、改變煤體力學(xué)性質(zhì)的作用，能夠明顯改善煤層透氣性，延長有效抽采時(shí)間，大幅提高瓦斯抽采量和抽采瓦斯?jié)舛龋簩油怀鑫ｋU(xiǎn)性，縮短了瓦斯抽采周期。數(shù)據(jù)顯示，壓裂后單孔瓦斯抽放量較壓裂前提高14倍。衰減周期由壓裂前的7天延長到壓裂后的70天，抽放濃度由0.5%提高到20%，煤層瓦斯壓力2.4兆帕降為0.12兆帕。
亮點(diǎn)二：綜合經(jīng)濟(jì)效益潛力可觀
盧鑒章：據(jù)研制單位測算，該技術(shù)的應(yīng)用可以減少瓦斯治理直接投資30%以上，瓦斯抽采率提高50%以上，抽采瓦斯利用率達(dá)到90%%以上，在保障安全的同時(shí)，減輕勞動強(qiáng)度、改善作業(yè)環(huán)境。
在河南省高突礦井推廣后，不僅能夠做到消突、抽采達(dá)標(biāo)，而且大幅減少安全技措費(fèi)用，提高工效，使高突礦井煤炭產(chǎn)能增加1600多萬噸，綜合經(jīng)濟(jì)效益顯著。
亮點(diǎn)三：井下作業(yè)環(huán)境條件明顯改善
盧鑒章：定向壓裂后煤體濕潤半徑達(dá)60米以上，煤體水分在1.089％—3.633％之間，是平時(shí)煤體水含量的3—5倍，煤炭開采中的粉塵產(chǎn)生量大幅降低，大大改善了作業(yè)環(huán)境，有利于職工身體健康。此外，研制的壓裂設(shè)備、施工工藝、操作規(guī)程等，適合煤礦井下作業(yè)要求，是煤礦瓦斯綜合治理的新突破，為煤礦瓦斯治理探索了新的模式，為低滲煤層實(shí)現(xiàn)抽采達(dá)標(biāo)和高效利用提供了新的技術(shù)途徑。
———專家建議———
“井下壓裂瓦斯區(qū)域治理項(xiàng)目是一個(gè)多學(xué)科、多領(lǐng)域的復(fù)雜的系統(tǒng)工程”
采訪中，盧鑒章告訴記者，煤礦井下定向壓裂增透消突成套技術(shù)開辟了瓦斯治理的新路子。此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，增加了煤層的透氣性，為瓦斯抽采創(chuàng)造了良好條件，也為瓦斯綜合治理拓展了新思路。
然而，值得注意的是，井下壓裂瓦斯區(qū)域治理項(xiàng)目是一個(gè)多學(xué)科、多領(lǐng)域的復(fù)雜的系統(tǒng)工程，施工中存在高壓傷人和誘導(dǎo)突出的風(fēng)險(xiǎn)，必須由經(jīng)過嚴(yán)格培訓(xùn)的專業(yè)化隊(duì)伍施工，編制嚴(yán)密的安全技術(shù)措施，壓裂設(shè)備應(yīng)具有安全保護(hù)裝置；壓裂作業(yè)應(yīng)與生產(chǎn)作業(yè)分開進(jìn)行，并加強(qiáng)對壓裂相關(guān)區(qū)域異常情況的監(jiān)測。另外，應(yīng)進(jìn)一步完善壓裂工藝，使被壓裂區(qū)域內(nèi)的煤層均勻壓裂，不存在孤島、死角，提高消除突出危險(xiǎn)的可靠性。
瓦斯治理是煤礦生產(chǎn)重中之重
煤炭是中國的主體能源和重要原料，在國民經(jīng)濟(jì)中具有重要的戰(zhàn)略地位。煤炭在中國一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)中分別占76.4和69.5左右，近年來煤炭消費(fèi)總量一直呈上升趨勢。安全生產(chǎn)是煤炭工業(yè)發(fā)展的首要任務(wù)，而瓦斯治理則是煤礦安全的重中之重。中國煤層賦存條件復(fù)雜多變，瓦斯災(zāi)害（瓦斯爆炸、煤與瓦斯突出等）事故時(shí)有發(fā)生。特別是近十多年來，開采深度的加大使得煤礦地質(zhì)條件更趨復(fù)雜，導(dǎo)致治理瓦斯等自然災(zāi)害的難度增大。
瓦斯治理缺乏有效技術(shù)手段
由于中國大多數(shù)煤層透氣性差，加之采掘接替緊張，所以提高預(yù)抽率和減少預(yù)抽期一直是亟待解決的難題。目前，國內(nèi)單一松軟、低滲高突煤層區(qū)域消突工藝主要采取工作面順層鉆孔、交叉長鉆孔抽采瓦斯，要求預(yù)抽期在半年以上；但是，由于煤層滲透性差，鉆孔瓦斯抽放流量衰減很快，嚴(yán)重突出煤層衰減期只有十幾個(gè)小時(shí)，抽采達(dá)標(biāo)難度極大，抽放濃度低，抽采瓦斯難以達(dá)到安全生產(chǎn)和利用的要求。
據(jù)了解，河南省現(xiàn)有煤與瓦斯突出礦井53處、高瓦斯礦井25處，突出、高瓦斯礦井占國有煤礦比重近50%。而且高突礦井以單一煤層居多，普遍不具備開采保護(hù)層條件。盡管采取多種抽采措施，但抽采率目前只能達(dá)到35%左右，有的甚至更低，從根本上解決瓦斯威脅缺乏有效的技術(shù)手段。
來源：科技日報(bào)
