摘要：文章以某矿区作为研究对象，对该矿区井下的瓦斯灾害情况进行简要介绍，在此基础上，提出应用水力压裂技术对井下瓦斯进行抽采，以此来提高抽采效率，缩短抽采时间，解决矿井瓦斯突出问题。期望通过本文的能够对水力压裂技术在煤矿瓦斯抽采中的推广应用有所帮助。
关键词：水力压裂技术；煤层；瓦斯抽采
在煤矿井下五大灾害中，瓦斯的危害性最为严重，一旦井下瓦斯浓度超标，遇到火源后，会引起爆炸，由此不但会导致人员伤亡，而且还可能造成矿井坍塌。因此，对井下瓦斯进行高效抽采显得尤为必要。在瓦斯抽采的过程中，为提高抽采效率，缩短抽采时间，可以对水力压裂技术进行合理应用。借此，下面就井下水力压裂技术抽采煤层瓦斯技术及应用展开分析探讨。
1矿井概况及瓦斯灾害
某矿区的地质构造较为复杂，含煤地层为二叠系龙潭组，共计含煤8层，全区可采煤层为K1，局部可采煤层为K3和K4，整个矿井当中，有90%左右的范围是单一严重瓦斯突出危险煤层。受到地质条件的影响，使得矿井的灾害情况比较严重，五大灾害一应俱全，其中瓦斯突出最为严重。自该煤矿建成投用一来，共计发生瓦斯突出事故48次，造成47人死亡，其中6次事故为500吨以上。随着井下开采作业面向纵深方向发展，使得瓦斯灾害变得更加严重。为此，必须采取合理可行的方法和措施，对井下作业面的瓦斯进行高效抽采，以此来确保煤层开采的安全、有序进行。
2井下水力压裂技术在抽采煤层瓦斯中的应用
2.1水力压裂技术增透机理
水力压裂是通过裂缝为瓦斯流动创造有利条件，从而提高抽采效率的技术措施。随着裂隙网络的形成，煤岩层的渗透率会随之提高，当压裂液排出以后，便会形成瓦斯渗流通道，由此能够使煤岩层本身的透气性获得大幅度增加，位于较远位置处的瓦斯可以较为通畅地流入到钻孔当中，瓦斯的抽采效率随之提高，抽采时间显著缩短。
2.2压力与水量的控制
在对裂缝扩展长度进行控制时，可以对起裂压力、压裂液的注入量以及压裂时间的长短进行控制，并对压力参数进行合理确定。其中压裂压力为煤岩体破裂时的压力与管道摩擦阻力之和；而单孔压裂压入水量，可以利用如下指标：压裂预定影响范围及煤岩层影响体空隙率，经过计算得出。
2.3封孔工艺
水力压裂封孔可以采用聚氨酯化学材料+水泥砂浆联合的方法，并按照钻孔的深度对封孔的深度进行合理确定，需要特别注意的一点是，水泥砂浆封堵时，必须封堵到煤层所在的位置处，这样才能达到封孔的效果。当完成水力压裂钻孔施工后，可以在孔内预埋一根壁厚为8.0mm、内径为50mm的无缝钢管，然后用聚氨酯对孔口段1.5-2.0m进行封堵，待聚氨酯膨胀稳定之后，用水泥砂浆机械封孔至煤层位置。由于近水平、长钻孔具有封孔难度大的特点，故此，为提高封孔的整体质量，可以采取水泥砂浆两次注浆的措施，具体做法如下：
首次注浆从2#注浆管注入，待从1#注浆管返浆后，停止注浆，使用清水对1#注浆管及压裂管进行清理，确保管内通畅，当浆液凝固24h后，便可进行二次注浆；在进行第二次注浆时，可以从1#管注入，当浆液从压裂管返浆后，停止注浆，用清水冲洗管路。钻孔内压裂管的长度为1.5m，两端带有丝扣，在孔口出设截止阀（承压为50MPa），压裂后将截止阀关闭。封孔方式如图1所示。
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图1 水力压裂的封孔方式
在使用水泥砂浆进行封孔的过程中，注浆管可以选用铁管，内径10mm，长度为2.0mm，共计2根。相邻的注浆管用直接头进行连接，1#注浆管与压裂管固定牢靠之后，直接送入到转钻孔内，2#注浆管则可布置在孔口。注浆管的末端与球阀进行连接，并制作一根带丝扣的铁管，将两根注浆管连接到一起。在注浆的过程中，打开球阀，结束时，关闭球阀。在埋管封孔的过程中，可在压裂管筛眼处捆绑棉纱，以此来对水泥砂浆进行封堵隔离，具体做法如下：将棉纱做成“马尾巴”的形状，捆绑在压裂管上，当压裂管到位后，可向孔外拉动，此时绑扎在压裂管上的棉纱会出现收缩的现象，从而起到封堵水泥砂浆的作用。由棉纱做成的“马尾巴”长度应当在1.0m以上，为却把能够捆绑结实，可在管上焊接小齿。
2.4下套管护孔
在煤矿井下瓦斯抽采中应用水力压裂技术时，抽采效果主要取决与封孔质量。常规的穿层钻孔封孔工艺容易出现封堵不严的情况，由此会影响抽采效果。为有效解决这一问题，可以采用定点下套管护孔工艺，具体做法如下：
（1）对钻孔时的煤层厚度等参数进行如实记录，以此作为依据，对钻孔所穿煤层的总厚度进行计算；
（2）按所穿煤层的总厚度，并结合见煤距离，向钻孔内下入等长的套管，位于煤层段的套管上应当带有筛孔，孔口封堵段无筛孔；
（3）当套管下好之后，便可将注浆管、返浆管下入孔内进行封孔。
套管可以采用PVC管，管径以50mm为宜，以内丝接头作为连接方式，煤层段的套管筛孔大小为8.0mm，按100mm交错布置。
2.5关键设备选择
水力压裂技术中，泵组是最为重要的设备之一，该煤矿选用的是BYW78/400型，布置在矿用平板车上，该泵组的最大压力为78MPa，最大流量为70.5m3/h，可以满足压裂需要。智能化程度高，安全、可靠是该泵组较为突出的特点。
2.6技术实施及应用效果
在矿井内对水力压裂技术进行应用时，具体的实施方案如下：压裂孔间距按80m进行布置，终孔孔径为94mm，预计孔深120m，共计布置3个钻孔，全部为正度孔。终孔位置位于机巷沿煤层倾斜向上15m处，所有钻孔均要求穿过煤层进入顶板0.5m以上。经过计算，压裂的压力应当在30.46MPa以上，水量为146m3，以模拟仿真的方法进行验证，结果表明，压力和水量均可以满足要求。泵组安设在石门外的大巷内，变压器和操作台均安设在压裂泵以北。选用ZYG-750C钻机进行钻孔，穿入天板应当不小于5.0m。压裂孔施工完毕后，应当立即进行埋管注浆。压裂结束之后，对区域内的瓦斯浓度进行测定，压裂后比压裂前的浓度提升了2%，纯量增加33.3%，达到了预期中的效果。
3结论
综上所述，煤矿井下瓦斯抽采是一项非常重要的工作，为提高抽采效率，并缩短抽采时间，可以对水力压裂技术进行合理应用。在具体应用的过程中，要明确水力压裂技术的增透机理，并对压力与水量进行控制，保证封孔质量，从而最大限度地发挥出该技术的作用，为煤矿安全生产提供保障。
参考文献
[1]康宇.水力压裂技术在煤矿瓦斯治理中的应用[J].资源信息与工程,2020(4):121-123.
[2]刘昌益.水力压裂技术在煤矿井下瓦斯防治领域的应用[J].中国新技术新产品,2020(2):35-37.
[3]张思蔚.水力压裂技术在矿井瓦斯抽采中的应用研究[J].能源与环保,2019(12):178-180.
[4]孟小红.水力压裂技术在成庄煤矿低透气性突出煤层的应用及效果[J].矿业安全与环保,2019(8):99-101.
[5]郭强.浅谈常村煤矿直井水力压裂瓦斯抽采技术[J].陕西煤炭,2019(5):65-66.