運用定向壓裂增透新技術 破解煤礦瓦斯抽采和防突難題

WORKSAFETY國家安全生產監督管理總局調查;第15期(總204期)2009年10月23日;運用定向壓裂增透新技術;破解煤礦瓦斯抽采和防突難題;河南省煤層氣開發利用有限公司;按:瓦斯治理是煤礦安全生產的關鍵環節,其重點和難;關鍵詞:煤礦瓦斯治理新技術;河南省主采煤層屬高瓦斯富集、低透氣性煤層,瓦斯抽

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WORK SAFETY 國家安全生產監督管理總局 調查研究

第15期 (總204期) 2009年10月23日

運用定向壓裂增透新技術

破解煤礦瓦斯抽采和防突難題

河南省煤層氣開發利用有限公司


按:瓦斯治理是煤礦安全生產的關鍵環節,其重點和難點是瓦斯的抽采和防突,解決這一難點必須依靠科學技術,加大科技創新力度。河南省煤層氣開發利用有限公司運用定向壓裂增透新技術,可以有效擴大煤層氣流動通道,降低瓦斯滲流阻力,提高瓦斯抽采效率,增強防突能力,對破解煤礦瓦斯抽采和防突的難題進行了有益的探索。通過積極推廣煤礦瓦斯治理新技術,進一步加大扶持力度、完善技術政策、落實措施責任,我們堅信,就一定能夠搞好煤礦瓦斯治理,有效遏制煤礦瓦斯事故,實現全國安全生產狀況的持續穩定好轉。

關鍵詞:煤礦 瓦斯治理 新技術


河南省主采煤層屬高瓦斯富集、低透氣性煤層,瓦斯抽放和治理難度極大,瓦斯事故時有發生。為有效治理瓦斯,推動煤礦瓦斯治理技術創新,發展煤層氣產業,河南省委、省政府先后成立了河南省煤礦瓦斯集中整治領導小組和煤層氣產業發展領導小組,并于2007年在全國率先組建成立了省屬專業化瓦斯治理企業——河南省煤層氣開發利用有限公司,統一負責全省煤層氣的勘查、開發和綜合利用,統一開展煤礦瓦斯治理的技術研發和專業服務。公司創立以來,堅持以煤礦瓦斯治理為主線,充分發揮專業化優勢,深入推進煤礦瓦斯治理技術自主創新,先后組建成立了河南煤層氣研發公司、工程技術服務公司、煤層氣(瓦斯)抽采計量檢測中心和河南省瓦斯治理研究院,與煤炭科學研究總院聯合成立了河南礦山安全工程技術中心,深入開展了重大技術和裝備的攻關和推廣,培養和引進了一批高層次的礦山安全專業技術人才;率先啟動“雙百”工程建設,與平頂山市合作建設全國首個瓦斯治理示范縣,為境內25座煤礦統一提供瓦斯治理技術服務;承擔了平頂山瓦斯綜合治理示范項目和河南省煤礦安全測控儀器區域技術服務中心兩個2009國債安全改造項目,為煤礦企業安全防災、有效減災提供了堅實的技術和服務支撐。

針對河南低滲透極難抽單一煤層的特點,河南省煤層氣開發

利用有限公司經過兩年多的不懈努力,成功研發了煤礦井下壓裂增透消突安全成套技術并順利通過國家論證。目前,該技術已在全省不同地質條件礦區和高瓦斯礦井連續進行了120余次壓裂工業試驗。試驗效果表明,這是一項集煤層增透消突、降塵降溫、抑制煤層自然發火、防止沖擊地壓、優化工作面頂板管理等優勢為一體,有效治理高瓦斯低透氣性煤層瓦斯災害的核心技術,對煤炭生產的安全保障作用十分顯著。

一、基本情況

煤礦井下壓裂增透消突安全成套技術,是針對河南低滲透極難抽單一煤層,利用液體傳壓的性能,在煤礦井下施工壓裂鉆孔,利用高壓泵組,在孔底形成高壓,超過地層的地應力和巖石抗壓強度,迫使地層產生裂縫,并使裂縫繼續延伸擴展。在地層形成具有一定寬度的高滲透裂縫,有效擴大氣液流動通道,降低瓦斯滲流阻力。采用水力噴射輔助定向壓裂技術,能夠控制性提高目標區域透氣性,起到卸壓增透作用。

該技術主要用于煤礦井下高瓦斯低透氣性突出煤層的強化抽采,突出危險和高沖擊地壓危險的難開采煤層,保護層開采效果不好的單一煤層或煤層群,礦井首采煤層揭石門和煤巷快速安全掘進,易自然煤層防滅火,工作面頂底板管理。部分不同地質條件下高瓦斯煤礦工業性試驗效果如下:

(一)中平能化集團十礦工業試驗效果

平煤十礦位于平頂山礦區東部,瓦斯含量和瓦斯壓力高,透

氣性差,極難抽采,均屬突出煤層。瓦斯壓力1.5~2.4MPa,瓦斯含量12.7~30 m/t,透氣性系數0.0013~0.0019mD,屬于難以抽采煤層。目前礦井涌出量占平煤集團公司涌出總量的五分之一,位列河南省第二,是平頂山礦區瓦斯災害最為嚴重的礦井,歷史上發生煤與瓦斯突出事故50余次,突出**煤量2000t。

2008年10月,在24110工作面機巷、風巷、對應的底抽巷進行井下定向壓裂增透。壓裂強化抽采后,煤層透氣性由原來的0.0015mD提高到1.2mD,提高了800多倍,鉆孔瓦斯抽采濃度平均超過45%,單孔純流量平均0.1~0.37m3/min,**單孔瓦斯濃度90%,流量0.8m3/min,部分單孔瓦斯抽采總量到2.5萬m以上,截至2008年12月份,24110工作面剩余難采區段共抽采瓦斯254.06×104 m,整個工作面剩余瓦斯儲量559.3×104 m,約占45.42%。

根據24110工作面實際情況,在壓裂強化抽采后,在難抽采的230m范圍內測定的煤層殘存瓦斯含量全部殘存瓦斯含量降到了8 m/t以下,全部瓦斯壓力都降到了0.74MPa以下,消除了工作面前方突出危險性。

2009年1月,開始對24110工作面剩余區段進行回采,最高日產量3000t,**月產量6.5萬,比壓裂前提高了50%?;夭芍薪y計90次校檢指標,共有4個指標超標,超標率為4.4%,效檢超標幅度顯著降低,遠遠小于以前13.4~16%的校檢超標率,大幅度降低了防突措施工程量,有效提高了回采生產效率。

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同時,壓裂前后在壓裂影響范圍內進行各工序粉塵含量監測,壓裂后割煤、鉆孔施工工序粉塵含量均有大幅度降低,**降幅達58.18%,有效改善了工作面作業環境,降低了職業病害發生率。

(二)河南煤化集團鶴煤公司六礦工業試驗效果

鶴煤六礦2115工作面屬于煤與瓦斯突出危險區域,煤層瓦斯含量高、壓力大,掘進期間煤與瓦斯突出危險性校檢指標經常超標,消突工程量大、周期長、效果差,掘進速度極低,自2007年11月份開始掘進,至2008年10月份,共有9個月采掘進尺,總進尺110.5m,月平均掘進進尺僅為12.26m。于2008年10月底,在2115下順槽通尺110.5m處巷道迎頭進行壓裂抽采快速掘進試驗。

截至2009年8月17日,2115下順槽壓裂6次,瓦斯抽采總量72萬m3,實現安全掘進巷道400多米。根據統計的數據可以看出,與采用常規超前排放鉆孔措施相比,壓裂抽采措施后,巷道掘進速度提高3-4倍,壓裂后共校檢142次,其中超標5次,校檢超標率3.2%,與壓裂前超標率35%相比,突出危險性校檢指標超標率顯著下降,大大提高了掘進速度,有效緩解了采掘工作面接替緊張的局面。

掘進工作面粉塵危害嚴重,掘進工作面壓裂有效降低了粉塵濃度,改善了作業環境。2115下順槽掘進頭壓裂抽采后,炮后煤塵濃度由壓裂前4.36-10.44mg/ m,降低到了0.78-2.68mg/ m,降塵率74.33-82.11%。


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