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[摘 要]随着国民经济的不断增长，科学技术的不断进步，我国的煤矿业的发展有了质的飞跃，各行各业的人们都开始关注煤矿安全生产的质量问题，煤矿普遍开采会引起各种安全事故。如果煤矿企业不及时采取科学的措施加以防范和控制，将会严重阻碍企业的和谐稳定发展。在煤矿瓦斯治理中，为了提高煤层的透气性，改善瓦斯抽采效果，许多煤矿对水力压裂技术进行了研究和应用实践，充分发挥水力压裂技术的优势，不断完善瓦斯治理的总体思路，确保煤矿生产人员提供安全可靠的工作环境，促进每一个生产环节有序安排，为企业创造更大的经济效益和社会效益。
[关键词]水力压裂技术；煤矿瓦斯治理；瓦斯抽采；
中图分类号：TD712.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）13-0015-01
前言
对国内煤礦进行统计发现，大多数煤矿煤层的透气性不理想，除此之外，瓦斯含量也比较高，正因如此，瓦斯事故在所有矿难事故之中占有较大比例，与此同时，还会导致严重的人员伤亡和难以估量的经济损失。随着矿井开采深度的不断加大，突出煤层也相应增多，这对煤矿的生产安全埋下了严重的隐患。在传统煤矿瓦斯治理工作中，缺乏效果显著的治理措施，而伴随着水力压裂技术的不断成熟，能够比较理想地增加煤层的透气性，与此同时，还能够明显降低煤层之中瓦斯的实际含量，表现出了良好的应用效果。
1 水力压裂技术概述
水力压裂技术是页岩气开采的关键技术。页岩气（shalegas）是从页岩层中开采出来的天然气，成分以甲烷为主，是一种重要的非常规天然气资源。页岩气的储藏具有自生自储特点，页岩既是烃源岩，又是储层，不受断层控制，无圈闭、无清晰的汽水界面。以游离或吸附状态藏身于页岩层或泥岩层中的页岩气，埋藏在地下深处，开发难度较大，可喜的是，我国已逐步突破了页岩气开采的关键技术，也就是通常所说的水平井+水力压裂技术，其中水力压裂技术被称为页岩气开采的“命门”。水力压裂就是用高压泵将混合着压裂砂的液体加压后（105MPa）注人到井底，把页岩挤压破碎，然后天然气就会顺着裂缝流出来。这个过程很类似于吹气球，要有足够大的排量和压力才能把页岩吹爆。页岩经过吹爆之后，会变成碎玻璃样，然后用压裂砂填充裂缝，不让裂缝自然闭合，压裂砂会不断地储集天然气，天然气就可能源源不断地沿井筒流出地表。常用的水力压裂技术包括多级压裂、清水压裂、同步压裂、水力喷射压裂和重复压裂。
2 水力压裂技术在煤矿瓦斯治理中作用
2.1 增加煤层透气性
以煤层为对象进行水力压裂操作，可以为煤层制造出更多的裂隙，不仅如此，还能够大幅增加煤层裂隙的长度，赋予煤层间更加理想的透气性。
2.2 消除煤层的瓦斯突出危险性
向煤层注入一定的水，能够对基质块中储存的瓦斯做“封闭”处理，提升瓦斯由吸附态转变成游离态的难度系数，即意味着大幅增加了煤层之中瓦斯的残留量，从而实现对瓦斯涌出量的有效减少和控制。如某煤矿采用水力压裂技术之后，其采煤作业过程中的相对瓦斯涌出量大幅减少，仅仅是直接采煤方式的45.3%，不仅如此，还实现了对瓦斯放散初速度的有效降低。总之，在一定程度上消除了煤层瓦斯突出的危险性。
2.3 改变煤体强度
当煤层处于原生结构时，其煤体强度通常相对较硬，采用水力压裂技术进行处理之后，能够不断增加煤层之中含水饱和度，同时不断降低煤体单轴抗压强度以及抗拉强度等，如此一来，给煤层的实际开采工作提供了极大的便利。
2.4 平衡地应力
在煤矿开采工作中，采用水力压裂技术能够明显强化煤层所对应的地应力场，在相应区域内实现均一化的效果，防止在某点或者某方向上产生过大的应力集中问题，从而有效平衡地应力，这对于防范瓦斯突出而言具有相当积极的现实意义。
2.5 降低瓦斯压力
煤层瓦斯压力场通常属于非均匀状态分布，相邻煤层之间的瓦斯压力场可能存在显著差异，瓦斯能量过于集中，若被无意揭露，能量便会在短时间内剧烈释放，导致非常严重的安全事故。而通过水力压裂技术形成的裂隙可以让瓦斯在煤层中由高压区不断传输到低压区，最终实现降低瓦斯压力的效果。
2.6 降尘
在对煤层采用水力压裂技术之后，煤层中由于裂隙的存在和延伸，水便会不断流入其中，如此一来，在煤炭采掘过程中巷道内便不会出现大量煤尘，可以大幅降低井下采掘作业地点巷道内的煤尘浓度，从而改善一线矿工的作业环境，降低其罹患相关职业病的可能，同时还能够有效预防井下煤尘爆炸事故，这对于保障煤矿安全生产而言，具有相当积极的现实意义。
3 水力压裂技术在煤矿瓦斯治理中的实践运用
煤矿企业在开采某个矿井时，该矿井的特点是煤与瓦斯较为突出，煤体实际坚固性系数保持在0.15-0.30之间，不存在良好的煤层透气性，难以保障煤矿生产人员的生命安全和企业财产安全。因此煤矿企业必须运用水力压裂技术，加强对煤层瓦斯的治理工作，确保为工作人员提供一个安全稳定的作业环境。2016年3月通过两淮地区某矿5以1313（2）工作面底板巷为瓦斯治理对象，工作人员对其先后展开了10次的水力压裂作业，每次的注水量都维持在100-220m3之间，实际作业压力则有效维持在17-35MPa之间。治理人员通过在4#钻场使用水力压裂技术后，其70m开外的0#钻场所对应的瓦斯抽采情况得到了明显的改善，相较于以往采用传统瓦斯抽采方法，基于水力压裂技术运用后瓦斯抽采率实现了大幅度的提升。通过在瓦斯治理作业中合理运用，树立压裂技术能够最大化的提升煤矿瓦斯抽采效率和质量，有效消除煤层的瓦斯突出危险性，确保煤矿生产环节的安全高效性。随着水力压裂技术的不断创完善，相关技术装备的不断优化改进，当前小型化水力压裂设备被广泛的应用在煤矿瓦斯治理工作中。据权威部门调查分析显示，煤体原生裂缝在强烈脉动水压力作用下会产生一定的变应力，该变压力会导致煤裂缝空隙形成“压缩-膨胀-压缩”的循环过程。这样一来会致使煤体产生疲劳损伤破坏，造成煤层中裂隙弱面不断扩展延伸，最后构成了互相交织的裂缝网络。因此，现代煤矿企业要高效利用脉动水力压裂技术，该项技术对起裂压力要求更小，具有更加明显的增加煤层透气性效果。水力压裂技术已经在不同煤矿企业获得了一定的瓦斯治理成果，通过在煤矿瓦斯治理中运用水力压力技术，煤矿工作面煤层渗透率得到了大幅度的提升，单孔瓦斯抽采量也有着明显的增加。此外，采用水力压裂技术后，煤矿井下的工作环境变得越来越好，煤层瓦斯突出问题得到了有效解决，瓦斯体积分数普遍降到了临界值0.8%以下，完全消除了煤层瓦斯突出对人体的危险性，保障了煤矿生产的高效安全性。
结束语
综上所述，煤矿企业在面对透气性较差、瓦斯含量高的煤层时，要高度重视瓦斯综合治理工作。煤矿企业要积极引进应用先进的水力压裂技术，完善配置各项水力压裂设备，通过定期组织治理人员参与专业化的教育培训活动，不断提高他们的技术运用能力和综合素质，能够充分发挥出水利压裂技术治理瓦斯的作用效果，有效增加煤层的透气性，降低煤层中的瓦斯涌出量缓解瓦斯给煤矿生产造成的巨大压力，确保生产环节顺利的进行。总而言之，随着水力压裂技术的不断成熟，其在煤矿瓦斯治理中发挥出了越来越重要的作用，包括增加煤层透气性、消除煤层瓦斯突出危险性、改变煤体强度、平衡地应力、降低瓦斯压力、降尘等，为煤矿企业带来了更大的经济效益和社会效益。
参考文献
[1] 郭启文，韩炜，张文勇，等.煤矿井下水力压裂增透抽采机理及应用研究[J].煤炭科学技术，2015（05）：121-123.
[2] 曲晓明.基于水力压裂技术的地面钻井排放瓦斯效果分析[J].内蒙古煤炭经济，2013（07）：174-175.
[关键词]水力压裂技术；煤矿瓦斯治理；瓦斯抽采；
中图分类号：TD712.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）13-0015-01
前言
对国内煤礦进行统计发现，大多数煤矿煤层的透气性不理想，除此之外，瓦斯含量也比较高，正因如此，瓦斯事故在所有矿难事故之中占有较大比例，与此同时，还会导致严重的人员伤亡和难以估量的经济损失。随着矿井开采深度的不断加大，突出煤层也相应增多，这对煤矿的生产安全埋下了严重的隐患。在传统煤矿瓦斯治理工作中，缺乏效果显著的治理措施，而伴随着水力压裂技术的不断成熟，能够比较理想地增加煤层的透气性，与此同时，还能够明显降低煤层之中瓦斯的实际含量，表现出了良好的应用效果。
1 水力压裂技术概述
水力压裂技术是页岩气开采的关键技术。页岩气（shalegas）是从页岩层中开采出来的天然气，成分以甲烷为主，是一种重要的非常规天然气资源。页岩气的储藏具有自生自储特点，页岩既是烃源岩，又是储层，不受断层控制，无圈闭、无清晰的汽水界面。以游离或吸附状态藏身于页岩层或泥岩层中的页岩气，埋藏在地下深处，开发难度较大，可喜的是，我国已逐步突破了页岩气开采的关键技术，也就是通常所说的水平井+水力压裂技术，其中水力压裂技术被称为页岩气开采的“命门”。水力压裂就是用高压泵将混合着压裂砂的液体加压后（105MPa）注人到井底，把页岩挤压破碎，然后天然气就会顺着裂缝流出来。这个过程很类似于吹气球，要有足够大的排量和压力才能把页岩吹爆。页岩经过吹爆之后，会变成碎玻璃样，然后用压裂砂填充裂缝，不让裂缝自然闭合，压裂砂会不断地储集天然气，天然气就可能源源不断地沿井筒流出地表。常用的水力压裂技术包括多级压裂、清水压裂、同步压裂、水力喷射压裂和重复压裂。
2 水力压裂技术在煤矿瓦斯治理中作用
2.1 增加煤层透气性
以煤层为对象进行水力压裂操作，可以为煤层制造出更多的裂隙，不仅如此，还能够大幅增加煤层裂隙的长度，赋予煤层间更加理想的透气性。
2.2 消除煤层的瓦斯突出危险性
向煤层注入一定的水，能够对基质块中储存的瓦斯做“封闭”处理，提升瓦斯由吸附态转变成游离态的难度系数，即意味着大幅增加了煤层之中瓦斯的残留量，从而实现对瓦斯涌出量的有效减少和控制。如某煤矿采用水力压裂技术之后，其采煤作业过程中的相对瓦斯涌出量大幅减少，仅仅是直接采煤方式的45.3%，不仅如此，还实现了对瓦斯放散初速度的有效降低。总之，在一定程度上消除了煤层瓦斯突出的危险性。
2.3 改变煤体强度
当煤层处于原生结构时，其煤体强度通常相对较硬，采用水力压裂技术进行处理之后，能够不断增加煤层之中含水饱和度，同时不断降低煤体单轴抗压强度以及抗拉强度等，如此一来，给煤层的实际开采工作提供了极大的便利。
2.4 平衡地应力
在煤矿开采工作中，采用水力压裂技术能够明显强化煤层所对应的地应力场，在相应区域内实现均一化的效果，防止在某点或者某方向上产生过大的应力集中问题，从而有效平衡地应力，这对于防范瓦斯突出而言具有相当积极的现实意义。
2.5 降低瓦斯压力
煤层瓦斯压力场通常属于非均匀状态分布，相邻煤层之间的瓦斯压力场可能存在显著差异，瓦斯能量过于集中，若被无意揭露，能量便会在短时间内剧烈释放，导致非常严重的安全事故。而通过水力压裂技术形成的裂隙可以让瓦斯在煤层中由高压区不断传输到低压区，最终实现降低瓦斯压力的效果。
2.6 降尘
在对煤层采用水力压裂技术之后，煤层中由于裂隙的存在和延伸，水便会不断流入其中，如此一来，在煤炭采掘过程中巷道内便不会出现大量煤尘，可以大幅降低井下采掘作业地点巷道内的煤尘浓度，从而改善一线矿工的作业环境，降低其罹患相关职业病的可能，同时还能够有效预防井下煤尘爆炸事故，这对于保障煤矿安全生产而言，具有相当积极的现实意义。
3 水力压裂技术在煤矿瓦斯治理中的实践运用
煤矿企业在开采某个矿井时，该矿井的特点是煤与瓦斯较为突出，煤体实际坚固性系数保持在0.15-0.30之间，不存在良好的煤层透气性，难以保障煤矿生产人员的生命安全和企业财产安全。因此煤矿企业必须运用水力压裂技术，加强对煤层瓦斯的治理工作，确保为工作人员提供一个安全稳定的作业环境。2016年3月通过两淮地区某矿5以1313（2）工作面底板巷为瓦斯治理对象，工作人员对其先后展开了10次的水力压裂作业，每次的注水量都维持在100-220m3之间，实际作业压力则有效维持在17-35MPa之间。治理人员通过在4#钻场使用水力压裂技术后，其70m开外的0#钻场所对应的瓦斯抽采情况得到了明显的改善，相较于以往采用传统瓦斯抽采方法，基于水力压裂技术运用后瓦斯抽采率实现了大幅度的提升。通过在瓦斯治理作业中合理运用，树立压裂技术能够最大化的提升煤矿瓦斯抽采效率和质量，有效消除煤层的瓦斯突出危险性，确保煤矿生产环节的安全高效性。随着水力压裂技术的不断创完善，相关技术装备的不断优化改进，当前小型化水力压裂设备被广泛的应用在煤矿瓦斯治理工作中。据权威部门调查分析显示，煤体原生裂缝在强烈脉动水压力作用下会产生一定的变应力，该变压力会导致煤裂缝空隙形成“压缩-膨胀-压缩”的循环过程。这样一来会致使煤体产生疲劳损伤破坏，造成煤层中裂隙弱面不断扩展延伸，最后构成了互相交织的裂缝网络。因此，现代煤矿企业要高效利用脉动水力压裂技术，该项技术对起裂压力要求更小，具有更加明显的增加煤层透气性效果。水力压裂技术已经在不同煤矿企业获得了一定的瓦斯治理成果，通过在煤矿瓦斯治理中运用水力压力技术，煤矿工作面煤层渗透率得到了大幅度的提升，单孔瓦斯抽采量也有着明显的增加。此外，采用水力压裂技术后，煤矿井下的工作环境变得越来越好，煤层瓦斯突出问题得到了有效解决，瓦斯体积分数普遍降到了临界值0.8%以下，完全消除了煤层瓦斯突出对人体的危险性，保障了煤矿生产的高效安全性。
结束语
综上所述，煤矿企业在面对透气性较差、瓦斯含量高的煤层时，要高度重视瓦斯综合治理工作。煤矿企业要积极引进应用先进的水力压裂技术，完善配置各项水力压裂设备，通过定期组织治理人员参与专业化的教育培训活动，不断提高他们的技术运用能力和综合素质，能够充分发挥出水利压裂技术治理瓦斯的作用效果，有效增加煤层的透气性，降低煤层中的瓦斯涌出量缓解瓦斯给煤矿生产造成的巨大压力，确保生产环节顺利的进行。总而言之，随着水力压裂技术的不断成熟，其在煤矿瓦斯治理中发挥出了越来越重要的作用，包括增加煤层透气性、消除煤层瓦斯突出危险性、改变煤体强度、平衡地应力、降低瓦斯压力、降尘等，为煤矿企业带来了更大的经济效益和社会效益。
参考文献
[1] 郭启文，韩炜，张文勇，等.煤矿井下水力压裂增透抽采机理及应用研究[J].煤炭科学技术，2015（05）：121-123.
[2] 曲晓明.基于水力压裂技术的地面钻井排放瓦斯效果分析[J].内蒙古煤炭经济，2013（07）：174-175.