3月17日，從河南省工業和信息化廳獲悉，河南省煤層氣公司自主研發的煤礦井下定向壓裂增透消突成套技術日前通過國家能源局組織的專家論證。國內瓦斯治理權威專家通過評審和論證后認為，此項成套技術有效破解了松軟低滲透煤層瓦斯治理的難題，在瓦斯防治領域達到了國內領先、國際先進水平。
    據介紹，煤礦井下定向壓裂增透消突成套技術是由河南省煤層氣公司承擔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，通過實施井下定向壓裂增透，使煤礦井下工作面前方壓裂增透區域的煤體卸壓，透氣性明顯提高，瓦斯得到釋放，工作面發生突出和沖擊地壓危險性明顯降低，水力壓裂也使煤層被濕潤，可減少煤塵產生量。
    2008年以來，河南省煤層氣公司先后在中國平煤神馬集團、河南煤化鶴煤公司、鄭煤集團等部分瓦斯災害較為嚴重的礦井進行了試驗研究。通過連續30余次井下壓裂試驗的結果表明，這一成套技術對于有效降低煤與瓦斯突出、煤塵、頂板、沖擊地壓等自然災害的威脅效果明顯，是解決當前制約河南省煤礦安全生產難題的一項重要技術成果。
    試驗數據顯示，使用這一成套技術后，煤層透氣性持續明顯提高；煤體水分大幅提高，煤炭開采中的粉塵產生量大幅降低，井下作業環境明顯改善，地應力明顯降低；通過對壓裂液配比的改變，還能在有效抑制煤層自燃發火和降低礦井地溫方面發揮作用。
    這一成套技術的節能減排潛力也較大。據測算，河南全省每年排放瓦斯10億立方米以上，這一成套技術在省內全面推廣應用后，可以增加瓦斯抽采和利用量5億立方米以上，相當于替代60萬噸標準煤，二氧化碳排放減少800萬噸、二氧化硫排放減少23萬噸，可有效推進煤層氣開發利用產業的快速發展。
    ———技術解析———
    形成貫通裂隙網絡
    井下定向壓裂增透技術主要是針對低滲透突出煤層，通過實施井下定向壓裂增透，使井下工作面前方壓裂增透區域的煤體卸壓，大幅度提高透氣性，瓦斯得到釋放，工作面突出危險性得到有效消除，煤塵、沖擊地壓危險性有效降低，是集增透消突、降塵、抑制煤層自燃發火、防止沖擊地壓、頂板管理五大目標為一體，具有較強可操作性的自主創新成果。它開創了低滲煤層水平井進行壓裂的先例；探索出了低滲煤層瓦斯區域治理的新途徑。
    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對壁面產生內壓作用下，導致裂隙弱面發生擴展、延伸以至相互之間發生聯接貫通，形成了相互交織的貫通裂隙網絡，從而達到了提高煤層滲透率，增加鉆孔瓦斯抽出率的目的。
    據了解，這套壓裂設備系統主要由壓裂泵、混砂裝置、水箱、指揮艙、高壓管路、實時監測記錄系統等組成。
    ———專家解讀———
    解讀人：盧鑒章（煤炭科學研究總院研究員）
    亮點一：增透消突效果顯著
    盧鑒章：該技術應用的高壓水定向壓裂煤層技術，具有松動、壓裂煤體，降低地應力，濕潤煤體、改變煤體力學性質的作用，能夠明顯改善煤層透氣性，延長有效抽采時間，大幅提高瓦斯抽采量和抽采瓦斯濃度，消除煤層突出危險性，縮短了瓦斯抽采周期。數據顯示，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。
    亮點二：綜合經濟效益潛力可觀
    盧鑒章：據研制單位測算，該技術的應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，抽采瓦斯利用率達到90%%以上，在保障安全的同時，減輕勞動強度、改善作業環境。
    在河南省高突礦井推廣后，不僅能夠做到消突、抽采達標，而且大幅減少安全技措費用，提高工效，使高突礦井煤炭產能增加1600多萬噸，綜合經濟效益顯著。
    亮點三：井下作業環境條件明顯改善
    盧鑒章：定向壓裂后煤體濕潤半徑達60米以上，煤體水分在1.089％—3.633％之間，是平時煤體水含量的3—5倍，煤炭開采中的粉塵產生量大幅降低，大大改善了作業環境，有利于職工身體健康。此外，研制的壓裂設備、施工工藝、操作規程等，適合煤礦井下作業要求，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，為低滲煤層實現抽采達標和高效利用提供了新的技術途徑。
    ———專家建議———
    “井下壓裂瓦斯區域治理項目是一個多學科、多領域的復雜的系統工程”
    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開辟了瓦斯治理的新路子。此項技術的應用，增加了煤層的透氣性，為瓦斯抽采創造了良好條件，也為瓦斯綜合治理拓展了新思路。
    然而，值得注意的是，井下壓裂瓦斯區域治理項目是一個多學科、多領域的復雜的系統工程，施工中存在高壓傷人和誘導突出的風險，必須由經過嚴格培訓的專業化隊伍施工，編制嚴密的安全技術措施，壓裂設備應具有安全保護裝置；壓裂作業應與生產作業分開進行，并加強對壓裂相關區域異常情況的監測。另外，應進一步完善壓裂工藝，使被壓裂區域內的煤層均勻壓裂，不存在孤島、死角，提高消除突出危險的可靠性。
    瓦斯治理是煤礦生產重中之重
    煤炭是中國的主體能源和重要原料，在國民經濟中具有重要的戰略地位。煤炭在中國一次能源生產和消費結構中分別占76.4和69.5左右，近年來煤炭消費總量一直呈上升趨勢。安全生產是煤炭工業發展的首要任務，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雜多變，瓦斯災害（瓦斯爆炸、煤與瓦斯突出等）事故時有發生。特別是近十多年來，開采深度的加大使得煤礦地質條件更趨復雜，導致治理瓦斯等自然災害的難度增大。
    瓦斯治理缺乏有效技術手段
    由于中國大多數煤層透氣性差，加之采掘接替緊張，所以提高預抽率和減少預抽期一直是亟待解決的難題。目前，國內單一松軟、低滲高突煤層區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，嚴重突出煤層衰減期只有十幾個小時，抽采達標難度極大，抽放濃度低，抽采瓦斯難以達到安全生產和利用的要求。
    據了解，河南省現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層條件。盡管采取多種抽采措施，但抽采率目前只能達到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手段。
來源：科技日報