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1瓦斯地質(zhì)概況

河南省煤的變質(zhì)程度在水平方向和垂直方向上都有明顯的規(guī)律。水平方向上，山西組煤質(zhì)分布明顯地表現(xiàn)為帶狀分布，其變質(zhì)程度由南向北逐步增高。按照煤的工業(yè)分類，大致分為五個(gè)變質(zhì)帶，包括平頂山—韓良瘦煤帶、禹縣—臨汝—宜洛—陜澠焦煤帶、禹縣北—臨汝北—澠池北—新安南瘦煤帶、新密—登封—新安貧煤帶、滎鞏—偃龍以及黃河以北廣大地區(qū)的無(wú)煙煤帶。垂直方向上的分帶依煤系層序變質(zhì)程度由新到老逐步加深，河南煤田的突出危險(xiǎn)性也隨變質(zhì)程度由南向北逐步增加。南部平頂山—韓梁肥煤帶為非突出區(qū)或低瓦斯區(qū)，中部響縣—陜澠焦煤帶、禹縣北—新安南瘦煤帶及新密—新安貧煤帶為一般突出區(qū)，而北部焦作大多為煤級(jí)較高的無(wú)煙煤，屬于河南省瓦斯嚴(yán)重突出區(qū)。

軟煤的變形特征煤田構(gòu)造位處我國(guó)著名的秦嶺-大別山構(gòu)造帶北麓。自晚古生代以來(lái)，中國(guó)東部南、北大陸一系列的相互作用等構(gòu)造-熱事件，導(dǎo)致含煤巖系煤層厚度變化頻繁，形態(tài)復(fù)雜，煤級(jí)高，具有明顯不同于板內(nèi)（華北地區(qū)）相近時(shí)代煤層的特殊性，是我國(guó)典型的“三軟”煤層。而礦井瓦斯實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)同樣表明，經(jīng)過(guò)強(qiáng)烈構(gòu)造作用的軟煤強(qiáng)度低（f＜0.12），透氣性差（λ=0.0053m3/MPa.d），瓦斯壓力大（P＞2MPa），但解析速度較快（△P＞20），衰減期很短。一旦采掘活動(dòng)發(fā)生冒頂、片幫及落煤堆積，煤體內(nèi)部瓦斯將很快解析釋放，致使采掘工作面瓦斯涌出量驟增，一般為正常煤壁的幾倍甚至幾十倍。實(shí)屬低滲難抽放軟弱煤層。

2“三軟”煤層瓦斯抽采方法

2.1井下壓裂生產(chǎn)和科學(xué)

實(shí)踐表明，井下注水壓裂技術(shù)不僅增加煤層透氣性，提高瓦斯抽采率，降低煤與瓦斯突出，并且對(duì)防治煤塵、頂板、沖擊地壓等礦井地質(zhì)災(zāi)害均具有明顯促進(jìn)作用[5-7]。如平煤十礦于2009年2月24日進(jìn)行注水壓裂試驗(yàn)，試驗(yàn)點(diǎn)位于該礦24080工作面，煤層厚4m，瓦斯含量23m3/t，瓦斯壓力2.4Mpa，滲透率0.0013m/D，堅(jiān)固系數(shù)0.24-0.37，屬于較難抽放軟弱煤層。通過(guò)水力壓裂試驗(yàn)，在影響范圍內(nèi)，預(yù)抽鉆孔56天單孔抽采瓦斯總量10093m3，平均單孔瓦斯抽放量由77m3增加到7893m3，衰減周期由7天左右延長(zhǎng)到80-90天，單孔瓦斯預(yù)抽出率33%。根據(jù)分源預(yù)測(cè)法計(jì)算，回采期間工作面瓦斯涌出量將由壓裂前的30.13m3/min降到16.67m3/min。按照現(xiàn)有通風(fēng)條件，回風(fēng)巷中瓦斯?jié)舛葘⒂蓧毫亚暗?.51%下降到0.83%?？梢?jiàn)，“三軟”煤層的水力壓裂試驗(yàn)效果十分顯著。注水壓裂煤層還能充分濕潤(rùn)煤體，有效治理“三軟”礦區(qū)的煤塵災(zāi)害。煤體的含水量與采面位置有直接關(guān)系，離壓裂孔越遠(yuǎn)，含水量越低。注水壓裂后的防塵效果也十分明顯。

2.2地面壓裂地面壓裂就是借鑒

地面油氣井壓裂工藝，在地面布置壓裂孔，沿一定方向進(jìn)行水力壓裂，然后進(jìn)行井下抽采。該工藝克服了“三軟”低滲煤層單純地面壓裂井增產(chǎn)效果差的缺陷，有效實(shí)現(xiàn)了煤礦“先抽后采”、“采煤采氣一體化”，尤其適用于不具備井下壓裂條件的中小煤礦，為復(fù)雜井田連片整合及區(qū)域瓦斯抽采提供了技術(shù)保證。2007年9月26日，河南省煤層氣開(kāi)發(fā)利用有限公司在焦作礦區(qū)位村煤礦試驗(yàn)井田范圍內(nèi)共布置六個(gè)地面鉆孔進(jìn)行地面水力壓裂。壓裂試驗(yàn)后，經(jīng)微地震測(cè)試，GW試-002孔裂縫方位呈NE71.5°，東翼縫長(zhǎng)為82.4m，西翼縫長(zhǎng)為109.5m。截至2008年底，回采工作面已接近地面井壓裂區(qū)域，生產(chǎn)礦井在巷道的上下幫沿煤層傾向分別施工抽放鉆孔。從鉆孔瓦斯抽放效果來(lái)看，1號(hào)、19號(hào)和20號(hào)鉆孔終孔位置距壓裂縫中心線較近，抽放濃度是72號(hào)、166號(hào)（終孔位置距壓裂裂縫中心線較遠(yuǎn)）的2-3倍以上，平均日抽放瓦斯純量遠(yuǎn)大于72號(hào)、166號(hào)。

3結(jié)論

(1)河南省煤炭?jī)?chǔ)量豐富，但“三軟”煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，變形強(qiáng)烈，實(shí)屬低滲難抽煤層。如何綜合利用儲(chǔ)量豐富的“三軟”煤層瓦斯資源，對(duì)中原經(jīng)濟(jì)區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展來(lái)說(shuō)是一個(gè)重大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

(2)礦井現(xiàn)場(chǎng)壓裂和抽采試驗(yàn)表明，以“定向注水壓裂”為核心內(nèi)容的瓦斯抽采技術(shù)，能夠明顯改善“三軟”煤層的透氣性，顯著提高瓦斯抽采率，是新形勢(shì)下我國(guó)煤礦瓦斯抽采技術(shù)的新突破，為復(fù)雜礦區(qū)在煤層氣資源開(kāi)發(fā)中找到商機(jī)提供了技術(shù)保證。

(3)煤層注水不僅能壓裂煤層，而且能凈化井下工作環(huán)境，抑制“三軟”礦區(qū)日益嚴(yán)重的瓦斯、煤塵爆炸事故，因而也是一項(xiàng)防治礦井地質(zhì)災(zāi)害，有效實(shí)現(xiàn)礦井安全生產(chǎn)以及促進(jìn)社會(huì)和諧穩(wěn)定的“綠色”開(kāi)采技術(shù)。

作者：秦禮君賀平胡向志單位：鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院河南省煤層氣鉆井工程技術(shù)研究中心