我专家发现水力致裂可有效改造煤岩体结构

【摘要】6月23日，记者从中国矿业大学获悉，该校矿业工程学院教授黄炳香开辟了新的研究方向：煤岩体水力致裂。他研制了煤炭行业唯一的大尺寸真三轴水力致裂实验系统，攻关研究形成了煤岩体水力致裂的理论与工艺技术体系，并已成功应用于山西、内蒙古、河南、陕西等地数个矿区30多个工作面；同时，黄炳香对煤层气地面井水力致裂增产，页岩气、可燃冰开采水力致裂技术难题开展了相关研究。

    6月23日，记者从中国矿业大学获悉，该校矿业工程学院教授黄炳香开辟了新的研究方向：煤岩体水力致裂。他研制了煤炭行业唯一的大尺寸真三轴水力致裂实验系统，攻关研究形成了煤岩体水力致裂的理论与工艺技术体系，并已成功应用于山西、内蒙古、河南、陕西等地数个矿区30多个工作面；同时，黄炳香对煤层气地面井水力致裂增产，页岩气、可燃冰开采水力致裂技术难题开展了相关研究。

    据了解，煤矿中的坚硬顶板、冲击地压、低渗透性煤层瓦斯抽采、煤与瓦斯突出、坚硬厚及特厚煤层综放开采等是制约矿井安全高效生产的技术难题。解决这些技术难题涉及一个共性的核心问题——煤岩体结构改造，在煤岩体中人工增加裂缝，弱化其强度、改善其渗透性等。

    黄炳香说，十多年的研究、实践表明水力致裂是实现煤岩体结构改造的有效途径。水力致裂技术最早应用在石油工程来提高贫油井的产量，目前被广泛应用于现代石油工业、地热资源开发、核废料储存等领域，显示出广泛的工业应用价值。煤岩体的结构特性决定了煤岩体水力致裂不能照搬石油行业水力致裂的传统理论与方法。

    黄炳香以煤岩体水压裂缝扩展规律和瓦斯驱赶效应为核心科学问题进行研究，水力致裂技术的工程应用包括坚硬顶板控制、坚硬顶煤弱化、应力定向转移、局部集中应力解除、冲击地压防治、含瓦斯煤层增透、突出煤层消突、地应力测量、煤层气开采、可燃冰开采等。形成了煤岩体水力致裂的理论与工艺技术体系，研制了成套的水力致裂装备，形成了理论—技术—产品—技术服务的发展模式。

    目前，坚硬顶板水力致裂控制取得关键性突破，坚硬顶煤水力致裂弱化可取代传统的爆破弱化，深孔水力致裂驱赶与浅孔抽采为煤层气开采、突出煤层特别是单一低透煤层的消突提供了新的理念和技术途径。研究成果已在大同煤矿集团、神东集团、华北油田煤层气公司等全国大型集团公司的17个矿井和2个煤层气田推广应用，在解决现场技术难题中已取得显著实效，经相关院士、专家鉴定，达到国际领先水平。

    大同是我国典型的坚硬顶板矿区，波兰专家在大同多年试验坚硬顶板水力致裂屡遭失败。黄炳香采用自行研制的成套的技术与装备一次性成功致裂开大同坚硬顶板，取得重大突破。此后，在塔山煤矿、同忻煤矿、麻家梁矿成功解决坚硬顶板（顶煤）综采（放）面初采顶板垮落与瓦斯防治、临空巷道冲击地压与底臌控制等技术难题。

    同时，该技术在神华神东公司成功试验解决其综采面端头悬顶控制的安全问题；在柳巷煤矿的坚硬顶煤水力致裂弱化技术可取代传统的爆破弱化，取得良好效果，已在多个煤矿应用；在薛湖煤矿的实践，为深孔水力致裂驱赶与浅孔抽采为煤层气开采、突出煤层特别是单一低透煤层的消突提供了新的理念和技术途径。

    如今，黄炳香正带领课题组成员继续研究水力致裂理论与技术的不同分支方向：研究水力致裂解决煤炭高效开采和安全的工程难题，承担了煤层气地面井水力致裂增产技术、煤层压裂滤失机理等中石油科技攻关项目以及页岩气、可燃冰开采方面的基础研究。