黃炳香，陳樹亮，程慶迎

(1.中國礦業(yè)大學(xué) 深部煤炭資源開采教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 徐州　221116；2.中國礦業(yè)大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，江蘇 徐州　221116;3.中國礦業(yè)大學(xué) 安全工程學(xué)院，江蘇 徐州　221116)

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煤層壓裂開采與治理區(qū)域瓦斯的基本問題

黃炳香1，2，陳樹亮3，程慶迎3

(1.中國礦業(yè)大學(xué) 深部煤炭資源開采教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 徐州221116；2.中國礦業(yè)大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，江蘇 徐州221116;3.中國礦業(yè)大學(xué) 安全工程學(xué)院，江蘇 徐州221116)

摘要:由于煤層的礦物成分、結(jié)構(gòu)體系、瓦斯的吸附解吸效應(yīng)等導(dǎo)致含瓦斯煤層水壓致裂復(fù)雜，煤層壓裂治理區(qū)域瓦斯技術(shù)目前整體上還處于起步階段。提出了煤層水壓(流壓)致裂治理區(qū)域瓦斯的理論、技術(shù)與裝備等基本問題框架。在分析煤層物理化學(xué)特性的基礎(chǔ)上，初步給出了煤層壓裂的力學(xué)機(jī)制與裂縫基本空間形態(tài)。分析了含瓦斯煤層水壓致裂的物理化學(xué)作用、結(jié)構(gòu)改造增透、應(yīng)力擾動(dòng)效應(yīng)、驅(qū)趕瓦斯效應(yīng)、水鎖效應(yīng)等作用。以孔隙壓力梯度作用機(jī)制為切入點(diǎn)，深入研究煤巖層壓裂的細(xì)觀破裂機(jī)理、應(yīng)力擾動(dòng)效應(yīng)與評價(jià)方法、體積致裂機(jī)制、驅(qū)趕瓦斯效應(yīng)、支撐劑在裂縫網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)移規(guī)律與壓嵌特性、排采規(guī)律等理論問題。針對驅(qū)趕瓦斯效應(yīng)揚(yáng)長避短，使含瓦斯煤層壓裂上升至壓裂驅(qū)趕層次。提出了需要深入研究的技術(shù)安全性評價(jià)、工藝技術(shù)、合理泵注排量、壓裂裂縫擴(kuò)展及其效應(yīng)監(jiān)測、適用條件與規(guī)范等技術(shù)問題。研制了井下壓裂治理區(qū)域瓦斯的致裂封孔系統(tǒng)、分析軟件與測控系統(tǒng)等成套裝備。

關(guān)鍵詞:含瓦斯煤層；水壓致裂；裂縫擴(kuò)展；應(yīng)力擾動(dòng)；解吸

煤巖體流壓致裂是指通過鉆孔注入高壓流體(水、氣體等)，在流固耦合作用下，鉆孔孔壁產(chǎn)生破裂并擴(kuò)展，簡稱壓裂(Hydrofracturing)。通常的壓裂介質(zhì)是水，對應(yīng)稱其為水壓致裂、水力致裂或水力壓裂。煤巖體水壓致裂主要是通過水壓裂縫的擴(kuò)展，達(dá)到結(jié)構(gòu)改造的目的，進(jìn)而滿足強(qiáng)度弱化、增透、應(yīng)力轉(zhuǎn)移等工程要求[1]。傳統(tǒng)的煤層注水主要通過滲流，達(dá)到吸水濕潤的目的，進(jìn)而滿足減塵、軟化巖體強(qiáng)度等工程要求。水壓致裂的水壓力一般比煤層注水的大，2者是有本質(zhì)區(qū)別的。煤層注水在煤礦中應(yīng)用較早，應(yīng)用于降塵相對較成熟，煤層注水防治煤與瓦斯突出雖進(jìn)行了大量的研究與應(yīng)用，但很多機(jī)理性的問題仍沒有認(rèn)識清楚[2]。

我國在20世紀(jì)曾試驗(yàn)過煤層水壓致裂治理區(qū)域瓦斯，但由于理論與實(shí)踐研究不夠，對技術(shù)本身有爭議，導(dǎo)致后續(xù)很長時(shí)間該技術(shù)停滯發(fā)展。近幾年，水壓致裂治理區(qū)域瓦斯技術(shù)逐漸開始在全國的井工煤礦試驗(yàn)，現(xiàn)場試驗(yàn)也顯示出其技術(shù)效果。但對于煤層水壓致裂的機(jī)制及其與增透、消突等方面的關(guān)系等認(rèn)識不清楚，導(dǎo)致現(xiàn)場應(yīng)用存在很大的盲目性?，F(xiàn)場大多數(shù)只是知道將高壓水注入煤層，后續(xù)抽采瓦斯和消突有效果，對其帶來的水鎖效應(yīng)等負(fù)面效應(yīng)也存在顧慮。應(yīng)該說，水壓致裂治理區(qū)域瓦斯和開采煤層氣都整體上還處于起步階段。

因此，必須積極深入開展煤層水力(流壓)致裂治理區(qū)域瓦斯的基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)與裝備研究(圖1)，在大量理論與實(shí)踐研究的基礎(chǔ)上，掌握其機(jī)理、規(guī)律與使用條件等，并制定相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范。

圖1　煤層壓裂開采與治理區(qū)域瓦斯的基本問題框架Fig.1　Basic problems frame of hydrofracturing for mining and control zone gas in coal seams

1煤層水壓致裂的機(jī)制

1.1煤層的物理化學(xué)特性

煤系巖層是沉積巖。煤層由于其形成過程的特殊性，導(dǎo)致煤體與一般的巖體在物理力學(xué)性質(zhì)方面有著很大的差別。煤層的天然裂縫發(fā)育，氣水共存，瓦斯處于動(dòng)態(tài)的吸附與解吸平衡；會(huì)含有夾矸，為多層組合，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；彈性模量低、泊松比高、壓縮系數(shù)高，含瓦斯煤層的滲透率易損害。

取煤樣進(jìn)行X射線衍射掃描，并與粉末衍射聯(lián)合會(huì)國際數(shù)據(jù)中心(JCPDS-ICDD)提供的各種物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)粉末衍射資料對照分析，按照中國標(biāo)準(zhǔn)(GB 5225—86)的K值法進(jìn)行定量分析，如圖2所示。煤體的主體是非晶物質(zhì)(煤)，有部分高嶺石、伊蒙混層和少量的伊利石、蒙皂石、白云石、方解石、黃鐵礦、石英等礦物。

圖2　煤的礦物成分X衍射分析Fig.2　X diffraction analysis of mineral components in coal

煤層由于沉積形成和后期的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)等作用，導(dǎo)致煤巖體的孔隙、節(jié)理、層理、割理(靜壓裂隙)、失水裂隙和縮聚裂隙發(fā)育，且層理、靜壓裂隙等具有明顯的方向性特征(圖3)。在煤化作用過程中，煤層在上覆巖層的單向靜壓作用下形成的與層理大體垂直的定向裂隙稱為靜壓裂隙(割理)[3]，其表面平整，有光澤，張開度小。割理被分為面割理和端割理，2者大致相互垂直，并都與煤層層面正交或陡角相交。由割理和上下層理所限定的煤基巖塊內(nèi)還普遍發(fā)育失水裂隙和縮聚裂隙。

煤是由基質(zhì)孔隙系統(tǒng)和裂隙系統(tǒng)構(gòu)成的雙重孔隙介質(zhì)。肉眼看不出裂隙的小塊煤樣，在掃描電鏡照片中卻存在大量微裂隙(圖4(a))，有些微裂隙把煤分割成塊狀，有些微裂隙把煤分割成層狀。一般至少要放大至1 000倍，才能觀察到煤的孔隙發(fā)育形態(tài)(圖4(b)[3])，煤中有氣孔、鑄?？椎?。

圖3　煤層的層理和割理Fig.3　Morphology of bedding and cleats in coal seam

圖4　煤的孔隙裂隙形態(tài)Fig.4　Morphology of pores and micro cracks in coal

1.2煤層水壓致裂的力學(xué)機(jī)制

煤層是孔隙介質(zhì)且可滲透，在細(xì)觀上表現(xiàn)為各向異性，水在滲流過程中會(huì)形成孔隙水壓力梯度場(圖5)。當(dāng)煤層礦物顆粒間的靜力平衡和變形協(xié)調(diào)狀態(tài)被打破，相鄰礦物顆粒間的作用力超過其黏結(jié)強(qiáng)度等時(shí)，礦物顆粒間斷裂張開，形成微裂紋；同時(shí)，壓力水進(jìn)入微裂紋，進(jìn)一步影響和導(dǎo)致其他礦物顆粒間斷裂張開，形成較大的微裂紋。由于礦物顆粒和孔隙分布的隨機(jī)性，導(dǎo)致因流固耦合產(chǎn)生的微裂紋在一定范圍內(nèi)分布較多，且微裂紋的方向不同。隨著載荷(滲透水壓力或固體應(yīng)力)的增加逐漸擴(kuò)展形成微裂紋區(qū)(圖6)。遠(yuǎn)場固體主應(yīng)力差影響微裂紋區(qū)的形態(tài)；在最小主應(yīng)力面內(nèi)礦物顆粒最易斷裂張開，消耗的能量最小，形成微裂紋的一個(gè)主方向，即裂紋擴(kuò)展的優(yōu)勢破裂面，也是未來的宏觀主斷裂方向。在水壓裂縫裂尖微裂紋區(qū)，由于主裂紋的擴(kuò)展，其附近區(qū)域卸載，該區(qū)域的微裂隙逐漸閉合停止擴(kuò)展，裂尖區(qū)凸顯優(yōu)勢方向的主裂縫。

圖5　裂尖滲透水壓區(qū)形態(tài)Fig.5　Morphology of seepage pressure zone in the crack tip

圖6　水壓裂縫裂尖微裂紋區(qū)Fig.6　Micro cracks zone in the tip of hydraulic fracture

1.3煤層水壓致裂裂縫的基本空間形態(tài)

煤體是裂隙相對較為發(fā)育的介質(zhì)，在煤層豎直方向一般發(fā)育兩組割理。采用500 mm×500 mm×500 mm煤-水泥砂漿試塊進(jìn)行了給定應(yīng)力場條件下的水力致裂實(shí)驗(yàn)[4]。圖7為煤體水壓致裂的典型裂縫網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，試塊的地應(yīng)力場為σ1=12.31 MPa(圍壓)、σ2=7.69 MPa(鉆孔軸向)、σ3=3.08 MPa(圍壓)。水壓致裂的排量為100 mL/min。煤體在水壓致裂過程中，除了形成主水壓裂縫外，壓力水沿著主水壓裂縫向兩側(cè)的原生裂隙內(nèi)滲透，形成裂隙水壓力，隨著裂隙水壓力的升高，裂隙張開擴(kuò)展，增大煤體原生裂隙的張開度。2組割理在水壓作用下張開并交叉擴(kuò)展，形成了貫通的裂縫網(wǎng)絡(luò)，裂縫網(wǎng)絡(luò)將煤體切割成塊體狀。因此，煤層水壓致裂的水壓裂縫是一個(gè)裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，該裂縫系統(tǒng)以三維應(yīng)力控制形成的水壓主裂縫為基礎(chǔ)，兩側(cè)是交叉貫通擴(kuò)展的成組張開裂縫。煤層水壓裂縫的空間網(wǎng)絡(luò)特征導(dǎo)致煤層水壓致裂裂縫的擴(kuò)展過程相當(dāng)復(fù)雜。

圖7　煤體水壓致裂的裂縫網(wǎng)絡(luò)形態(tài)Fig.7　Hydraulic fractures network in coal mass

2含瓦斯煤層水壓致裂的作用

2.1水、煤與瓦斯間的物理化學(xué)作用

水對煤層的物理力學(xué)性質(zhì)等有較大的影響。不同礦物成分的親水性有較大差異(圖8)，親水性礦物越多，吸水導(dǎo)致的體積膨脹與強(qiáng)度軟化等煤層性質(zhì)的影響越大。

圖8　薛湖礦煤樣與水接觸角Fig.8　Contact angle of water and coal in Xuehu mine

煤中水分對瓦斯的吸附解吸效應(yīng)有重要影響[5-7]。在煤的游離水分中，內(nèi)在水分是影響煤吸附瓦斯的主要因素[8]。煤中水分是附著在煤的孔隙中，煤的孔隙又與煤的變質(zhì)程度有關(guān)，因此煤中水分與煤的變質(zhì)程度也存在一定關(guān)系。

2.2結(jié)構(gòu)改造導(dǎo)致的增透作用

煤層水壓致裂產(chǎn)生的裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)對煤巖體進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改造，導(dǎo)致滲透性改變?？臻g裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)增加了煤層的透氣性。煤層抽采瓦斯時(shí)，瓦斯的解吸擴(kuò)散與滲流路徑為：煤塊的孔隙→煤塊微裂隙→張開的原生裂隙網(wǎng)絡(luò)→水壓主裂縫→鉆孔。

2.3應(yīng)力擾動(dòng)效應(yīng)

井下具有沖擊傾向性煤巖層的水壓致裂實(shí)踐表明，水壓致裂強(qiáng)度弱化防沖的同時(shí)還可能會(huì)伴隨有“煤炮”的產(chǎn)生。煤炮的位置并不一定與水壓裂縫的位置完全一致。高壓水進(jìn)入煤巖體后，不僅對煤巖體起到了吸水潤濕軟化的作用，同時(shí)改變了煤巖體的應(yīng)力分布狀態(tài)[9-12]，引起煤巖層應(yīng)力的重新分布。

初步實(shí)驗(yàn)表明[13]，水壓致裂期間及之后在離致裂孔較遠(yuǎn)的煤巖體內(nèi)的應(yīng)力發(fā)生了明顯的變化(圖9)，驗(yàn)證了煤巖體水壓致裂的應(yīng)力擾動(dòng)現(xiàn)象客觀存在。

圖9　巖石水壓致裂的應(yīng)力擾動(dòng)現(xiàn)象Fig.9　Stress disturbance phenomenon of hydraulic fracturing in rock

2.4驅(qū)趕瓦斯效應(yīng)

筆者在高瓦斯煤層進(jìn)行本煤層水壓致裂時(shí)發(fā)現(xiàn)巷道風(fēng)流中的瓦斯體積分?jǐn)?shù)明顯升高，煤層中的瓦斯被水壓致裂驅(qū)趕出來了，稱這種現(xiàn)象為水壓致裂的驅(qū)趕瓦斯現(xiàn)象(效應(yīng))[14-15]。突出煤層掘進(jìn)工作面超前深孔水壓致裂后，后續(xù)掘進(jìn)過程中煤體瓦斯含量沿掘進(jìn)方向呈現(xiàn)“低-高-低”的現(xiàn)象[15]，實(shí)踐與實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證了含瓦斯煤層水壓致裂驅(qū)趕瓦斯現(xiàn)象的存在。煤層掘進(jìn)面水壓致裂導(dǎo)致的濕潤、驅(qū)趕瓦斯、和應(yīng)力擾動(dòng)3個(gè)影響區(qū)域的橢球形態(tài)如圖10所示[16]。

圖10　煤層水壓致裂的3個(gè)影響區(qū)域示意Fig.10　Three effect zones of hydraulic fracturing in coal seam

含瓦斯煤層水壓致裂過程中高壓水沿水壓裂縫進(jìn)入煤體割理-微裂隙-孔隙組成的通道系統(tǒng)，使割理、孔隙水壓力升高，通道系統(tǒng)內(nèi)原有的力學(xué)平衡被打破，應(yīng)力重新分布。在水滲流的前沿，孔隙水會(huì)克服通道壁的阻力在通道中前移，引起水滲流前端一定范圍內(nèi)的瓦斯氣體被壓縮，瓦斯壓力升高。局部的瓦斯壓力升高引起的通道壓力差會(huì)使瓦斯運(yùn)移。在水滲流前端，沿孔隙水運(yùn)移方向形成由高到低的孔隙壓力梯度分布，瓦斯壓力梯度方向垂直于水滲流前沿。隨著水對瓦斯的擠壓程度提高，瓦斯壓力梯度會(huì)逐漸增加。引入驅(qū)趕瓦斯的啟動(dòng)瓦斯壓力梯度的概念，當(dāng)煤層瓦斯壓力梯度大于等于啟動(dòng)瓦斯壓力梯度時(shí)，瓦斯會(huì)向沿瓦斯壓力梯度方向移動(dòng)。瓦斯壓力梯度的產(chǎn)生是驅(qū)動(dòng)瓦斯的直接原因，啟動(dòng)瓦斯壓力梯度由煤的滲透性和應(yīng)力等決定。

2.5水鎖效應(yīng)

在裂縫擴(kuò)展的前沿存在著大量的微孔隙，微孔隙中又存在著游離態(tài)瓦斯和吸附態(tài)瓦斯，且2者處在動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，裂縫的擴(kuò)展過程中存在著孔隙水壓力與孔隙瓦斯壓力的平衡，但是當(dāng)水壓致裂的水壓卸除后，微孔隙中的孔隙水壓力依然封閉著孔隙中的瓦斯，且微孔隙的直徑越小封閉的越牢固，微孔隙中的瓦斯越不容易抽出。表現(xiàn)到生產(chǎn)實(shí)踐中就是在煤層中注水后，有一定量的瓦斯變得不易解吸，不易抽出，此即水鎖效應(yīng)。

水鎖效應(yīng)減小了瓦斯的解吸速度，避免了大量瓦斯的快速解吸，從防突的角度講是有利于防突的，盡管從瓦斯抽采的角度講，可能是不利的。

3需要深入研究的理論問題

3.1孔隙壓力梯度作用機(jī)制

傳統(tǒng)的水壓致裂理論沒有考慮巖石的可滲透性[17-18]，采用張拉破裂準(zhǔn)則來描述其破裂擴(kuò)展行為[19]。壓力水沿裂縫向巖石內(nèi)滲透濾失，形成孔隙壓力[20-21]，并產(chǎn)生孔隙壓力梯度。而對于孔隙壓力的影響主要是基于飽和土力學(xué)的有效應(yīng)力原理得出的，而致裂的煤巖體不一定處于水飽和狀態(tài)，且對孔隙壓力梯度影響的認(rèn)識還不清楚[22]。礦井含瓦斯煤層的水壓致裂實(shí)踐及前期實(shí)驗(yàn)研究表明，水壓致裂的破裂水壓力可能隨著孔隙壓力(梯度)的增大而增大(圖11)。這是傳統(tǒng)理論無法解釋的。應(yīng)建立考慮孔隙壓力及其梯度的水壓致裂破裂準(zhǔn)則。

圖11　孔隙壓力導(dǎo)致水壓致裂的破裂壓力升高Fig.11　Increase of breakdown pressure caused by pore pressure in hydraulic fracturing

3.2煤巖層壓裂的應(yīng)力擾動(dòng)效應(yīng)與評價(jià)方法

以往研究主要關(guān)注壓裂后的卸壓作用[23-24]。但有卸壓就有其他地方增壓。且壓裂過程是一個(gè)增壓過程，壓裂后局部區(qū)域的孔隙壓力不一定能卸除，煤層內(nèi)孔隙壓力也發(fā)生改變。因此，需研究以下內(nèi)容：研究煤巖層水壓裂縫擴(kuò)展尖端對圍巖應(yīng)力的擾動(dòng)，研究濾失引起骨架應(yīng)力和孔隙壓力的動(dòng)態(tài)變化，分析裂縫水壓力對圍巖應(yīng)力的影響，研究采動(dòng)煤巖體水壓致裂期間圍巖應(yīng)力的動(dòng)態(tài)變化過程，研究煤巖層孔隙裂隙結(jié)構(gòu)對應(yīng)力擾動(dòng)程度的影響，研究煤巖層初始應(yīng)力場(含采動(dòng)影響)、巖性與礦物成分等物理力學(xué)特性、巖體結(jié)構(gòu)特征、巖層結(jié)構(gòu)及其物理力學(xué)特性差等對水壓致裂應(yīng)力擾動(dòng)的影響，分析水壓致裂封孔深度、排量、致裂時(shí)間等參數(shù)對煤巖層應(yīng)力擾動(dòng)程度的影響。研究基于應(yīng)力梯度、應(yīng)力增速等指標(biāo)的應(yīng)力擾動(dòng)評價(jià)方法。

3.3煤層壓裂的體積致裂機(jī)制

目前，水壓致裂引起三維應(yīng)力的重新分布及演化規(guī)律不清楚。在國際上，干熱巖石大規(guī)模水壓致裂等工程中，微震等監(jiān)測的破裂不僅分布在水壓裂縫帶上，而在主裂縫帶兩側(cè)空間上分布有很多的破裂[25]，稱這種現(xiàn)象為體積致裂；基于傳統(tǒng)的理論，一直沒有將體積致裂的機(jī)理解釋清楚[26-28]，成為國際上的一大難題。這種體積致裂現(xiàn)象與煤礦井下水壓致裂過程中的“煤炮”現(xiàn)象有很多相似之處。

因此，在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，必須從根源上深入認(rèn)識水壓致裂的機(jī)制，描述應(yīng)力擾動(dòng)效應(yīng)，進(jìn)而揭示巖體水壓致裂的體積致裂機(jī)制。

3.4驅(qū)趕瓦斯效應(yīng)

水壓致裂過程中高壓水進(jìn)入煤體，煤體裂隙孔隙中的游離態(tài)瓦斯一部分被驅(qū)趕至水壓裂縫區(qū)域的外圍形成一個(gè)驅(qū)趕瓦斯區(qū)域，一部分在孔隙水壓力的作用下被封閉在微孔隙中，導(dǎo)致微孔隙中的瓦斯壓力升高，游離態(tài)瓦斯與吸附態(tài)瓦斯重新平衡。水壓致裂導(dǎo)致的驅(qū)趕瓦斯效應(yīng)已被證實(shí)，但是驅(qū)趕瓦斯的量還是個(gè)未知數(shù)，以及水壓致裂完成后，被驅(qū)趕到外圍的瓦斯能否被有效的抽采出來，被封閉在微孔隙中瓦斯的解吸時(shí)間問題，以及從“防突”的角度講高壓水封閉微孔隙中的瓦斯是弊大于利還是利大于弊等問題都是需要進(jìn)行深入的分析研究。

3.5支撐劑在裂縫網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)移規(guī)律與壓嵌特性

煤層氣壓裂的壓裂液主要采用干凈的活性水(如清水+2%KCl)作為前置液、攜砂液、頂替液。在水力噴砂射孔階段，為減小摩阻，采用滑溜水(如清水+1%KCl+0.5%降阻劑)作為壓裂液。支撐劑目前主要是石英砂，加砂方式采用多粒徑支撐劑組合、多級加砂模式。裂網(wǎng)中支撐劑的運(yùn)移比單縫中的要復(fù)雜得多，壓裂施工過程中易出現(xiàn)砂堵現(xiàn)象(圖12)。支撐劑在裂網(wǎng)體系中的運(yùn)移沉降規(guī)律及其與支撐劑濃度、泵注工藝等關(guān)系需要深入研究。

圖12　地面煤層氣井壓裂過程中的砂堵現(xiàn)象Fig.12　Phenomenon of sand plug during hydraulic fracturing for the ground coalbed methane well

相對砂巖等儲(chǔ)層，煤層質(zhì)軟。停泵卸壓后，水壓裂縫在地應(yīng)力作用下張開度減小，支撐劑作用導(dǎo)致裂縫維持一定的張開度和導(dǎo)流能力。且由于石英砂與煤的剛度差異，隨著時(shí)間延長，支撐劑可能在裂縫表面嵌入煤中，導(dǎo)致張開度減小。必須深入研究煤層裂縫內(nèi)支撐劑的壓嵌特性及其與支撐劑分布、時(shí)間等關(guān)系。

3.6水壓致裂后的排采規(guī)律

水壓致裂后，煤層中產(chǎn)生了龐大的裂縫網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)裂縫的表面有大量的水分。水壓致裂后抽采瓦斯要經(jīng)歷一個(gè)排水降壓解吸過程，也是一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡過程。壓裂過程產(chǎn)生了大量的煤粉，所以排水采氣過程的壓降不能過大，過大會(huì)導(dǎo)致大量煤粉的遷移與堵塞，對煤層的滲透性產(chǎn)生傷害。在瓦斯抽采初期，抽采管路中水分含量較高；隨著裂縫網(wǎng)絡(luò)中的水分大量排出，瓦斯的含量逐漸升高達(dá)到穩(wěn)定期；經(jīng)過一段時(shí)間的瓦斯穩(wěn)定抽采后，瓦斯含量降低直到抽采結(jié)束。因此，需加強(qiáng)研究抽采負(fù)壓的作用規(guī)律及其與煤層吸附性、水分、煤粉傷害等因素的關(guān)系，給出合理抽采負(fù)壓和排采速度確定方法。根據(jù)瓦斯(煤層氣)抽采系統(tǒng)中水分含量的不同，可適當(dāng)調(diào)整抽采的負(fù)壓。

4需要深入研究的技術(shù)問題

4.1技術(shù)本身的安全性評價(jià)

煤層水壓致裂產(chǎn)生的應(yīng)力擾動(dòng)可能會(huì)誘導(dǎo)突出；同時(shí)殘余在鉆孔中的水分對瓦斯有封堵作用，不利于瓦斯的解吸。針對后者，曾有學(xué)者利用磁化水代替普通水或在普通水中添加清潔劑等方法，來減少高壓水對煤層瓦斯的解吸能力的影響。但是水壓致裂產(chǎn)生的應(yīng)力擾動(dòng)，目前只能通過合理控制水壓致裂的排量，避免水壓致裂的壓力過高，合理優(yōu)化鉆孔布置，防止出現(xiàn)應(yīng)力集中等方式。

當(dāng)前，大家對水壓致裂治理區(qū)域瓦斯的方法仍然持審慎的態(tài)度。對于該技術(shù)的安全性評價(jià)，要從以下幾個(gè)方面入手：首先就是煤層水壓致裂的裂縫擴(kuò)展規(guī)律，通過大量的煤巖體水壓致裂裂縫擴(kuò)展規(guī)律實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，水壓主裂縫的方向平行于最大主應(yīng)力方向，根據(jù)裂縫的擴(kuò)展方向合理的設(shè)計(jì)鉆孔和壓裂工藝，避免形成應(yīng)力集中。同時(shí)在保證封孔效果的前提下，盡量減少封孔段的長度，封孔深度距離孔口預(yù)留足夠的安全距離。同時(shí)輔助檢測水壓力、水流量和巷道中的瓦斯體積分?jǐn)?shù)，出現(xiàn)異常及時(shí)采取措施。

4.2煤礦井下壓裂工藝技術(shù)

煤層的致裂鉆孔較長，應(yīng)提出并實(shí)施定向[29]、增加裂縫數(shù)目、均勻性[30]等裂縫形態(tài)控制方法。同時(shí)，井下煤層受采動(dòng)等影響，導(dǎo)致其工藝技術(shù)獨(dú)特。因此，開發(fā)有效的工藝技術(shù)是當(dāng)務(wù)之急。

針對驅(qū)趕瓦斯效應(yīng)，一方面應(yīng)根據(jù)驅(qū)趕瓦斯的基本原理，優(yōu)化水壓致裂參數(shù)，采用均勻水壓致裂技術(shù)，避免水壓致裂驅(qū)趕瓦斯造成的不良影響；另一方面應(yīng)利用驅(qū)趕瓦斯效應(yīng)，提出了本煤層水壓致裂增透驅(qū)趕與隔間鉆孔抽采瓦斯技術(shù)、沿空掘巷水壓致裂驅(qū)趕區(qū)域消突與穿煤柱鉆孔抽采驅(qū)趕至采空區(qū)的瓦斯技術(shù)。使含瓦斯煤層水壓致裂上升至水壓致裂驅(qū)趕層次。

針對煤巷掘進(jìn)工作面的快速消突要求，在順層鉆孔條帶采前抽采法的基礎(chǔ)上增加水壓致裂工序，形成了煤巷掘進(jìn)工作面水壓致裂快速消突的工藝。針對長壁工作面傾向順層鉆孔抽采本煤層瓦斯在時(shí)間上的不協(xié)調(diào)性，可先進(jìn)行水壓致裂后抽采瓦斯，有效的提高本煤層的瓦斯抽采效率；此方法同樣適用于鉆場抽采本煤層瓦斯的情形。針對底抽巷和石門揭煤等需要快速消突的情形，同樣可以采用先水壓致裂后抽采瓦斯的方法，可有效的減少鉆孔工程量，提高瓦斯的抽采效率。

為克服水對瓦斯解吸的影響、水鎖效應(yīng)、軟煤層壓裂效果差等問題，可采用氮?dú)狻O2等容易被煤層吸附的氣體作為壓裂介質(zhì)，進(jìn)行煤層氣體壓裂與驅(qū)替瓦斯，周邊孔抽采，在時(shí)空上有機(jī)配合，“一壓一抽”的模式可以提高煤層的孔隙壓力梯度，提高抽采效率。這是今后的發(fā)展方向之一。

4.3合理泵注排量

排量是壓裂過程的直接可控關(guān)鍵參數(shù)。根據(jù)壓裂鉆孔的直徑、深度、間距、封孔深度以及煤層的滲透性等因素綜合計(jì)算出泵注的合理排量。泵注排量也不是越小越好，如果泵注排量剛好與煤層的滲透速度相當(dāng)?shù)脑?，也?huì)導(dǎo)致水壓力過低，不能夠產(chǎn)生水壓裂縫達(dá)不到壓裂效果的問題。從水壓致裂的安全角度講，泵注排量不宜過大，泵注排量過大導(dǎo)致水壓力過高，水壓力過高由此引發(fā)的應(yīng)力擾動(dòng)現(xiàn)象影響了水壓致裂的安全性。

4.4壓裂裂縫擴(kuò)展及其效應(yīng)的監(jiān)測

壓裂裂縫形態(tài)的監(jiān)測對評價(jià)壓裂效果等具有重要的意義，同時(shí)也是現(xiàn)場檢驗(yàn)定向致裂、增加裂縫數(shù)目、均勻性等裂縫形態(tài)控制方法的手段。受地球物理手段的限制，目前這是一個(gè)技術(shù)瓶頸；當(dāng)然，這也是許多地下工程中的共性技術(shù)瓶頸。微震監(jiān)測是目前相對較好的技術(shù)途徑，但煤層壓裂導(dǎo)致的微震特征、信號識別、除噪、三維定位等均需要深入的理論與技術(shù)研究。

目前，現(xiàn)場缺少監(jiān)測含瓦斯煤層壓裂導(dǎo)致的應(yīng)力擾動(dòng)、驅(qū)趕瓦斯、水鎖效應(yīng)等的有效便捷手段，也是導(dǎo)致施工具有盲目性的重要原因。必須加強(qiáng)相關(guān)監(jiān)測方法和裝備的研制。

4.5適用條件及技術(shù)規(guī)范

地面煤層氣井壓裂一般在未受井下采動(dòng)影響區(qū)進(jìn)行，在時(shí)間和空間上均超前井下煤層開采。因此，因應(yīng)力擾動(dòng)和鄰近采掘空間等導(dǎo)致安全使用條件的限制較少，只需考慮煤層壓裂對后續(xù)長壁開采礦壓的影響。地面煤層氣井壓裂與排采實(shí)踐表明，由于煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)軟、瓦斯吸附解吸效應(yīng)、天然裂縫發(fā)育、非均質(zhì)性嚴(yán)重等特點(diǎn)導(dǎo)致煤層壓裂變得復(fù)雜。不同煤階壓裂排采的效果差異較大。石油的壓裂技術(shù)規(guī)范等不適用煤層氣井壓裂，需要在大量理論與實(shí)踐研究的基礎(chǔ)上，逐漸形成其技術(shù)適用條件與規(guī)范。

井下煤層壓裂的環(huán)境不同于地面煤層氣井壓裂。其適用條件首先要考慮工程背景和目的，其次是煤層硬度、煤種、瓦斯含量等。技術(shù)規(guī)范首先要限定安全使用條件，其次是關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)確定原則、施工注意事項(xiàng)等。如：① 煤巷掘進(jìn)工作面水壓致裂快速消突工藝技術(shù)適合于煤層硬度中硬以上、鉆孔成孔效果較好的煤層。壓裂封孔應(yīng)當(dāng)用快速封孔方式，且封孔深度要深，預(yù)留不少于20 m的安全屏障區(qū)。② 本煤層水壓致裂工藝適用于煤層硬度中硬以上，成孔效果好的煤層，封孔方式應(yīng)選用長期封孔方式，封孔深度要深，預(yù)留足夠的安全屏障。壓裂鉆孔的間距不宜過小。③ 底抽巷和石門揭煤等進(jìn)行水壓致裂的情形適應(yīng)情況廣泛，封孔方式應(yīng)當(dāng)選用長期封孔方式。井下壓裂均需控制好泵注排量，水壓力不宜過高。

5井下壓裂治理區(qū)域瓦斯的成套裝備

5.1致裂封孔系統(tǒng)

根據(jù)瓦斯抽采位置的不同要求，煤層水壓致裂的封孔方式也分為2種：一種是采用封孔器封孔(圖13)，具有封孔速度快、封孔完畢后立即可以進(jìn)行水壓致裂的特點(diǎn)，適用于煤巷掘進(jìn)工作面和石門揭煤等需要快速消突的條件；另一種是采用水泥藥卷等長期封孔，一般封孔后需要等待十幾小時(shí)或者幾十小時(shí)后才能進(jìn)行水壓致裂，水壓致裂后可以直接進(jìn)行瓦斯抽采，且抽采時(shí)間一般較長，適用于本煤層和底抽巷等瓦斯抽采時(shí)間長、要求封孔后能夠長期使用的條件。

圖13　井下水壓致裂封孔(隔)器Fig.13　Sealing hole device (packer) of hydraulic fracturing

5.2泵注系統(tǒng)

煤層水壓致裂所需的高壓水由高壓泵站提供，通過高壓膠管輸送到孔口，經(jīng)封孔系統(tǒng)進(jìn)入到致裂鉆孔內(nèi)部。由于高壓膠管鋪設(shè)在行人的巷道中，需要將高壓膠管進(jìn)行安全固定，防止高壓膠管脫開傷人。由于煤層的滲透濾失較大，目前礦井下壓裂泵的額定排量一般小于400 L/min，整體偏小，需要適量增加壓裂泵的額定排量。對于埋深較淺的煤層，也可以采用地面的大排量壓裂泵，通過鉆孔將高壓管路引至井下致裂地點(diǎn)；但必須保障地面泵站與井下致裂點(diǎn)的信息暢通，作業(yè)可靠。目前礦井下耐60 MPa高壓管路的內(nèi)徑小，需要研制更大內(nèi)徑的高壓管路，減小沿程水力衰減。

5.3測控系統(tǒng)

在進(jìn)行水壓致裂時(shí)，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測水壓致裂的水壓力、水流量和致裂鉆孔周圍的瓦斯體積分?jǐn)?shù)變化等，并將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)運(yùn)用水壓致裂分析系統(tǒng)軟件分析(圖14)，根據(jù)變化采取措施，也可以在測控儀中設(shè)置各個(gè)參數(shù)的上限值，當(dāng)達(dá)到或者超過上限值后，反饋電信號控制高壓泵站的工作狀態(tài)。在大型施工之前，采用測控系統(tǒng)進(jìn)行測試分析，估測地應(yīng)力等相關(guān)參數(shù)，為后續(xù)方案的優(yōu)化等提供依據(jù)。

圖14　水壓致裂分析系統(tǒng)與測控儀Fig.14　Analysis system and monitoring instrument for hydraulic fracturing

6結(jié)論

(1)提出了煤層水壓(流壓)致裂治理區(qū)域瓦斯的理論、技術(shù)與裝備等基本問題框架。

(2)在分析煤層物理化學(xué)特性的基礎(chǔ)上，初步給出了煤層壓裂的力學(xué)機(jī)制與裂縫基本空間形態(tài)。分析了含瓦斯煤層水壓致裂的物理化學(xué)作用、結(jié)構(gòu)改造增透、應(yīng)力擾動(dòng)效應(yīng)、驅(qū)趕瓦斯效應(yīng)、水鎖效應(yīng)等作用。

(3)以孔隙壓力梯度作用機(jī)制為切入點(diǎn)，應(yīng)深入研究煤巖層壓裂的細(xì)觀破裂機(jī)理、應(yīng)力擾動(dòng)效應(yīng)與評價(jià)方法、體積致裂機(jī)制、驅(qū)趕瓦斯效應(yīng)、支撐劑在裂縫網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)移規(guī)律與壓嵌特性、排采規(guī)律等理論問題。

(4)針對驅(qū)趕瓦斯效應(yīng)揚(yáng)長避短，使含瓦斯煤層壓裂上升至壓裂驅(qū)趕層次。提出了需要深入研究的技術(shù)安全性評價(jià)、工藝技術(shù)、合理泵注排量、壓裂裂縫擴(kuò)展及其效應(yīng)監(jiān)測、適用條件與規(guī)范等技術(shù)問題。

(5)研制了井下壓裂治理區(qū)域瓦斯的致裂封孔系統(tǒng)、分析軟件與測控系統(tǒng)等成套裝備。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃炳香，程慶迎，劉長友，等.煤巖體水力致裂理論及工藝技術(shù)框架[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2011，28(2)：167-173.

Huang Bingxiang,Cheng Qingying,Liu Changyou,et al.Hydraulic fracturing theory of coal-rock mass and its technical framework[J].Journal of Mining and Safety Engineering,2011,28(2):167-173.

[2]肖知國，王兆豐.煤層注水防治煤與瓦斯突出機(jī)理的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，19(10)：150-158.

Xiao Zhiguo,Wang Zhaofeng.Status and progress of studies on mechanism of preventing coal and gas outburst by coal seam infusion[J].China Safety Science Journal,2009,19(10):150-158.

[3]程慶迎，黃炳香，李增華.煤的孔隙和裂隙研究現(xiàn)狀[J].煤炭工程，2011(12)：91-93.

Cheng Qingying,Huang Bingxiang,Li Zenghua.Research status of pore and crack in coal[J].Coal Engineering,2011(12):91-93.

[4]程慶迎.低透煤層水力致裂增透與驅(qū)趕瓦斯效應(yīng)研究[D].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，2012.

[5]謝克昌.煤的結(jié)構(gòu)與反應(yīng)性[M].北京：科學(xué)出版社，2002：43-57.

[6]桑樹勛，朱炎銘，張井，等．液態(tài)水影響煤吸附甲烷的實(shí)驗(yàn)研究：以沁水盆地南部煤儲(chǔ)層為例[J]．科學(xué)通報(bào)，2005，50(S1)：70-75.

Sang Shuxun,Zhu Yanmin,Zhang Jing,et al.Experimental study on the effect of liquid water on coal methane adsorption:An example of the southern coal reservoir layer in the Qinshui Basin[J].Chinese Science Bulletin,2005,50(S1):70-75.

[7]趙東，馮增朝，趙陽升.高壓注水對煤體瓦斯解吸特性影響的試驗(yàn)研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2011，30(3)：547-555.

Zhao Dong,Feng Zengchao,Zhao Yangsheng.Experimental study of effects of high pressure water injection on desorption characteristic of coal-bed methane (CBM)[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2011,30(3):547-555.

[8]張占存，馬丕梁.水分對不同煤種瓦斯吸附特性影響的實(shí)驗(yàn)研究[J].煤炭學(xué)報(bào)，2008，33(2)：144-147.

Zhang Zhancun,Ma Pilian.Experimental on moisture effects on the gas absorption speciality of different kinds of coal[J].Journal of China Coal Society,2008,33(2):144-147.

[9]Huang Bingxiang,Liu Changyou,Fu Junhui,et al.Hydraulic fracturing after water pressure control blasting for increased fracturing[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences，2011，48(6)：976-983.

[10]Huang Bingxiang,Li Pengfeng,Ma Jian,et al.Experimental investigation on the basic law of hydraulic fracturing after water pressure control blasting[J].Rock Mechanics and Rock Engineering,2014,47(4):1321-1334.

[11]Huang Bingxiang,Liu Jiangwei.The effect of loading rate on the behavior of samples composed of coal and rock[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences,2013,61:23-30.

[12]付軍輝，黃炳香，林府進(jìn)，等.煤層水力致裂對采場圍巖應(yīng)力擾動(dòng)的影響[J].山東科技大學(xué)(自然科學(xué)版)，2012，31(3)：59-65.

Fu Junhui,Huang Bingxiang,Lin Fujin,et al.Effect of hydraulic fracturing of coal seam on the stress disturbance in surrounding rock of working face[J].Journal of Shandong University of Science and Technology (Nature Science),2012,31(3):59-65.

[13]馮峰.煤巖體水力致裂期間的應(yīng)力擾動(dòng)規(guī)律研究[D].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，2013.

[14]程慶迎，黃炳香，李增華，等.煤體固液耦合的結(jié)構(gòu)及滲透性演變規(guī)律[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2012，29(3)：400-406.

Cheng Qingying，Huang Bingxiang，Li Zenghua,et al.Evolution law of the structure and permeability for coal under solid-liquid coupling[J].Journal of Mining and Safety Engineering,2012,29(3):400-406.

[15]黃炳香，程慶迎，陳樹亮，等.突出煤層深孔水力致裂驅(qū)趕與淺孔抽采消突研究[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，42(5)：1-11.

Huang Bingxiang,Cheng Qingying,Chen Shuliang,et al.Study of coal seam outburst mitigation by deep hole hydro-fracturing and shallow hole methane drainage[J].Journal of China University of Mining and Technology,2013,42(5):1-11.

[16]陳樹亮.含瓦斯煤層水力致裂的瓦斯驅(qū)趕實(shí)驗(yàn)研究[D].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，2015.

[17]Hubbert M K,Willis D G.Mechanics of hydraulic fracturing[J].Trans.AIME 210,1957：153-166.

[18]Haimson B,Fairhurst C.Hydraulic fracturing in porous-permeable materials[J].Journal of Petroleum Technology,1969：811-817.

[19]Olovyanny A G.Mathematical modeling of hydraulic fracturing in coal seams[J].Journal of Mining Science,2005,41(1):61-67.

[20]Lenoach B.The crack tip solution for hydraulic fracturing in a permeable solid[J].Journal of the Mechanics and Physics of Solids,1995,43(7):1025-1043.

[21]Tang C A,Tham L G,Lee P K K,et al.Coupling analysis of flow,stress and damage (FSD) in rock failure[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences,2002,39(4):477-489.

[22]Takatoshi I.Effect of pore pressure gradient on fracture initiation in fluid saturated porous media:Rock[J].Engineering Fracture Mechanics,2008,75:1753-1762.

[23]Roegiers J C,Bennaceur K.Stress relief by hydraulic fracturing-dream or reality?[A].Proc.ISRM International Symposium on Static and Dynamic Considerations in Rock Engineering[C].Rotterdam:A A Balkema,1990:257-263.

[24]趙陽升，楊棟，胡耀青，等.低滲透煤儲(chǔ)層煤層氣開采有效技術(shù)途徑的研究[J].煤炭學(xué)報(bào)，2001，26(5)：455-458.

Zhao Yangsheng,Yang Dong,Hu Yaoqing,et al.Study on the effective technology way for mining methane in low permeability coal seam[J].Journal of China Coal Society,2001,26(5):455-458.

[25]Wang H,Liao X,Ding H.Monitoring and evaluating the volume fracturing effect of horizontal well[J].Journal of Natural Gas Science and Engineering,2015:498-502.

[26]Guo T K,Cheng S,Qu Z Q.Experimental study of hydraulic fracturing for shale by stimulated reservoir volume[J].Fuel,2014:373-380.

[27]Hossain M M,Rahmank S S.Volumetric growth and hydraulic conductivity of naturally fractured reservoirs during hydraulic fracturing:A case study using Australian conditions[J].SPE 63173,2007.

[28]Mayerhofer M J,Lolon E P,Youngblood J E,et al.Integration of microseismic fracture mapping results with numerical fracture network production modeling in the Barnett shale[J].SPE 102103,2006.

[29]Huang Bingxiang,Yu Bin,Feng Feng,et al.Field investigation into directional hydraulic fracturing for hard roof in Tashan Coal Mine[J].Journal of Coal Science & Engineering (China),2013,19(2):153-159.

[30]Huang Bingxiang,Wang Youzhuang,Cao Shenggen.Cavability control by hydraulic fracturing for top coal caving in hard thick coal seams[J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences,2015,74:45-57.

Basic problems of hydraulic fracturing for mining and control zone gas in coal seams

HUANG Bing-xiang1，2，CHEN Shu-liang3，CHENG Qing-ying3

(1.KeyLaboratoryofDeepCoalResourceMining,MinistryofEducationofChina,ChinaUniversityofMining&Technology,Xuzhou221116,China;

2.SchoolofMines,ChinaUniversityofMining&Technology,Xuzhou221116,China;3.FacultyofSafetyEngineering,ChinaUniversityofMining&Technology,Xuzhou221116,China)

Abstract:The mineral composition,structural system and gas adsorption and desorption effects result in the complexity of hydraulic fracturing in gassy coal seam.The technology of coal seam hydraulic fracturing for regional gas control is still at its initial stage at present.Basic framework of theory,technology and equipment of coal seam hydraulic (fluid) fracturing for regional gas control was proposed.Based on the analysis of physical and chemical property of coal seam,mechanic mechanism of coal seam hydraulic fracturing and the basic spatial morphology of hydraulic fracture were preliminarily given.The effects of physical and chemical process,structural transformation,permeability increasing,stress disturbance,displacement methane and water lock of hydraulic fracturing were analyzed.Took the pore pressure gradient as entry point,intensive study should be conducted on the theoretical problems of coal seam hydraulic fracturing.The theoretical problems include the mesoscopic fracture mechanism,the stress disturbance effect and evaluation methodology,the mechanism of volume fracturing mechanism,the displacement methane effect,the migration law and embedding property of the proppant,and the drainage and mining law.As for the displacement methane effect,its advantages should be used and its disadvantages should be by passed to upgrade hydraulic fracturing for gassy coal seam to hydraulic fracturing displacement methane level.Technical problems such as technology security evaluation criteria,technology,reasonable pumping flow,monitoring of the hydraulic fracture propagation and its effect,application condition and standard require deep-going researches.A set equipment of hole sealing system,analysis software and measurement and control system were developed for underground coal seam hydraulic fracturing for regional gas control.

Key words:gassy coal seam;hydraulic fracturing;fracture propagation;stress disturbance;desorption

中圖分類號:TD712

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號:0253-9993(2016)01-0128-10

作者簡介:黃炳香(1978—)，男，湖北通城人，教授，博士生導(dǎo)師，博士。Tel:0516-83590567,E-mail:huangbingxiang@cumt.edu.cn

基金項(xiàng)目:國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51522406)；江蘇省“六大人才高峰”資助項(xiàng)目(2014-ZBZZ-007)；江蘇省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(BK20150188)

收稿日期:2015-08-15修回日期:2015-10-28責(zé)任編輯:韓晉平

黃炳香，陳樹亮，程慶迎.煤層壓裂開采與治理區(qū)域瓦斯的基本問題[J].煤炭學(xué)報(bào),2016,41(1):128-137.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2015.9024

Huang Bingxiang，Chen Shuliang，Cheng Qingying.Basic problems of hydraulic fracturing for mining and control zone gas in coal seams[J].Journal of China Coal Society,2016,41(1):128-137.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2015.9024