劉 程，孫東玲，武文賓，李良偉，孫中光

(1.瓦斯災(zāi)害監(jiān)控與應(yīng)急技術(shù)國家重點實驗室，重慶 400037；2.中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶 400039)

中國是具有自己資源特色的礦產(chǎn)資源大國，伴隨新一輪科技革命的孕育興起，大數(shù)據(jù)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)、遙感探測等前沿技術(shù)與采礦業(yè)交叉融合，采礦業(yè)發(fā)展的新動能日益強勁，為礦業(yè)轉(zhuǎn)型升級、創(chuàng)新發(fā)展帶來了革命性機遇。智能化是采礦業(yè)發(fā)展的必由之路，是提高煤礦企業(yè)核心競爭力、實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的必然選擇[1-3]。瓦斯災(zāi)害仍是我國煤礦開采的主要災(zāi)害，礦井下瓦斯抽采對瓦斯災(zāi)害治理、保障煤礦安全高效生產(chǎn)、促進煤層氣資源開發(fā)利用及減輕溫室氣體排放都具有重要意義[4]。煤礦瓦斯抽采效率及其超前范圍的突破性提升對瓦斯抽采地質(zhì)條件的精細探測、大范圍區(qū)域抽采提出了新的技術(shù)需求[5-6]。

隨著礦井瓦斯防治技術(shù)研究及裝備水平的提升，我國煤礦瓦斯災(zāi)害防治已完成了由局部治理向區(qū)域治理的演進[7-9]。煤礦井下定向鉆進技術(shù)具有鉆孔軌跡可控、孔深大、瓦斯抽采效率高等特點，已成為中硬煤層高效抽采的主要手段[10-12]；地面鉆井預(yù)抽煤層氣或抽采采動區(qū)瓦斯已是我國煤層氣開發(fā)及煤礦瓦斯災(zāi)害治理的重要發(fā)展方向之一[13-14]；分段水力壓裂技術(shù)實現(xiàn)了大范圍煤層整體增滲的目的，提高了瓦斯抽采效率[15-17]；長距離密閉取心技術(shù)解決了無巷化的煤層參數(shù)測定及治理效果評價[18-20]。相對傳統(tǒng)巷道瓦斯抽采治理模式，上述分支技術(shù)在適宜礦區(qū)已體現(xiàn)出良好的技術(shù)優(yōu)勢。筆者以“物探鉆探?區(qū)域防治?增滲抽采?預(yù)測預(yù)警”為技術(shù)主線，梳理出當(dāng)前瓦斯治理先進技術(shù)，并對我國未來瓦斯災(zāi)害超前大區(qū)域精準防控技術(shù)體系及發(fā)展方向進行展望。

1 我國煤礦瓦斯災(zāi)害精準防治先進技術(shù)

1.1 大區(qū)域超前隨鉆地質(zhì)勘探及物探預(yù)測技術(shù)

1.1.1 定向鉆孔超前地質(zhì)探測技術(shù)

水平定向長鉆孔鉆進技術(shù)具有長距離和定向施工功能，結(jié)合隨鉆測量系統(tǒng)與側(cè)鉆分支技術(shù)，可精準探測煤層頂?shù)装濉⒚簩悠鸱?、地質(zhì)構(gòu)造等；對于煤層厚度差異性系數(shù)較大的區(qū)域、構(gòu)造區(qū)等，可劃定為防突重點區(qū)域，測定該區(qū)域的瓦斯含量以指導(dǎo)鉆孔優(yōu)化設(shè)計。

礦用隨鉆測量系統(tǒng)已發(fā)展為有線[21]與無線[22]兩大技術(shù)系列(圖1)，有線隨鉆測量系統(tǒng)存在特制定向鉆具等問題；無線隨鉆測量系統(tǒng)則降低了對特制定向鉆具的要求，應(yīng)用更加靈活，目前已形成泥漿脈沖、電磁波、聲波、智能鉆桿、光纖等5 種傳輸方式，其中煤礦井下以泥漿脈沖和電磁波兩種方式為主(圖1b)。

圖1 定向鉆孔超前地質(zhì)探測技術(shù)原理Fig.1 Principle of directional borehole advanced geological exploration technology

1.1.2 鉆孔精細化物探新技術(shù)與裝備

隨著煤礦開采不斷向深部發(fā)展，礦井地質(zhì)條件愈加復(fù)雜，對治理區(qū)域的構(gòu)造和瓦斯富集區(qū)進行超前精準探測是實現(xiàn)復(fù)雜地質(zhì)條件下瓦斯災(zāi)害高效、精準防治的重要前提，而傳統(tǒng)鉆孔探測技術(shù)(鉆孔取心、鉆孔孔壁成像、常規(guī)地球物理測井等)在探測精度、準確度、探測距離等方面均難以滿足需求。針對上述問題，采用高頻電磁波作為“光源”，通過煤巖電性參數(shù)與衰減規(guī)律，研究孔巷電磁波成像技術(shù)和探測工藝，可在井下巷道、鉆孔內(nèi)用CT 成像顯示工作面內(nèi)部地質(zhì)構(gòu)造和瓦斯富集區(qū)，可有效指導(dǎo)井下瓦斯抽采工作[23-24](圖2)。

圖2 鉆孔電磁波透視原理及裝備Fig.2 Drilling electromagnetic wave perspective principle and equipment

煤礦井下瓦斯富集區(qū)與地質(zhì)構(gòu)造帶、構(gòu)造煤等具有較高的重合度，瓦斯富集區(qū)與正常區(qū)域煤體的物性參數(shù)、電性參數(shù)有較大的差異，地震彈性波法可對這一動態(tài)差異進行有效判識。地震彈性波法(圖3)通過探測前方每個波阻抗變化的界面，如在地層面、煤巖界面、斷層面、應(yīng)力集中帶等可產(chǎn)生反射波，可查明瓦斯富集區(qū)[25]。

圖3 礦井巷道地震波反射超前探測及實際工程判識Fig.3 Mine roadway seismic wave reflection advanced detection and actual engineering identification

1.1.3 瓦斯含量長距離取心技術(shù)及裝備

煤層瓦斯含量是進行突出危險性預(yù)測、抽采設(shè)計、瓦斯治理效果評判的重要基礎(chǔ)參數(shù)。多年來，煤礦井下和地面瓦斯(煤層氣)含量均采用解吸法進行測定，其測定的氣含量包括損失氣、解吸氣和殘余氣3 部分。由于取心過程中一定量的氣體逸散，業(yè)界普遍認為采用目前的測試方法測試得到的煤層瓦斯(煤層氣)含量結(jié)果偏低。經(jīng)過國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”科技攻關(guān)，研發(fā)出煤礦地面及井下煤層密閉取心裝置和測試技術(shù)，使得地面瓦斯解吸可測定時間大幅向前推移，極大地縮短了取樣過程中煤樣暴露時間，可有效提高煤層氣含量測試結(jié)果的準確性。

地面密閉取心的技術(shù)原理是通過空壓機將壓縮空氣經(jīng)雙壁鉆桿內(nèi)外管環(huán)隙輸送到孔底鉆頭，利用鉆頭的導(dǎo)流性，使壓縮空氣攜帶煤樣向鉆頭的內(nèi)通道成反方向進入雙壁鉆桿的內(nèi)管，直至返出地面，并將煤樣進行收集裝入密封罐(圖4)。經(jīng)過“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”項目攻關(guān)，構(gòu)建了地面井反循環(huán)取樣瓦斯損失量補償模型，研發(fā)了一種孔底控樣粒度并快速促成反循環(huán)效應(yīng)結(jié)構(gòu)鉆頭、煤樣低碰撞穩(wěn)態(tài)快速上返結(jié)構(gòu)雙壁鉆桿等反循環(huán)取樣裝置[26]，該項技術(shù)適用于常見地層1 000 m 以淺的地面井取樣測定瓦斯含量。

圖4 地面密閉取心裝置Fig.4 Ground closed coring device

井下定向長鉆孔密閉取心技術(shù)[27-28]是指在取樣過程中，盡可能保持煤樣的原始狀態(tài)，減少瓦斯解吸造成的含量損失。工程應(yīng)用表明，密閉取心裝置(圖5)可以避免煤心的暴露時間，減少取心過程中的瓦斯逸散損失，簡化瓦斯含量測試過程，提高測試精度。目前該技術(shù)取樣深度已超500 m，最高密閉壓力達到11.5 MPa，技術(shù)成果已在山西晉城、安徽淮南等地成功應(yīng)用[20,29-30]。

圖5 井下取心裝置[27]Fig.5 Coring device in underground coal mine coring device[27]

1.2 大區(qū)域瓦斯抽采技術(shù)

高可靠性的大區(qū)域瓦斯抽采技術(shù)是實現(xiàn)超前精準治理的核心手段。目前大區(qū)域瓦斯抽采技術(shù)分為地面抽采技術(shù)及井下抽采技術(shù)，如圖6 所示，包括：新建礦井及井下規(guī)劃區(qū)優(yōu)先選擇地面抽采瓦斯，實現(xiàn)“先抽后建”[31-32]或“先抽后開拓”；厚硬煤的礦區(qū)準備區(qū)域可以選擇地面井聯(lián)合井下順煤層長鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯[33]；頂板長鉆孔群抽采卸壓等。

圖6 大區(qū)域地面及井上下聯(lián)合瓦斯抽采技術(shù)[32]Fig.6 Large area surface and underground gas drainage technology[32]

1.2.1 井下定向長鉆孔大區(qū)域瓦斯治理技術(shù)

定向鉆進技術(shù)可通過孔底螺桿馬達控制鉆孔軌跡，避免產(chǎn)生瓦斯治理盲區(qū)，實現(xiàn)瓦斯治理的精準化，現(xiàn)已形成了一套成熟的基于定向長鉆孔的井下瓦斯治理模式。當(dāng)前鉆孔深度最高記錄為3 353 m[34]，為實現(xiàn)煤礦井下大區(qū)域超前瓦斯防治提供了有力支撐?；夭善陂g，還可借助頂板大直徑定向鉆孔進行采動區(qū)和采空區(qū)瓦斯抽采，為治理鄰近層瓦斯涌出、上隅角瓦斯和解決回風(fēng)流瓦斯?jié)舛瘸薜葐栴}提供了新途徑。

1)煤巷條帶定向長鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯技術(shù)

傳統(tǒng)的煤巷條帶穿層密集鉆孔消突技術(shù)存在措施巖巷及穿層孔工程量大、治理成本高，鉆機搬運頻繁、效率低，穿層孔有效見煤段短、利用率低，鉆孔軌跡不可控，易產(chǎn)生瓦斯治理盲區(qū)等諸多問題。定向長鉆孔預(yù)抽煤巷條帶瓦斯技術(shù)是通過在煤層中施工定向長鉆孔及分支鉆孔預(yù)抽煤巷條帶瓦斯(圖7)，可有效替代“穿層鉆孔預(yù)抽煤巷條帶煤層瓦斯技術(shù)”，實現(xiàn)無巷化的瓦斯治理[35-37]。

圖7 定向長鉆孔預(yù)抽煤巷條帶瓦斯技術(shù)Fig.7 Coal seam gas technology of directional long borehole predrainage roadway strip

2)定向長鉆孔遞進式瓦斯抽采技術(shù)

順層鉆孔預(yù)抽區(qū)段煤層瓦斯可實現(xiàn)對整個回采區(qū)域、兩側(cè)回采巷道及外側(cè)一定范圍煤層的控制。常規(guī)回轉(zhuǎn)鉆進技術(shù)無法保障鉆孔軌跡，因此常用定向鉆機施工預(yù)抽區(qū)段煤層瓦斯鉆孔，實現(xiàn)對控制區(qū)域的精準治理，通過遞進式抽采方式還可覆蓋至下一個工作面的回采區(qū)域及回采巷道，實現(xiàn)瓦斯的超前治理(圖8)。該項技術(shù)是當(dāng)前滿足智能化開采前瓦斯高效快速治理的有效手段[38-39]。

圖8 遞進式抽采Fig.8 Progressive extraction

3)定向長鉆孔卸壓瓦斯抽采技術(shù)

工作面回采過程中，采空區(qū)遺煤和鄰近層卸壓瓦斯在工作面采空區(qū)及頂板采動裂縫內(nèi)聚集，容易造成工作面上隅角和回風(fēng)流瓦斯超限。頂板高位巖石定向長鉆孔是治理頂板采動卸壓瓦斯的有效手段，相對高位巷，具有抽采效果穩(wěn)定、布置靈活、抽采范圍廣、綜合成本低等優(yōu)點(圖9)。ZYWL23000DS 型定向鉆機作為“十三五”國家科技重大專項的最新科研成果[40]，已實現(xiàn)200 mm 直徑鉆孔的一次開孔。

圖9 頂板定向長鉆孔卸壓瓦斯抽采技術(shù)Fig.9 Drainage and gas relief technology from long boreholes in roof direction

1.2.2 地面井瓦斯治理技術(shù)

地面井瓦斯治理模式主要分為地面井預(yù)抽煤層瓦斯技術(shù)及地面井卸壓瓦斯抽采技術(shù)兩大類。

《防治煤與瓦斯突出細則》(2019 版)[41]規(guī)定：“應(yīng)當(dāng)對首采區(qū)內(nèi)評估有突出危險且瓦斯含量大于等于12 m3/t的煤層進行地面井預(yù)抽煤層瓦斯，預(yù)抽采率應(yīng)當(dāng)達到30%以上”。地面井預(yù)抽煤層瓦斯技術(shù)是通過在地面施工鉆井至煤層或鄰近煤層位置，再通過水力壓裂增滲技術(shù)[42-44]，實現(xiàn)瓦斯的抽采。根據(jù)井身結(jié)構(gòu)的不同，又分為地面直井、L 型水平井、U 型水平井、叢式井等。目前，該技術(shù)在沁水盆地、鄂爾多斯盆地等中硬煤礦區(qū)已有廣泛應(yīng)用。

地面井抽采卸壓瓦斯技術(shù)是通過在地面施工鉆井至開采煤層上覆巖層中的裂隙帶內(nèi)，抽采因煤層開采卸壓過程中的鄰近煤層瓦斯、采空區(qū)瓦斯及采動區(qū)瓦斯。相對高位巷及高位定向長鉆孔而言，地面井抽采卸壓瓦斯技術(shù)具有控制范圍大、抽采量大、施工技術(shù)成熟度高、不受井下采掘工程影響等優(yōu)點。為降低瓦斯治理成本，“十三五”期間還發(fā)明了地面預(yù)抽井改造采動井技術(shù)，并在晉城礦區(qū)推廣應(yīng)用中，真正地實現(xiàn)了“一井多用”[45-47]。其中，山西晉城礦區(qū)寺河礦采動區(qū)L 型井連續(xù)運行1 年5 個月，平均瓦斯抽采量1.88 萬m3/d，平均甲烷體積分數(shù)62.2%，累計抽采量650 萬m3，采煤工作面甲烷體積分數(shù)平均降低55%[32](圖10)。山西晉城礦區(qū)岳城礦采動區(qū)地面直井連續(xù)運行4 年多，實現(xiàn)了采動區(qū)與采空區(qū)的聯(lián)動抽采，平均抽采瓦斯純量0.85 萬m3/d，平均甲烷體積分數(shù)48.3%，累計抽采瓦斯純量1 000 萬m3以上，保障了采煤工作面安全生產(chǎn)。

圖10 晉城礦區(qū)寺河礦L 型地面井卸壓瓦斯抽采技術(shù)Fig.10 L-shaped surface well pressure relief gas drainage in Sihe mine，Jincheng coal mine

1.3 水力壓裂增滲技術(shù)

定向長鉆孔或地面井從形式上解決了精準鉆井或者以孔代巷的目的。國內(nèi)高突礦井中低透氣性煤層的比例超過90%，普遍存在“打得進、抽不出”的現(xiàn)狀，若要實現(xiàn)高效抽采，還需實施一定的增滲措施。水力壓裂廣泛應(yīng)用于油氣、煤層氣等開發(fā)，但對松軟煤層提高瓦斯抽采效果的成功率極低，普遍認為不適于軟煤增滲，其主要問題是軟煤壓裂機理不清、工藝技術(shù)與配套裝備不適宜。因此形成了松軟煤層頂板長鉆孔穿層壓裂或頂板長鉆孔分支鉆孔水力壓裂技術(shù)和松軟煤層直接壓裂塑性固化技術(shù)。其中，松軟煤層頂板L 型井穿層壓裂或頂板長鉆孔梳狀鉆孔水力壓裂技術(shù)以安徽淮北、陜西韓城礦區(qū)為代表[48-51]，主要通過地面L 型井頂板水平段分段水力壓裂或頂板長鉆孔梳狀鉆孔壓裂來解決松軟煤層內(nèi)鉆孔施工難、壓裂封孔難、壓裂后易塌孔的問題。

針對水力壓裂不適用于軟煤的普遍認識以及軟煤缺乏有效直接卸壓增滲技術(shù)手段的難題，突破水力壓裂脆性致裂的局限，業(yè)內(nèi)提出了松軟煤層水力壓裂“微縫網(wǎng)循環(huán)延展塑性固化”增滲機理[52-54]，構(gòu)建了以煤層物理力學(xué)參數(shù)及地應(yīng)力為核心的壓裂關(guān)鍵工藝參數(shù)和壓裂效果參數(shù)計算方法，基于分段扶正壓裂封隔器工具串(圖11)，形成了適用于不同地質(zhì)條件的4 種壓裂工藝：順煤層單封整體壓裂、跨式雙封整體壓裂、拖動分段壓裂、協(xié)同分段壓裂，經(jīng)大量現(xiàn)場工業(yè)性試驗驗證，上述技術(shù)可有效解決松軟低滲煤層分段水力壓裂增滲工藝技術(shù)難題。山西陽泉寺家莊礦實現(xiàn)了200 m 范圍的整體卸壓與增滲，透氣性系數(shù)提高10～26 倍，瓦斯抽采效果平均提高3 倍以上，如圖12所示，在工程量、治理成本、達標時間三方面均取得顯著效益。

圖11 分段壓裂封隔器工具串Fig.11 Staged fracturing packer

圖12 陽泉寺家莊礦水力壓裂抽采效益Fig.12 The benefits of hydraulic fracturing in Sijiazhuang,Yangquan

1.4 非接觸式連續(xù)預(yù)測及智能預(yù)報警技術(shù)

傳統(tǒng)災(zāi)害預(yù)測方法基本上以點預(yù)測為主，預(yù)測范圍小，無法全面、客觀反映工作面前方危險性大小，耗時較長，預(yù)測鉆孔施工質(zhì)量的穩(wěn)定性無法驗證，受人為因素影響較大，不能實現(xiàn)連續(xù)、動態(tài)、智能化的準確預(yù)測，接觸式的非連續(xù)預(yù)測已不適應(yīng)當(dāng)前智能化礦井建設(shè)發(fā)展的需求，嚴重制約了智能掘進及智能開采等先進生產(chǎn)力的釋放。通過研究采掘過程中的應(yīng)力變化規(guī)律、瓦斯涌出數(shù)據(jù)，結(jié)合瓦斯地質(zhì)動態(tài)分析等技術(shù)，形成了基于聲發(fā)射的動力災(zāi)害在線連續(xù)預(yù)測技術(shù)及基于瓦斯地質(zhì)與瓦斯涌出量智能動態(tài)預(yù)測預(yù)報技術(shù)。

1.4.1 基于聲發(fā)射的煤巖動力災(zāi)害預(yù)測技術(shù)

聲發(fā)射技術(shù)是一種動態(tài)無損檢測技術(shù)，可實現(xiàn)連續(xù)動態(tài)的實時監(jiān)測、減少工程成本及人為測量誤差，提高災(zāi)害預(yù)測準確性，是一種極具應(yīng)用前景的煤礦動力災(zāi)害非接觸式連續(xù)預(yù)測技術(shù)[55]。

YSFS(A)型煤巖瓦斯動力災(zāi)害聲發(fā)射實時在線監(jiān)測系統(tǒng)(圖13)，通過采集掘進及回采過程中聲發(fā)射信號，捕捉開采過程中動力現(xiàn)象或災(zāi)害發(fā)生的前兆信息，對工作面的煤巖瓦斯動力現(xiàn)象或災(zāi)害進行實時、動態(tài)、超前判識預(yù)警。在河南平煤十礦應(yīng)用以來，成功超前監(jiān)測預(yù)警了多次以地應(yīng)力為主導(dǎo)的煤體片幫造成的瓦斯超限事故，可在事故發(fā)生前6～10 h 發(fā)出災(zāi)害預(yù)警，為礦井防突工作提供了明確直觀的預(yù)警信號。

圖13 煤巖瓦斯動力災(zāi)害聲發(fā)射實時在線監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)Fig.13 Real-time online acoustic emission monitoring and warning system for coal and rock gas dynamic disaster

1.4.2 基于瓦斯地質(zhì)與瓦斯涌出量智能動態(tài)預(yù)測預(yù)報技術(shù)

在瓦斯地質(zhì)參數(shù)數(shù)字化的基礎(chǔ)上，結(jié)合鉆探、物探技術(shù)，通過瓦斯地質(zhì)智能分析技術(shù)自動分析礦井到工作面的瓦斯賦存主控因素及瓦斯地質(zhì)規(guī)律；通過自動收集采掘過程中的各類瓦斯涌出量，動態(tài)分析瓦斯解吸、瓦斯含量、瓦斯涌出量波動及瓦斯涌出量趨勢指標，在智能算法綜合判斷的基礎(chǔ)上自動判識突出危險區(qū)，實現(xiàn)實時動態(tài)預(yù)測。瓦斯地質(zhì)動態(tài)分析及預(yù)警系統(tǒng)和KJA 瓦斯涌出動態(tài)特征突出預(yù)警系統(tǒng)在全國14 次突出事故預(yù)報中，實現(xiàn)了空間上提前5～15 m，時間上提前2～6 個作業(yè)班次[56-58]，圖14 為瓦斯地質(zhì)動態(tài)分析效果。

圖14 某礦瓦斯地質(zhì)與瓦斯涌出智能動態(tài)預(yù)測Fig.14 Gas geology and intelligent dynamic prediction of gas emission

2 大區(qū)域瓦斯精準防控技術(shù)體系展望

2.1 深孔隨鉆測試技術(shù)

大區(qū)域瓦斯治理技術(shù)的前提是詳細掌握治理區(qū)域的瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)和地質(zhì)特征。當(dāng)前瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測試技術(shù)存在測試周期長、過程繁瑣、隨鉆測定參數(shù)較少等諸多問題，以信息化、智能化為特征的精準快速測定技術(shù)與裝備的發(fā)展已迫在眉睫。目前，煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)及地質(zhì)特征的隨鉆測試技術(shù)有隨鉆取樣及隨鉆流體分析兩大技術(shù)系列[59]，隨鉆流體分析主要通過核磁探測、伽馬、雷達等方式可以實現(xiàn)煤巖及地質(zhì)異常體識別、瓦斯壓力、瓦斯含量、鉆孔放散初速度及煤層滲透率等參數(shù)測定功能，通過隨鉆測量的方式，在施工鉆孔的同時，實現(xiàn)對煤層瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)及地質(zhì)特征的“同步測、超前測、精準測”，滿足大型高產(chǎn)礦井智能快速采掘?qū)ν咚钩椴傻牡刭|(zhì)條件精細探測需求[60]。

2.2 地面與井上下聯(lián)合高效開發(fā)技術(shù)與裝備

瓦斯災(zāi)害快速治理根本是瓦斯抽采的快速增量上產(chǎn)，以提升探測精度、鉆井長度、壓裂規(guī)模、抽采評價為抓手，以提升裝備智能化、提高增滲效率和范圍為手段，通過研究井上下聯(lián)合壓裂長鉆孔高效抽采瓦斯技術(shù)及裝備、地面水平井體積壓裂高效開發(fā)技術(shù)(圖15)、地面井生產(chǎn)動態(tài)診斷與改造增產(chǎn)技術(shù)及裝備、地面井抽排一體化關(guān)鍵技術(shù)及裝備，可實現(xiàn)煤礦區(qū)煤層氣區(qū)域化高效開發(fā)及快速增產(chǎn)。

圖15 地面精準壓裂技術(shù)Fig.15 Surface precision fracturing technology

2.3 煤礦井下區(qū)域化增滲抽采技術(shù)

隨著開采深度的增加，煤礦井下區(qū)域化增滲強化抽采將是關(guān)鍵舉措。相較于地面增滲抽采，煤礦井下實施區(qū)域化增滲具有抽采效率高、成本低、布置靈活，尤其是分段壓裂技術(shù)增加了增滲均勻性?；诿簩訄怨绦韵禂?shù)分為軟煤區(qū)域化增滲和中硬煤層區(qū)域化增滲兩種場景。未來針對松軟煤層定向鉆進難、遇水易塌孔的問題，需要攻克近煤層頂?shù)装宥ㄏ蜷L鉆孔定向射孔分段壓裂壓穿煤層技術(shù)、梳狀鉆孔隨鉆壓裂技術(shù)，而在中硬煤層中需攻克超深孔多分段協(xié)同壓裂增滲技術(shù)。

煤礦井下區(qū)域化增滲裝備方面，區(qū)域化超大流量變頻調(diào)壓壓裂泵組的研發(fā)可保障井下增滲作業(yè)強度、增加增滲范圍和效率。此外，井下大流量智能化壓裂集群工廠需重點研究具備壓裂參數(shù)自動計算與輸出、壓裂參數(shù)自動控制執(zhí)行、模塊化泵組調(diào)用等功能的大流量集群系統(tǒng)，實現(xiàn)壓裂過程手機APP 監(jiān)控、智能化一鍵壓裂、地層壓裂液濾失和地質(zhì)異常判定，實時智能調(diào)控壓裂參數(shù)。井下小體積裸眼長鉆孔連續(xù)油管分段射孔壓裂一體化技術(shù)與裝備，重點解決定向長鉆孔分段壓裂利用鉆機鉆桿不連續(xù)和操作復(fù)雜的缺點，實現(xiàn)定向長鉆孔，分段數(shù)據(jù)一鍵輸入智能式連續(xù)回退不停機壓裂工藝。尤其適合鄰近煤層頂?shù)装宥ㄏ蛏淇讐毫岩惑w化作業(yè)的高效實施，還可在未增透的定向鉆孔進行補壓裂或二次壓裂增透。

2.4 區(qū)域精準預(yù)測及智能預(yù)報警技術(shù)

瓦斯超限預(yù)警技術(shù)有待在高精度瓦斯信息監(jiān)測設(shè)備、瓦斯前兆信息分析理論方面突破。首先基于多源信息融合的預(yù)警偏差修正模型，以瓦斯涌出量、瓦斯解吸量、瓦斯涌出參數(shù)動態(tài)趨勢等突出危險性的瓦斯特征指標綜合分析模型，融合應(yīng)力、隨鉆探測等結(jié)果形成真正多源信息融合區(qū)域化精準預(yù)測預(yù)警技術(shù)。瓦斯復(fù)合動態(tài)災(zāi)害風(fēng)險監(jiān)測識別與預(yù)警技術(shù)應(yīng)基于傳統(tǒng)方法與先進技術(shù)相結(jié)合、靜態(tài)預(yù)測與實時動態(tài)預(yù)警、鉆屑法多指標綜合檢測技術(shù)與煤溫、電荷、聲發(fā)射、微震、電磁輻射等連續(xù)監(jiān)測技術(shù)。主要識別煤與瓦斯復(fù)合動力災(zāi)害發(fā)生過程中煤巖裂縫與氣流多參數(shù)(應(yīng)力、地聲、微震、電磁感應(yīng))耦合的前兆特征。利用人工智能和深度學(xué)習(xí)技術(shù)，發(fā)展煤與瓦斯復(fù)合動力災(zāi)害多參數(shù)前兆特征智能識別方法。深入研究瓦斯復(fù)合動力災(zāi)害遠程監(jiān)測預(yù)警云平臺架構(gòu)，構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)和云計算的瓦斯復(fù)合動力災(zāi)害時空多參數(shù)信息自動識別預(yù)警理論和技術(shù)體系，形成從風(fēng)險信息感知、數(shù)據(jù)挖掘、監(jiān)測預(yù)警到遠程云平臺共享的一體化有機框架，從而全面提高我國煤礦瓦斯災(zāi)害風(fēng)險隱患管控能力和瓦斯治理水平。

3 結(jié) 論

a.目前已基本構(gòu)建了基于隨鉆地質(zhì)勘探及預(yù)測技術(shù)、地面及井下區(qū)域化增滲抽采技術(shù)、瓦斯防治效果評價、煤巖動力災(zāi)害預(yù)測預(yù)警等關(guān)鍵技術(shù)組成的煤礦大區(qū)域瓦斯治理技術(shù)體系，各分支技術(shù)已在特定地質(zhì)條件礦區(qū)取得良好效果，為煤礦瓦斯災(zāi)害超前大區(qū)域精準防控奠定了基礎(chǔ)。

b.為實現(xiàn)真正的超前、精準、高效及可靠的煤礦大區(qū)域超前瓦斯治理技術(shù)，仍需在地面及井下瓦斯壓力精準測定、頂?shù)装彘L鉆孔分段射孔壓裂增滲、分支鉆孔壓裂增滲、區(qū)域化煤巖瓦斯運移規(guī)律、瓦斯超限預(yù)警等方面開展技術(shù)攻關(guān)，以完善大區(qū)域瓦斯精準治理技術(shù)體系。

c.針對新形勢下煤礦安全發(fā)展新要求，以信息化、智能化為特征的瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)精準快速測定技術(shù)與裝備、地面與井上下聯(lián)合高效開發(fā)技術(shù)與裝備，將是今后重點攻關(guān)研究的方向，為實現(xiàn)煤礦區(qū)煤層氣區(qū)域化高效開發(fā)及快速增產(chǎn)提供有力的技術(shù)與裝備支撐。

“十四五”及未來更長一段時間內(nèi)，煤礦瓦斯災(zāi)害防治將以信息化、智能化為引導(dǎo)，以“物探鉆探?區(qū)域防治?增滲抽采?預(yù)測預(yù)警”為主線重點攻關(guān)，形成成熟的超前大區(qū)域精準防控技術(shù)體系，支撐煤炭工業(yè)轉(zhuǎn)型升級和高質(zhì)量發(fā)展。