高效增透復合技術在低滲透煤層瓦斯抽采中的應用研究

候清峰

摘要：基于保證低滲透煤層瓦斯抽采的成效，降低危險發生幾率的目的，一般運用高效增透復合技術，達到確保安全、高效性的目的。如何將高效增透復合技術在低滲透煤層瓦斯抽采中加以合理應用十分關鍵。筆者基于自身實際工作，主要分析低滲透煤層瓦斯抽采現狀、復合高效增透技術主要內容及應用效果，以供參考。

關鍵詞：增透復合技術;低滲透煤層;瓦斯抽采;效果

受到良好的經濟發展環境的影響，我國的煤炭開采事業獲得了飛速的發展和進步，在國民經濟增長的過程當中發揮出至關重要的推動作用。長期以來，針對低滲透煤層的瓦斯抽采工作來說，所運用的增透處理對策過于單一化，盡管獲得了相應的成效，不過抽采的范圍較小，整體的抽采效率不高，并且耗費的抽采時間過長，面對上述顯現出來的問題和不足，可以依靠高效增透復合技術加以解決，讓瓦斯抽采的質量與效率獲得一定的提升。鑒于此，深入探究與分析高效增透復合技術在低滲透煤層瓦斯抽采當中的具體應用顯得尤為必要，具有重要的研究意義和實踐價值。

1 基本背景

本文以某礦作為寫作背景，其通風核定能力為232.68萬t/a;通風方式為兩翼對角式，風機工作方法為抽出式。北風井安裝兩組風機（一用一備），型號為GAF-26.6-14-1（GZ），電機功率1250kW，南風井安裝兩組風機（一用一備），型號為 GAF26.6-17-2（GZ），電機功率800kW，均為軸流式扇風機，上海鼓風機廠生產。

本礦地面建有高、低負壓永久瓦斯抽采系統，泵站設六臺水環式真空瓦斯抽采泵。其中CBF410-2BV3型四臺，額定抽采量為 156 m3/min，電機功率185kW;2BEC62型兩臺，額定抽采量為245m3/min，電機功率280kW。目前使用型號為2BEC62型和CBF410-2BV3型各一臺，備用2BEC62型一臺、CBF410-2BV3型三臺。抽采主管路直徑426mm。

2 高效增透復合技術相關概述

（一）水力壓裂工藝的說明

通常情況下，該技術主要被運用到抽采鉆孔的布設前提下，并使用鉆孔的方式使高壓水進入至煤塊之內。具體而言，第一，受到高壓的驅動作用，水會順著煤塊內的裂隙進行流動，同時承受著水和毛細管力的重力作用，完成滲透處理，讓煤塊內的相應裂隙與空隙容積形成一定的改變，造成煤塊出現松動的情況;第二，當使用水潤濕煤塊之后，會使煤中的水分與塵粒之間的黏著力得以增強，讓煤變得更脆，相應的彈性模量也下降，有效排除了開采時隱藏的安全隱患。實際上，對于水力壓裂技術而言，封孔技術、預抽瓦斯以及高壓注水等技術均非常重要，發揮出很大的作用。

（二）鉆擴一體化工藝的說明

對于鉆擴一體化工藝而言，其構成部分很多，包括了鉆擴一體化的鉆頭、高壓旋轉水邊辯、鉆桿設備、鉆機設備、高壓膠管裝置、乳化液泵設備以及高壓閥門裝置等等。通常情況下，該技術被運用到穿層孔當中的時候，一般會借助鉆機帶動鉆桿的作用，使擴孔鉆頭能夠以旋轉的形式鉆進去，此時，高壓水會依靠鉆擴一體化的鉆頭噴出相應的高壓水射流徑向與切割煤塊。

3 低滲透煤層瓦斯抽采現狀

根據某礦特有的地質條件，煤層透氣性較差的煤層在預抽瓦斯工作存在以下矛盾：

（1）采用超前排放孔措施需要專用鉆機施工，措施施工時間長，措施孔有效作用距離短，補充措施頻繁，且在煤質比較松軟的情況下鉆孔容易變形或坍塌堵死，影響瓦斯排放效果;

（2）淺孔松動爆破措施一般適用于突出危險性較弱的工作面，當裝藥深度較淺時，形成拋渣爆破，容易誘導突出;

（3）深孔控制爆破措施裝藥工藝比較復雜，不利于推廣應用;

（4）高壓注水措施在鉆孔過程中可能發生瓦斯突出，且注水作用影響范圍有限;

（5）水力擠出是在鉆孔中用水力自動封孔，注水器封孔并向其中注入中高壓水流，擠出過程中也極易引起突出;

（6）預抽瓦斯措施需要較長的抽放時問，僅適用于具備多個工作面輪換掘進作業的條件。

4 復合高效增透技術主要內容及特點

4.1液態CO2相變致裂技術利用瞬間釋放的高壓、高速CO2氣體沖擊煤體產生大量裂隙，在鉆孔周圍形成一片裂隙發育、透氣性好的抽采區域，達到了強化增透目的。

4.2順層鉆孔掏穴擴孔是對已施工的鉆孔實施二次擴孔，使鉆孔孔徑由原來的￠94mm擴大為￠220mm，增大了鉆孔煤層暴露面積和鉆孔周圍煤體卸壓范圍，增強了煤層透氣性，使瓦斯流動場擴大，增加了單孔抽采半徑。

4.3在掏穴鉆孔兩側布置CO2相變致裂爆破孔，當CO2相變致裂產生的應力波傳到煤巖界面時，由于巖石的波阻抗比煤大，其應力波必將大部分發生反射，形成反射拉伸波，又由于巖石的抗拉強度遠小于抗壓強度，煤層底板產生裂隙的同時，煤巖之間也將產生裂隙，與此同時，一部分能量作用于煤層，將煤體破碎，這樣在爆破孔周圍形成立體裂隙，大大增加了煤層的透氣性，并使煤巖體發生位移，再次增大了掏穴鉆孔的煤層暴露面積和鉆孔周圍煤體卸壓范圍，達到提高瓦斯抽采效率的目的。

5 復合增透技術應用效果分析

為了清晰看出煤體爆破后裂隙發育情況，對煤體采取復合增透技術后的裂隙進行模擬。其結果見圖1所示。

從圖1可以看出：當只有兩爆破孔時，在裂紋擴展階段初期爆破孔之間的相互影響是非常小的，裂紋生長均在各自爆生氣體的控制范圍之內。在應力波、爆生氣體產生準靜態應力場和煤體中的瓦斯壓力的共同作用下，兩爆破孔裂隙完全貫通，加速了兩孔間煤體的破碎，形成大量徑向交叉裂隙網，對于有兩個爆破孔和一個掏穴鉆孔存在時，由于掏穴鉆孔為爆破提供了輔助自由面，增加煤體裂隙的產生速度，相變致裂爆破孔之間完全貫通，裂隙發育完全，產生的裂紋、裂隙呈網狀相互交織。并且發現當有掏穴鉆孔存在時，兩爆破孔的裂紋密度明顯大于沒有掏穴鉆孔時的裂紋密度。由于爆破裂紋、裂隙的生成，增加了高瓦斯低透氣性煤層的透氣性，為瓦斯的運移提供了充足的通道。

通過對以上兩種孔間距模型的模擬，可以得出以下結論：

當只有兩個CO2相變致裂爆破孔時，在裂紋擴展階段初期CO2相變致裂爆破孔之間的相互影響是相對較小的，兩CO2相變致裂爆破孔雖然有不同程度的裂隙發育，也可在不同程度上增加煤層透氣性，但在在兩個CO2相變致裂爆破孔中間施工一個掏穴鉆孔的情況時，由于掏穴鉆孔為CO2相變致裂爆破提供了輔助自由面，增加煤體裂隙的產生速度，所以完全貫通所需時間比只有CO2相變致裂爆破孔少，裂隙發育更完全，產生的裂紋、裂隙呈網狀相互交織。并且發現當有掏穴鉆孔存在時，兩CO2相變致裂爆破孔的裂紋密度明顯大于沒有掏穴鉆孔時的裂紋密度。

結語

通過采掘工作面生產的不斷檢驗，充分體現了復合增透技術在低滲透煤層瓦斯抽采中的明顯效果。不但在掘進、回采過程中未出現工作面回風流瓦斯超限現象，回采中上隅角的瓦斯濃度也沒有出現過積聚、超限現象，達到了預期的瓦斯治理效果，實現瓦斯零超限，為工作面的安全生產提供了保證。未發生任何人身安全事故，有利的保障了礦井安全生產。

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（作者單位：冀中能源峰峰集團邯鄲寶峰公司九龍礦）