瓦斯抽采技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀分析

周玉軍

摘 要：針對目前煤礦瓦斯抽采技術(shù)的多樣性，瓦斯事故依然是煤礦亟待解決的問題，且不同礦區(qū)煤層透氣性和煤層賦存存在較大差異，對瓦斯抽采的技術(shù)進(jìn)行了綜合論述，并對目前大多煤礦低滲煤層的強(qiáng)化抽采技術(shù)進(jìn)行了論述，展望了瓦斯抽采的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：瓦斯抽采；低滲煤層；高透氣性；滲透率

中圖分類號：TD712.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.15.136

我國95%以上的煤層屬于高吸附性、高瓦斯含量及低滲透性煤層，滲透率只有1×10-4～1×10-3 md，并且隨著目前開采深度的增加，作用在煤體上的地應(yīng)力較大，導(dǎo)致煤體的裂縫閉合。瓦斯煤礦為突出煤體，煤體呈碎粒狀和糜棱狀的面煤，孔隙發(fā)育而裂隙極其不發(fā)育，瓦斯吸附在煤體顆粒表面，使抽采的難度大大增加。

1 常規(guī)瓦斯抽采技術(shù)研究現(xiàn)狀

1.1 瓦斯抽采技術(shù)發(fā)展歷程

煤層瓦斯流動理論的提出、完善及新型封孔材料的不斷更新，為瓦斯抽采技術(shù)的快速發(fā)展提供了可能性。我國煤層瓦斯抽采技術(shù)的發(fā)展先后經(jīng)歷了4個階段。

1.1.1 高透氣性煤層瓦斯抽采階段

在新中國成立初期的撫順礦區(qū)煤層的瓦斯進(jìn)行井下預(yù)抽，抽采效果較好，將抽采出的瓦斯供給生活及工業(yè)使用。

1.1.2 鄰近煤層卸壓瓦斯抽采階段

20世紀(jì)50年代中期，由于存在煤層群開采的礦井，在陽泉礦區(qū)進(jìn)行穿層鉆孔抽采臨近層瓦斯，抽采后使臨近層的瓦斯?jié)舛却蟠蠼档停笥衷囼?yàn)了高位抽采巷煤層的抽采，取得了很好的效果。

1.1.3 低透氣性煤層強(qiáng)化抽采瓦斯階段

對于低透氣性高瓦斯含量且具有突出危險性的煤層，利用常規(guī)的鉆孔抽采已經(jīng)不能滿足煤礦安全、高效開采的要求。鑒于此，各個礦區(qū)試驗(yàn)了不同的強(qiáng)化瓦斯抽采方法，主要有煤層注水、水力壓裂、水力割縫、深孔松動爆破及密集鉆孔布孔等方式。

1.1.4 綜合抽采瓦斯階段

將多種抽采方法結(jié)合起來對煤層進(jìn)行瓦斯抽采，是目前我國主要的瓦斯抽采方式。結(jié)合礦井的具體情況，選用不同的合理方法同時治理瓦斯。

1.2 常規(guī)瓦斯抽采技術(shù)

截至目前，瓦斯抽采方法尚無統(tǒng)一分類方法，根據(jù)抽采瓦斯來源及抽采作用原理進(jìn)行的分類如下。

1.2.1 順層鉆孔抽采本層瓦斯

順層鉆孔較多用在采煤工作面，在采面上按不同的布孔方式對煤層進(jìn)行抽采一段時間后再采煤，用于回采工作面，降低煤層瓦斯含量或解決工作面消突問題。

斜向鉆孔沿工作面推進(jìn)方向偽傾斜布置，鉆孔容易穿透煤層偽傾斜方向的層理，使透氣性增大，大大縮短了抽放時間。交叉式布孔法抽采瓦斯是在密集鉆孔及大直徑鉆孔的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，鉆孔相互貫通，起到擴(kuò)大煤體卸壓范圍的效用。每個鉆孔的交叉點(diǎn)越多，效果越好。當(dāng)前，大直徑鉆孔抽采煤層瓦斯技術(shù)越來越受到人們的關(guān)注，千米鉆機(jī)的成功試驗(yàn)和應(yīng)用使大直徑鉆孔及深孔鉆進(jìn)得到廣泛的應(yīng)用。大直徑鉆孔增加了煤體的暴露面積，可以有效增加煤體的瓦斯抽放量。

1.2.2 穿層鉆孔抽采本層瓦斯

布置穿層鉆孔時，一般將鉆場設(shè)在底板巖石巷道或鄰近煤層巷道中，也有的將鉆場設(shè)在頂板巖層中，由鉆場向開采煤層打鉆，貫穿煤層全厚。開采層在經(jīng)過預(yù)抽后再進(jìn)行采掘工作，從而解決了采掘過程中的一系列瓦斯問題。

1.2.3 綜合瓦斯抽采技術(shù)

綜合抽采瓦斯技術(shù)，將采前預(yù)抽、鄰近層抽采、邊采（掘）邊抽及采后抽采有機(jī)地結(jié)合在一起，會大大提高抽采的效率及效果。

2 低透氣性煤層增透技術(shù)研究現(xiàn)狀

對于低透氣性煤層，人為地使煤層中裂隙導(dǎo)通、延伸和擴(kuò)展并產(chǎn)生新的裂隙，增加煤體的透氣性。目前，我國強(qiáng)化抽采瓦斯的措施主要有高壓水射流擴(kuò)孔、地面水力壓裂、水力割縫、長深孔控制預(yù)爆破及高能氣體強(qiáng)化抽采方法等。

2.1 高壓水射流擴(kuò)孔技術(shù)

高壓水射流擴(kuò)孔技術(shù)是利用小直徑鉆孔及小直徑鉆桿，在煤層中通過旋轉(zhuǎn)噴射的高壓水對煤壁切割，進(jìn)一步擴(kuò)大鉆孔的直徑，從而形成更大的鉆孔空間，增加鉆孔的煤壁暴露面積，提高抽采效率。

2.2 地面水力壓裂技術(shù)

地面水力壓裂技術(shù)以高壓的水介質(zhì)為動力，使煤體的原有裂縫擴(kuò)大并形成新的裂縫，通過地面打壓裂井注入高壓水介質(zhì)，同時通過高壓水進(jìn)入煤層的壓力大于流體的濾失壓力，受到裂隙孔壁的阻力，進(jìn)入煤體的流體壓力會逐漸升高。當(dāng)超過煤體的破碎壓力時，煤層內(nèi)原有的裂縫將被撐開，煤層透氣性增強(qiáng)。

2.3 水力割縫技術(shù)

水力割縫技術(shù)將水作為動力，利用水壓對鉆孔壁面兩側(cè)的煤體進(jìn)行有效的沖擊及切割，使壁面兩側(cè)形成一定深度、寬度和高度的三維扁平裂縫，相當(dāng)于在煤層中局部范圍內(nèi)形成了一個保護(hù)層，使煤體達(dá)到卸壓增透的效果。

2.4 長深孔控制預(yù)裂爆破技術(shù)

長深孔控制預(yù)裂爆破技術(shù)的原理是炸藥爆炸的能量、瓦斯壓力及控制孔的導(dǎo)向和補(bǔ)償作用使煤體產(chǎn)生新的裂隙，并使原生裂隙得以擴(kuò)展，從而提高煤層透氣性，達(dá)到提高抽放效果的目的。在回采工作面的進(jìn)、回風(fēng)巷，每隔一定距離，平行打一定深度的爆破孔和控制孔，二者交替布置，利用壓風(fēng)裝藥器向爆破孔進(jìn)行連續(xù)耦合裝藥。

2.5 高能氣體強(qiáng)化抽采技術(shù)

高能氣體強(qiáng)化抽采是通過特殊控制程序使藥品有序地釋放能量，形成不同的脈沖波對煤層的沖擊而使煤層壓裂。其主要的作用機(jī)理為驅(qū)替效應(yīng)、稀釋擴(kuò)散效應(yīng)、壓力梯度抬升效應(yīng)、置換效應(yīng)及膨脹增透效應(yīng)。由于煤層對甲烷的吸附能力小于二氧化碳，利用煤層注入二氧化碳能夠強(qiáng)化置換出甲烷分子，從而降低煤層吸附的瓦斯量。

2.6 井下鉆孔水力壓裂強(qiáng)化抽采瓦斯

井下鉆孔水力壓裂的基本原理與地面煤層氣井類似，即將高壓的壓裂液（清水）以大于地層濾失速率的排量壓入煤層，克服最小主應(yīng)力和煤巖體的破裂壓力，使得煤層中原有的裂縫充分張開、延伸、相互溝通，從而達(dá)到增強(qiáng)導(dǎo)流能力的目的。

3 結(jié)束語

目前，隨著煤層賦存深度的增加以及受到煤炭產(chǎn)能過剩的影響，各個煤礦只能通過降低抽采成本來提高效益。由于煤層進(jìn)入深部開采，煤層瓦斯?jié)B透性低，吸附性強(qiáng)，需要強(qiáng)化抽采煤層中的瓦斯。又由于各個煤礦煤層賦存及地質(zhì)條件不同，需要各個煤礦適合自己的瓦斯抽采方式，通過抽采技術(shù)的試驗(yàn)和發(fā)展，使瓦斯抽采技術(shù)更為成熟。

參考文獻(xiàn)

[1]楊濤，邢會恩.煤礦井下瓦斯抽采方法分類及展望[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2014，120（4）.

[2]姚寧平.煤礦井下瓦斯抽采鉆孔施工技術(shù)[J].煤礦安全，2008，407（10）.

[3]林柏泉，崔恒信.礦井瓦斯防治理論與技術(shù)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，1988.

[4]王魁軍，張興華.中國煤礦瓦斯抽采技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與前景[J].中國煤層氣，1999，3（1）.

[5]徐超，辛海會，劉輝輝.我國煤礦瓦斯抽放技術(shù)現(xiàn)狀及展望[J].煤礦現(xiàn)代化，2010（94）.

〔編輯：劉曉芳〕