高效增透復(fù)合技術(shù)在低滲透煤層瓦斯抽采中的應(yīng)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(xiǎn)發(fā)生幾率的目的，一般運(yùn)用高效增透復(fù)合技術(shù)，達(dá)到確保安全、高效性的目的。如何將高效增透復(fù)合技術(shù)在低滲透煤層瓦斯抽采中加以合理應(yīng)用十分關(guān)鍵。筆者基于自身實(shí)際工作，主要分析低滲透煤層瓦斯抽采現(xiàn)狀、復(fù)合高效增透技術(shù)主要內(nèi)容及應(yīng)用效果，以供參考。

關(guān)鍵詞：增透復(fù)合技術(shù);低滲透煤層;瓦斯抽采;效果

受到良好的經(jīng)濟(jì)發(fā)展環(huán)境的影響，我國的煤炭開采事業(yè)獲得了飛速的發(fā)展和進(jìn)步，在國民經(jīng)濟(jì)增長的過程當(dāng)中發(fā)揮出至關(guān)重要的推動(dòng)作用。長期以來，針對(duì)低滲透煤層的瓦斯抽采工作來說，所運(yùn)用的增透處理對(duì)策過于單一化，盡管獲得了相應(yīng)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(fèi)的抽采時(shí)間過長，面對(duì)上述顯現(xiàn)出來的問題和不足，可以依靠高效增透復(fù)合技術(shù)加以解決，讓瓦斯抽采的質(zhì)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(fù)合技術(shù)在低滲透煤層瓦斯抽采當(dāng)中的具體應(yīng)用顯得尤為必要，具有重要的研究意義和實(shí)踐價(jià)值。

1 基本背景

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

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

2 高效增透復(fù)合技術(shù)相關(guān)概述

（一）水力壓裂工藝的說明

通常情況下，該技術(shù)主要被運(yùn)用到抽采鉆孔的布設(shè)前提下，并使用鉆孔的方式使高壓水進(jìn)入至煤塊之內(nèi)。具體而言，第一，受到高壓的驅(qū)動(dòng)作用，水會(huì)順著煤塊內(nèi)的裂隙進(jìn)行流動(dòng)，同時(shí)承受著水和毛細(xì)管力的重力作用，完成滲透處理，讓煤塊內(nèi)的相應(yīng)裂隙與空隙容積形成一定的改變，造成煤塊出現(xiàn)松動(dòng)的情況;第二，當(dāng)使用水潤濕煤塊之后，會(huì)使煤中的水分與塵粒之間的黏著力得以增強(qiáng)，讓煤變得更脆，相應(yīng)的彈性模量也下降，有效排除了開采時(shí)隱藏的安全隱患。實(shí)際上，對(duì)于水力壓裂技術(shù)而言，封孔技術(shù)、預(yù)抽瓦斯以及高壓注水等技術(shù)均非常重要，發(fā)揮出很大的作用。

（二）鉆擴(kuò)一體化工藝的說明

對(duì)于鉆擴(kuò)一體化工藝而言，其構(gòu)成部分很多，包括了鉆擴(kuò)一體化的鉆頭、高壓旋轉(zhuǎn)水邊辯、鉆桿設(shè)備、鉆機(jī)設(shè)備、高壓膠管裝置、乳化液泵設(shè)備以及高壓閥門裝置等等。通常情況下，該技術(shù)被運(yùn)用到穿層孔當(dāng)中的時(shí)候，一般會(huì)借助鉆機(jī)帶動(dòng)鉆桿的作用，使擴(kuò)孔鉆頭能夠以旋轉(zhuǎn)的形式鉆進(jìn)去，此時(shí)，高壓水會(huì)依靠鉆擴(kuò)一體化的鉆頭噴出相應(yīng)的高壓水射流徑向與切割煤塊。

3 低滲透煤層瓦斯抽采現(xiàn)狀

根據(jù)某礦特有的地質(zhì)條件，煤層透氣性較差的煤層在預(yù)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(jī)施工，措施施工時(shí)間長，措施孔有效作用距離短，補(bǔ)充措施頻繁，且在煤質(zhì)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(dòng)爆破措施一般適用于突出危險(xiǎn)性較弱的工作面，當(dāng)裝藥深度較淺時(shí)，形成拋渣爆破，容易誘導(dǎo)突出;

（3）深孔控制爆破措施裝藥工藝比較復(fù)雜，不利于推廣應(yīng)用;

（4）高壓注水措施在鉆孔過程中可能發(fā)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(dòng)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(yù)抽瓦斯措施需要較長的抽放時(shí)問，僅適用于具備多個(gè)工作面輪換掘進(jìn)作業(yè)的條件。

4 復(fù)合高效增透技術(shù)主要內(nèi)容及特點(diǎn)

4.1液態(tài)CO2相變致裂技術(shù)利用瞬間釋放的高壓、高速CO2氣體沖擊煤體產(chǎn)生大量裂隙，在鉆孔周圍形成一片裂隙發(fā)育、透氣性好的抽采區(qū)域，達(dá)到了強(qiáng)化增透目的。

4.2順層鉆孔掏穴擴(kuò)孔是對(duì)已施工的鉆孔實(shí)施二次擴(kuò)孔，使鉆孔孔徑由原來的￠94mm擴(kuò)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(qiáng)了煤層透氣性，使瓦斯流動(dòng)場(chǎng)擴(kuò)大，增加了單孔抽采半徑。

4.3在掏穴鉆孔兩側(cè)布置CO2相變致裂爆破孔，當(dāng)CO2相變致裂產(chǎn)生的應(yīng)力波傳到煤巖界面時(shí)，由于巖石的波阻抗比煤大，其應(yīng)力波必將大部分發(fā)生反射，形成反射拉伸波，又由于巖石的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)小于抗壓強(qiáng)度，煤層底板產(chǎn)生裂隙的同時(shí)，煤巖之間也將產(chǎn)生裂隙，與此同時(shí)，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(fā)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(dá)到提高瓦斯抽采效率的目的。

5 復(fù)合增透技術(shù)應(yīng)用效果分析

為了清晰看出煤體爆破后裂隙發(fā)育情況，對(duì)煤體采取復(fù)合增透技術(shù)后的裂隙進(jìn)行模擬。其結(jié)果見圖1所示。

從圖1可以看出：當(dāng)只有兩爆破孔時(shí)，在裂紋擴(kuò)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(nèi)。在應(yīng)力波、爆生氣體產(chǎn)生準(zhǔn)靜態(tài)應(yīng)力場(chǎng)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(wǎng)，對(duì)于有兩個(gè)爆破孔和一個(gè)掏穴鉆孔存在時(shí)，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(chǎn)生速度，相變致裂爆破孔之間完全貫通，裂隙發(fā)育完全，產(chǎn)生的裂紋、裂隙呈網(wǎng)狀相互交織。并且發(fā)現(xiàn)當(dāng)有掏穴鉆孔存在時(shí)，兩爆破孔的裂紋密度明顯大于沒有掏穴鉆孔時(shí)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(yùn)移提供了充足的通道。

通過對(duì)以上兩種孔間距模型的模擬，可以得出以下結(jié)論：

當(dāng)只有兩個(gè)CO2相變致裂爆破孔時(shí)，在裂紋擴(kuò)展階段初期CO2相變致裂爆破孔之間的相互影響是相對(duì)較小的，兩CO2相變致裂爆破孔雖然有不同程度的裂隙發(fā)育，也可在不同程度上增加煤層透氣性，但在在兩個(gè)CO2相變致裂爆破孔中間施工一個(gè)掏穴鉆孔的情況時(shí)，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(chǎn)生速度，所以完全貫通所需時(shí)間比只有CO2相變致裂爆破孔少，裂隙發(fā)育更完全，產(chǎn)生的裂紋、裂隙呈網(wǎng)狀相互交織。并且發(fā)現(xiàn)當(dāng)有掏穴鉆孔存在時(shí)，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(shí)的裂紋密度。

結(jié)語

通過采掘工作面生產(chǎn)的不斷檢驗(yàn)，充分體現(xiàn)了復(fù)合增透技術(shù)在低滲透煤層瓦斯抽采中的明顯效果。不但在掘進(jìn)、回采過程中未出現(xiàn)工作面回風(fēng)流瓦斯超限現(xiàn)象，回采中上隅角的瓦斯?jié)舛纫矝]有出現(xiàn)過積聚、超限現(xiàn)象，達(dá)到了預(yù)期的瓦斯治理效果，實(shí)現(xiàn)瓦斯零超限，為工作面的安全生產(chǎn)提供了保證。未發(fā)生任何人身安全事故，有利的保障了礦井安全生產(chǎn)。

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（作者單位：冀中能源峰峰集團(tuán)邯鄲寶峰公司九龍礦）