高效增透复合技术在低渗透煤层瓦斯抽采中的应用研究

候清峰

摘要：基于保证低渗透煤层瓦斯抽采的成效，降低危险发生几率的目的，一般运用高效增透复合技术，达到确保安全、高效性的目的。如何将高效增透复合技术在低渗透煤层瓦斯抽采中加以合理应用十分关键。笔者基于自身实际工作，主要分析低渗透煤层瓦斯抽采现状、复合高效增透技术主要内容及应用效果，以供参考。

关键词：增透复合技术;低渗透煤层;瓦斯抽采;效果

受到良好的经济发展环境的影响，我国的煤炭开采事业获得了飞速的发展和进步，在国民经济增长的过程当中发挥出至关重要的推动作用。长期以来，针对低渗透煤层的瓦斯抽采工作来说，所运用的增透处理对策过于单一化，尽管获得了相应的成效，不过抽采的范围较小，整体的抽采效率不高，并且耗费的抽采时间过长，面对上述显现出来的问题和不足，可以依靠高效增透复合技术加以解决，让瓦斯抽采的质量与效率获得一定的提升。鉴于此，深入探究与分析高效增透复合技术在低渗透煤层瓦斯抽采当中的具体应用显得尤为必要，具有重要的研究意义和实践价值。

1 基本背景

本文以某矿作为写作背景，其通风核定能力为232.68万t/a;通风方式为两翼对角式，风机工作方法为抽出式。北风井安装两组风机（一用一备），型号为GAF-26.6-14-1（GZ），电机功率1250kW，南风井安装两组风机（一用一备），型号为 GAF26.6-17-2（GZ），电机功率800kW，均为轴流式扇风机，上海鼓风机厂生产。

本矿地面建有高、低负压永久瓦斯抽采系统，泵站设六台水环式真空瓦斯抽采泵。其中CBF410-2BV3型四臺，额定抽采量为 156 m3/min，电机功率185kW;2BEC62型两台，额定抽采量为245m3/min，电机功率280kW。目前使用型号为2BEC62型和CBF410-2BV3型各一台，备用2BEC62型一台、CBF410-2BV3型三台。抽采主管路直径426mm。

2 高效增透复合技术相关概述

（一）水力压裂工艺的说明

通常情况下，该技术主要被运用到抽采钻孔的布设前提下，并使用钻孔的方式使高压水进入至煤块之内。具体而言，第一，受到高压的驱动作用，水会顺着煤块内的裂隙进行流动，同时承受着水和毛细管力的重力作用，完成渗透处理，让煤块内的相应裂隙与空隙容积形成一定的改变，造成煤块出现松动的情况;第二，当使用水润湿煤块之后，会使煤中的水分与尘粒之间的黏着力得以增强，让煤变得更脆，相应的弹性模量也下降，有效排除了开采时隐藏的安全隐患。实际上，对于水力压裂技术而言，封孔技术、预抽瓦斯以及高压注水等技术均非常重要，发挥出很大的作用。

（二）钻扩一体化工艺的说明

对于钻扩一体化工艺而言，其构成部分很多，包括了钻扩一体化的钻头、高压旋转水边辩、钻杆设备、钻机设备、高压胶管装置、乳化液泵设备以及高压阀门装置等等。通常情况下，该技术被运用到穿层孔当中的时候，一般会借助钻机带动钻杆的作用，使扩孔钻头能够以旋转的形式钻进去，此时，高压水会依靠钻扩一体化的钻头喷出相应的高压水射流径向与切割煤块。

3 低渗透煤层瓦斯抽采现状

根据某矿特有的地质条件，煤层透气性较差的煤层在预抽瓦斯工作存在以下矛盾：

（1）采用超前排放孔措施需要专用钻机施工，措施施工时间长，措施孔有效作用距离短，补充措施频繁，且在煤质比较松软的情况下钻孔容易变形或坍塌堵死，影响瓦斯排放效果;

（2）浅孔松动爆破措施一般适用于突出危险性较弱的工作面，当装药深度较浅时，形成抛渣爆破，容易诱导突出;

（3）深孔控制爆破措施装药工艺比较复杂，不利于推广应用;

（4）高压注水措施在钻孔过程中可能发生瓦斯突出，且注水作用影响范围有限;

（5）水力挤出是在钻孔中用水力自动封孔，注水器封孔并向其中注入中高压水流，挤出过程中也极易引起突出;

（6）预抽瓦斯措施需要较长的抽放时问，仅适用于具备多个工作面轮换掘进作业的条件。

4 复合高效增透技术主要内容及特点

4.1液态CO2相变致裂技术利用瞬间释放的高压、高速CO2气体冲击煤体产生大量裂隙，在钻孔周围形成一片裂隙发育、透气性好的抽采区域，达到了强化增透目的。

4.2顺层钻孔掏穴扩孔是对已施工的钻孔实施二次扩孔，使钻孔孔径由原来的￠94mm扩大为￠220mm，增大了钻孔煤层暴露面积和钻孔周围煤体卸压范围，增强了煤层透气性，使瓦斯流动场扩大，增加了单孔抽采半径。

4.3在掏穴钻孔两侧布置CO2相变致裂爆破孔，当CO2相变致裂产生的应力波传到煤岩界面时，由于岩石的波阻抗比煤大，其应力波必将大部分发生反射，形成反射拉伸波，又由于岩石的抗拉强度远小于抗压强度，煤层底板产生裂隙的同时，煤岩之间也将产生裂隙，与此同时，一部分能量作用于煤层，将煤体破碎，这样在爆破孔周围形成立体裂隙，大大增加了煤层的透气性，并使煤岩体发生位移，再次增大了掏穴钻孔的煤层暴露面积和钻孔周围煤体卸压范围，达到提高瓦斯抽采效率的目的。

5 复合增透技术应用效果分析

为了清晰看出煤体爆破后裂隙发育情况，对煤体采取复合增透技术后的裂隙进行模拟。其结果见图1所示。

从图1可以看出：当只有两爆破孔时，在裂纹扩展阶段初期爆破孔之间的相互影响是非常小的，裂纹生长均在各自爆生气体的控制范围之内。在应力波、爆生气体产生准静态应力场和煤体中的瓦斯压力的共同作用下，两爆破孔裂隙完全贯通，加速了两孔间煤体的破碎，形成大量径向交叉裂隙网，对于有两个爆破孔和一个掏穴钻孔存在时，由于掏穴钻孔为爆破提供了辅助自由面，增加煤体裂隙的产生速度，相变致裂爆破孔之间完全贯通，裂隙发育完全，产生的裂纹、裂隙呈网状相互交织。并且发现当有掏穴钻孔存在时，两爆破孔的裂纹密度明显大于没有掏穴钻孔时的裂纹密度。由于爆破裂纹、裂隙的生成，增加了高瓦斯低透气性煤层的透气性，为瓦斯的运移提供了充足的通道。

通过对以上两种孔间距模型的模拟，可以得出以下结论：

当只有两个CO2相变致裂爆破孔时，在裂纹扩展阶段初期CO2相变致裂爆破孔之间的相互影响是相对较小的，两CO2相变致裂爆破孔虽然有不同程度的裂隙发育，也可在不同程度上增加煤层透气性，但在在两个CO2相变致裂爆破孔中间施工一个掏穴钻孔的情况时，由于掏穴钻孔为CO2相变致裂爆破提供了辅助自由面，增加煤体裂隙的产生速度，所以完全贯通所需时间比只有CO2相变致裂爆破孔少，裂隙发育更完全，产生的裂纹、裂隙呈网状相互交织。并且发现当有掏穴钻孔存在时，两CO2相变致裂爆破孔的裂纹密度明显大于没有掏穴钻孔时的裂纹密度。

结语

通过采掘工作面生产的不断检验，充分体现了复合增透技术在低渗透煤层瓦斯抽采中的明显效果。不但在掘进、回采过程中未出现工作面回风流瓦斯超限现象，回采中上隅角的瓦斯浓度也没有出现过积聚、超限现象，达到了预期的瓦斯治理效果，实现瓦斯零超限，为工作面的安全生产提供了保证。未发生任何人身安全事故，有利的保障了矿井安全生产。

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（作者单位：冀中能源峰峰集团邯郸宝峰公司九龙矿）