低透气性煤层瓦斯抽放关键技术研究

刘攀

摘要：近年来，在煤矿事业的发展当中，出现的由于瓦斯带来的安全事故也时长发生，受到一些因素的影响，在煤矿的开采当中，当煤层的开采深度达到一定限度后，透气性也就会随之减少，低透气层瓦斯抽采的效果不够明显，瓦斯的含量也会增加，如果不及时进行瓦斯抽放，可能会引发瓦斯带来的安全事故，对煤层开采人员的安全带来危害，影响社会的和谐稳定，同时也会阻碍煤矿行业的发展。因此本文主要针对低透气层的瓦斯抽放关键技术进行研究，分析了低透气性煤层采用CO2致裂增透解吸技术和封孔工艺技术，在技术改进之后能够实现节约成本的目的，提高煤矿企业的经济效益。

关键词：低透气性煤层;瓦斯抽放;关键技术

一、引言

在我国煤层的开发当中，多数都是低透气层的煤层，其中含有的瓦斯含量一般都比较大，不仅会造成环境污染，对人类的健康也会带来危害。当前在煤层的开采当中对低透气层的瓦斯抽放等关键技术受到了大家的广泛关注。随着科学技术的不断发展，我国瓦斯抽取的技术也在不断的发展当中，本文将重点介绍CO2致裂增透技术的瓦斯抽取方案设计，并且对该方案的效果进行分析[1]。

二、煤矿井下抽放关键技术概况介绍

肥田煤矿内主采煤层M7煤层属典型低透气性煤层，在建井初期只能采用穿层抽采的方式治理瓦斯。但因煤层透气性低和其他地质条件制约，采用单纯的抽采方式治理瓦斯效果非常不理想，瓦斯治理基本靠大面积布孔、长时间抽采的方式。并且在矿区内对同类煤层M10煤进行过水力压裂试验，结果基本无效且伴有大面积塌孔现象。

肥田井田位于贵州省织纳矿区织金县珠藏镇、少普乡和阿弓镇境内，地理坐标为：东经105°32′23″～105°40′49″、北纬26°28′20″～26°32′27″，井田走向长7.05～13.9km、倾斜宽1.17～5.48km，面积48.7971km2。井田分两期进行开发建设，目前进行一期工程建设工作，设计规模120万t/a;二期工程核准建设规模90万t/a，矿井生产能力为240万t/a。

三、肥田煤矿的瓦斯情况

根据《肥田煤矿二分区M6、M7、M8煤层瓦斯基本参数测定及M6、M7煤层突出危险性鉴定报告》提供的瓦斯资料，M6煤层的瓦斯含量，在埋深222.1-307.8m范围内测得的瓦斯含量处于14.4106-16.9371 m³/t;M7煤层的瓦斯含量，在埋深262.9-331.3m范围内测得的瓦斯含量处于13.9934-15.8987m³/t;M8煤层的瓦斯含量，在埋深311.9-347.5m范围内实测的M8煤层瓦斯含量在7.7417-10.9438m³/t之间。M6煤层的瓦斯压力，在埋深222.1-307.8m范围内测得的瓦斯压力处于0.67-1.60MPa;M7煤层的瓦斯压力，在埋深262.9-331.3m范围内测得的瓦斯压力处于0.43-1.42MPa;M8煤层的瓦斯压力值，在埋深311.9～347.5m范围内实测的M8煤层瓦斯压力在0.17-0.45MPa之间[3]。

四、低透气煤层瓦斯抽放关键技术

CO2致裂增透技术是一项运用CO2致裂器在煤层中进行深孔预裂爆破后，液态CO2瞬间气化膨胀（积增大600倍）产生巨大压力作用于煤体，一方面产生新的裂隙，增加煤层的透气性，另一方面利用CO2对煤体的吸附强于CH4对煤体的吸附的原理对煤体中的瓦斯进行驱替。CO2爆破后瞬间压力能达到150Mp-600Mp，直接作用于目标煤体，能有效满足至裂效果。其工作过程为致裂器组装、液态CO2气体充装、井下安装及启动致裂4个阶段[4]。

在研究当中以CO2致裂增透技术改变煤层透气性提高抽采率为核心，结合囊袋“两堵一注”封孔工艺解决封孔导致不良抽采率降低问题，建立一套低透气性煤层提高瓦斯抽采率的施工工艺。抽采范围分别控制210701运输巷沿煤层方向上、下帮各15m，控制巷道轮廓线外各15m，终孔间距5m，开孔间距0.6m。

五、瓦斯抽放方案

（一）方案设计

结合肥田煤矿的实际情况，对相关的环境条件等进行分析，最终决定在瓦斯抽采进风巷实施CO2致裂增透技术，并且在项目实施当中需要对实际的瓦斯数据进行检测，最终得出项目的实施效果。在本次瓦斯抽取关键技术当中在瓦斯抽取的进风巷布置了30个抽取钻孔，均为CO2致裂孔，在进风巷施工有48个考察孔，最终在一段时间之后，通过对增透前后的瓦斯含量等数据的比较分析，最终得出增透效果。

（二）效果分析

抽采55天后，实施CO2致裂增透区域（690米、685米、680米）三组钻孔控制的区域，由致裂区段煤层原始瓦斯含量的18.37m³/t，抽放55天后致裂区段残余瓦斯含量大幅度降低至10.61m³/t-10.77m³/t;观察区域（705米、710米、715米、720米、725米、730米）共计6组钻孔控制的區域，由观察区段煤层原始瓦斯含量的16.09m³/t，抽放55天后观察区段残余瓦斯含量降低至13.22m³/t。

通过数据对比分析，致裂区段通过CO2致裂增透技术后进行为期55天的抽采，由原始瓦斯含量的18.37m³/t，降低至平均10.69m³/t，抽采出的瓦斯含量达到7.68m³/t;观察区段通过传统施工钻孔后进行为期55天的抽采，由原始瓦斯含量的16.09m³/t，降低至平均13.22m³/t，抽采出的瓦斯含量达到2.87m³/t;致裂区段的瓦斯抽采瓦斯含量是观察区段的瓦斯抽采含量的2.68倍，可大大缩短抽采达标时间。

结论

综上，综合CO2致裂增透解吸技术特点、肥田煤矿21采区210701瓦斯抽采进风巷地质资料及巷道布置情况，在21采区210701瓦斯抽采进风巷施工30个致裂钻孔进行了致裂增透，并制定了CO2致裂增透安全技术措施。在本次项目当中采用的瓦斯抽放关键技术，最终都能达到一定的抽放效果，通过对各项数据的检测，可以大幅度的降低低透气层的瓦斯含量，这一技术在一定程度上能够减少瓦斯安全事故的发生，能够实现节约成本的目的，提高煤矿企业的经济效益，对于煤矿行业的发展也具有十分重要的意义。

参考文献：

[1]李会双. 低透气性煤层瓦斯抽采技术[J]. 煤，2015，24（01）：40-41+50.