黃陵礦區(qū)瓦斯(油型氣)治理技術(shù)和管理新模式

閆 贊，馬功社，張 維

(陜西陜煤黃陵礦業(yè)有限公司，陜西 延安 727307)

0 引言

黃陵礦區(qū)位于鄂爾多斯盆地東南緣，屬于煤、油、氣共生礦區(qū)。井田含煤地層為侏羅系中統(tǒng)延安組，厚度50.64～150.81 m，平均92.29 m，共含煤4層，自上而下依次為0號(hào)煤層、1號(hào)煤層、2號(hào)煤層和3號(hào)煤層。2號(hào)煤層為主要可采煤層，結(jié)構(gòu)較為簡單，厚度0.8～6.3 m，平均厚度3.12 m，傾角3°～5°。煤層瓦斯含量為1.48～7.9 m3/t，本煤層瓦斯、頂?shù)装逵托蜌赓x存極不均衡，局部地區(qū)富集[1]。公司下屬四對(duì)生產(chǎn)礦井，其中一號(hào)煤礦、二號(hào)煤礦、雙龍煤業(yè)為高瓦斯礦井。一號(hào)煤礦生產(chǎn)能力6 Mt/年，絕對(duì)瓦斯涌出量為143 m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量為11.2 m3/t；二號(hào)煤礦生產(chǎn)能力8 Mt/年，絕對(duì)瓦斯涌出量為85 m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量5 m3/t；雙龍煤業(yè)生產(chǎn)能力0.9 Mt/年，絕對(duì)瓦斯涌出量為37 m3/min，相對(duì)瓦斯涌出量10.2 m3/t。二號(hào)煤礦2011年在掘進(jìn)工作面出現(xiàn)底板油型氣涌出現(xiàn)象，一次性涌出油型氣6.4萬m3，瓦斯與油型氣疊加成為礦區(qū)最嚴(yán)重的致災(zāi)源。

近年來黃陵礦區(qū)不斷加大對(duì)瓦斯(油型氣)災(zāi)害治理的研究和投入，研究和引進(jìn)先進(jìn)的災(zāi)害治理技術(shù)，創(chuàng)新瓦斯精準(zhǔn)抽采管理模式，以提升礦區(qū)的瓦斯(油型氣)災(zāi)害防治水平，保障礦區(qū)安全高效發(fā)展。

1 瓦斯(油型氣)治理技術(shù)

1.1 本煤層鉆孔增透技術(shù)

黃陵礦區(qū)目前采取的煤層增透技術(shù)主要有可控沖擊波煤層增透技術(shù)和定向長鉆孔水力壓裂增透技術(shù)。

1.1.1 可控沖擊波煤層增透技術(shù)

可控沖擊波增透機(jī)理：可控沖擊波煤層增透技術(shù)是一種新型的煤層增透技術(shù)，基于脈沖功率技術(shù)的高聚能重復(fù)電脈沖強(qiáng)沖擊波激勵(lì)煤儲(chǔ)層的設(shè)想，并通過一系列地面和井下工程試驗(yàn)與探索，初步驗(yàn)證了該項(xiàng)原創(chuàng)性技術(shù)的可行性與可控性，已初步顯示出設(shè)備簡單、能量密度高、增透效果顯著、施工周期短、施工安全可靠、勞動(dòng)強(qiáng)度低、適用范圍廣等技術(shù)優(yōu)勢[2-5]?？煽貨_擊波煤層增透技術(shù)是利用水中高壓放電的脈沖大電流金屬絲電爆炸，在局部范圍內(nèi)形成能量的快速沉積，產(chǎn)生等離子體，使放電通道劇烈膨脹擴(kuò)張，從而推動(dòng)水介質(zhì)形成沖擊波。沖擊波作用在周圍煤體上破壞其結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)煤層的壓裂，形成多方向的多條裂隙，達(dá)到煤層增透的效果。該技術(shù)采用單次小能量在一個(gè)區(qū)域進(jìn)行多次重復(fù)的致裂增透，然后再通過設(shè)備在孔中的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)孔的增透[6-9]。

可控沖擊波增透設(shè)備：沖擊波產(chǎn)生裝置主要包括脈沖電源控制器、高壓直流電源、儲(chǔ)能電容器、能量控制器和能量轉(zhuǎn)換器5部分，如圖1所示。其中，除脈沖電源控制器外，其余部分作業(yè)時(shí)位于鉆孔內(nèi)充水環(huán)境中。推送裝置是為了能夠在孔中順利推進(jìn)和抽出沖擊波的產(chǎn)生裝置，作業(yè)孔采用定向孔，推進(jìn)鉆機(jī)采用定向鉆機(jī)。鉆孔施工采用直徑113 mm鉆頭施工，推進(jìn)桿為直徑73 mm的中心通纜式鉆桿，鉆桿在完成推送孔內(nèi)設(shè)備的同時(shí)，中心通信裝置還完成電信號(hào)的傳輸?？卓谘b置為一個(gè)四通，一端與孔口法蘭盤連接，另一端通過盤根進(jìn)行孔內(nèi)堵水，其他2個(gè)口分別連接瓦斯抽采管路和排水卸壓球閥。四通上裝有壓力表，通過供水和孔口壓力監(jiān)控，保證在增透作業(yè)時(shí)孔內(nèi)設(shè)備處于充水環(huán)境中。為適應(yīng)孔口的斜度，孔口裝置采用軟連接結(jié)構(gòu)，使孔口裝置和鉆桿實(shí)現(xiàn)密封。

圖1 沖擊波產(chǎn)生裝置主要設(shè)備組成Fig.1 Main equipment composition of shock wave generator

增透工藝：增透時(shí)通過鉆桿將沖擊波產(chǎn)生裝置推送進(jìn)鉆孔目標(biāo)煤層段，將孔口密封嚴(yán)密并注滿水，啟動(dòng)控制器進(jìn)行增透。在施工時(shí)可將鉆孔分為若干個(gè)作業(yè)段順序增透，一般從孔底開始，每個(gè)作業(yè)段重復(fù)增透若干次，再將沖擊波發(fā)生裝置后退至下一作業(yè)段繼續(xù)增透，直至孔口，如圖2所示。

圖2 可控沖擊波增透作業(yè)設(shè)備連接示意Fig.2 Controllable shock wave permeability enhancement equipment

工程實(shí)踐：2018年在黃陵二號(hào)煤礦209工作面回風(fēng)巷(3 220～3 720 m)進(jìn)行了可控沖擊波增透試驗(yàn)，試驗(yàn)區(qū)域?yàn)楸久簩油咚巩惓^(qū)，煤層原始瓦斯含量6.59～7.17 m3/t，鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)0.008 32～0.021 8(d-1)，煤層透氣性系數(shù)30.87 m2/(MPa2·d)，瓦斯放散初速度ΔP為11.83，煤的堅(jiān)固性系數(shù)為2.3。累計(jì)增透本煤層鉆孔5個(gè)，作業(yè)點(diǎn)間距分別為10 m、9 m、7.5 m，單點(diǎn)作業(yè)次數(shù)分別為5次、8次，具體作業(yè)情況見表1。增透實(shí)驗(yàn)完成并抽采2個(gè)月，待鉆孔抽采濃度和流量穩(wěn)定后將觀察數(shù)據(jù)與鄰近條件相似區(qū)域未增透鉆孔抽采數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，見表2。增透鉆孔瓦斯自然涌出量是常規(guī)鉆孔的1.36～2.42倍，平均1.97倍，平均自然涌出量為0.029 28 m3/(min·hm)；鉆孔瓦斯抽采純量是常規(guī)鉆孔的3.67～7.54倍，平均5.096倍，平均抽采純量0.317 5 m3/min；鉆孔瓦斯抽采濃度是常規(guī)鉆孔的1.70～2.57倍，平均2.248倍，平均抽采濃度為54.26%，證明了可控沖擊波煤層增透技術(shù)在瓦斯抽放領(lǐng)域的適用性。

表1 沖擊波增透作業(yè)參數(shù)表Table 1 Parameter table of shock wave permeability enhancement operation

表2 增透鉆孔與常規(guī)鉆孔瓦斯抽采效果對(duì)比Table 2 Comparison of gas extraction effect by permeability enhancement borehole and conventional borehole

1.1.2 定向長鉆孔水力壓裂增透技術(shù)

技術(shù)優(yōu)勢：水力壓裂具有煤層增透、改變煤體強(qiáng)度、均一化地應(yīng)力場、平衡瓦斯壓力場、降塵、抑制瓦斯涌出等6大功效。定向長鉆孔水力壓裂綜合了定向鉆進(jìn)高效抽采技術(shù)和水力壓裂增透強(qiáng)化抽采的技術(shù)優(yōu)勢，能夠有效提高加快瓦斯治理效率、擴(kuò)大瓦斯治理規(guī)模[10-17]。

水力壓裂設(shè)備：水力壓裂設(shè)備采用的是中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司的BYW65/400型壓裂泵組。水力壓裂成套設(shè)備由壓力泵、水箱、高壓管匯、遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)等組成，具有壓力高、流量穩(wěn)定、可遠(yuǎn)程操作、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控、設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、運(yùn)行時(shí)間長等特點(diǎn)。

水力壓裂工藝：①壓裂鉆孔設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)鉆孔間距73～80 m，鉆孔長度280 m，孔徑96 mm，采用ZDY6000LD型鉆機(jī)施工。水力壓裂鉆孔施工要求鉆孔軌跡平直、孔壁平滑、鉆進(jìn)軌跡符合設(shè)計(jì)要求。基于前期鉆探及壓裂試驗(yàn)中出現(xiàn)的塌孔、卡鉆、無法坐封及封隔器破損等問題，經(jīng)過分析研究，采用“先入頂板后進(jìn)煤層”鉆探工藝，即在鉆探施工初期控制鉆孔軌跡保持在2號(hào)煤層頂板(層間距不宜過大，控制在2～3 m以內(nèi))，隨后調(diào)整角度進(jìn)入煤層鉆進(jìn)，在后期壓裂過程中將封隔器坐封于頂板巖層中，保證了良好的封孔效果。②壓裂方式。本煤層鉆孔壓裂段距離較短，一般采用整體壓裂方式。③封孔方式?？紤]到工作面回采期間安全問題，決定煤層壓裂鉆孔采用封隔器裸眼快速封孔工藝、封孔深度80 m，具體封孔深度根據(jù)實(shí)際鉆探情況選擇適宜坐封位置。④壓裂液。壓裂液為清水。⑤水力壓裂施工流程。壓裂前準(zhǔn)備，包括壓裂場地布置、壓裂用電器設(shè)備配備、井下供水、供電、通風(fēng)、壓裂設(shè)備進(jìn)場組裝、壓裂設(shè)備試車等；編制水力壓裂安全技術(shù)措施；水力壓裂工程施工，包括送工具串(含封隔器、滑套工具)、孔口設(shè)備安裝、壓裂鉆孔封孔、壓裂設(shè)備操作流程、壓力、流量監(jiān)測、巷道瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測、壓裂結(jié)束判識(shí)等。

工程實(shí)踐：在黃陵二號(hào)煤礦211工作面進(jìn)行了本煤層水力壓裂研究，試驗(yàn)區(qū)域煤層原始瓦斯含量平均為6.5 m3/t，壓裂鉆孔5個(gè)，鉆孔施工情況見表3。通過考察壓裂鉆孔出水情況可知，水力壓裂影響半徑最小為36 m，最大達(dá)54 m；抽采2個(gè)月以上監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定后觀測顯示，水力壓裂鉆孔瓦斯抽采純量為0.212～1.059 m3/min，平均0.537 m3/min，是壓裂前的2.7～10.8倍，平均5.97倍；瓦斯抽采濃度為43.68%～86.48%，平均65.28%，是壓裂前的1.7～21.5倍，平均3.54倍，如圖3所示。范圍性的增透作用是水力壓裂的突出優(yōu)點(diǎn)之一，分別跟蹤統(tǒng)計(jì)了壓裂區(qū)域及未壓裂區(qū)域瓦斯抽采鉆孔各33個(gè)(含壓裂孔)的抽采情況，如圖4、5所示。將壓裂區(qū)域與未壓裂區(qū)域鉆孔的抽采數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，見表4，分析可得壓裂區(qū)域瓦斯?jié)舛却笥?0%鉆孔數(shù)量占比為78.8%，未壓裂區(qū)域占比為75.8%；壓裂區(qū)域瓦斯?jié)舛却笥?0%鉆孔數(shù)量占比為60.6%，未壓裂區(qū)域占比為27.3%；壓裂區(qū)域瓦斯?jié)舛却笥?0%鉆孔數(shù)量占比為30.3%，未壓裂區(qū)域占比為6%?？梢园l(fā)現(xiàn)，未壓裂區(qū)域鉆孔瓦斯?jié)舛日w較低，壓裂區(qū)域鉆孔瓦斯?jié)舛日w較高，壓裂區(qū)域瓦斯?jié)舛却笥?0%鉆孔數(shù)量是未壓裂區(qū)域的2.2倍，壓裂區(qū)域瓦斯?jié)舛却笥?0%鉆孔數(shù)量是未壓裂區(qū)域的5.1倍，相較普通本煤層鉆孔而言，壓裂區(qū)域整體瓦斯抽采情況良好，說明水力壓裂對(duì)煤層范圍性增透提效有較好功效。

圖3 水力壓裂前后鉆孔抽采數(shù)據(jù)對(duì)比Fig.3 Comparison of borehole extraction data before and after hydraulic fracturing

圖4 壓裂區(qū)域鉆孔抽采濃度Fig.4 Drilling extraction concentration in fracturing area

表3 2號(hào)煤層定向長鉆孔施工情況Table 3 Characteristics of directional long borehole in No.2 coal seam

表4 不同區(qū)域瓦斯抽采濃度對(duì)比分析Table 4 Comparative analysis of gas extraction concentration in different areas

1.2 囊袋式封孔技術(shù)

黃陵礦區(qū)與河南理工大學(xué)合作研發(fā)了本煤層雙囊袋注漿封孔器，提高了本煤層鉆孔的封孔質(zhì)量，減少了抽采漏氣，降低了封孔成本，實(shí)現(xiàn)了本煤層鉆孔的高效抽采。

圖5 未壓裂區(qū)域鉆孔抽采濃度Fig.5 Drilling extraction concentration in unfractured area

1.2.1 本煤層雙囊袋封孔器技術(shù)原理

雙囊袋封孔器的工作原理如圖6所示，通過注漿管向封孔器注漿，兩囊袋同時(shí)膨脹，封堵兩段鉆孔并支撐孔壁，當(dāng)2個(gè)囊袋完全脹起并達(dá)到一定壓力之后，注漿控制閥打開，開始向2個(gè)囊袋之間注漿，當(dāng)2個(gè)囊袋之間的注漿壓力達(dá)到一定值時(shí)，安全控制閥打開，漿液將不再進(jìn)入封段，封孔完畢[18-20]。雙囊袋封孔器上安裝有2個(gè)鋁箔閥，2個(gè)囊袋之間的鋁箔閥稱為注漿控制閥，用來控制囊袋內(nèi)的壓力，保證2個(gè)囊袋充分脹起的情況下，防止囊袋被打爆；2個(gè)囊袋之外的鋁箔閥稱為安全控制閥，用來控制鉆孔的注漿壓力和漿液注入量。雙囊袋注漿封孔器主要由復(fù)合囊袋、雙孔管、引流裝置、注漿控制閥、安全控制閥和鋼環(huán)等組成。

圖6 雙囊袋注漿封孔器原理示意Fig.6 Principle of double bag grouting hole sealer

1.2.2 工程實(shí)踐

在黃陵二號(hào)煤礦205輔運(yùn)7～9聯(lián)巷進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，累計(jì)采用囊袋式封孔器封孔106個(gè)，封孔深度15 m，并考察了囊袋封孔技術(shù)與馬麗散封孔技術(shù)的效果，在持續(xù)抽采5個(gè)月的情況下，囊袋式注漿封孔試驗(yàn)鉆孔平均抽采濃度為41.3%，鄰近區(qū)域馬麗散注漿封孔鉆孔的平均抽采濃度為18.9%，囊袋式注漿封孔與馬麗散封孔相比，抽采濃度提高了120%。傳統(tǒng)本煤層“兩堵一注”聚氨酯封孔技術(shù)封閉一個(gè)鉆孔成本為1 750元，而采用雙囊袋封孔器封孔成本為950元，每個(gè)本煤層鉆孔封孔費(fèi)用可節(jié)約800元。

1.3 采掘工作面油型氣治理技術(shù)

黃陵礦區(qū)油型氣防治主要采用“探、抽、掘”“探、抽、采”的綜合防治技術(shù)措施，基本形成采掘工程施工前收集瓦斯(油型氣)參數(shù)→掘前探抽→補(bǔ)充完善工作面瓦斯油型氣賦存參數(shù)→繪制工作面瓦斯油型氣賦存地質(zhì)圖→采前探抽→采中卸壓抽采的工作流程。

1.3.1 掘進(jìn)工作面瓦斯(油型氣)鉆孔

掘進(jìn)方向瓦斯(油型氣)探測鉆孔：根據(jù)瓦斯(油型氣)治理工程實(shí)踐，所有掘進(jìn)工作面掘進(jìn)期間在鉆場內(nèi)要施工頂板、煤層、底板鉆孔進(jìn)行瓦斯(油型氣)超前探測，每隔50～60 m施工一個(gè)鉆場，超前探測距離不小于20 m，探測寬度不小于巷道輪廓線20 m。以二號(hào)煤礦掘進(jìn)工作面探測鉆孔布置為例，先施工底板孔3個(gè)(1#、3#、5#)覆蓋工作面前方90 m，最大垂深35 m，如果施工探孔時(shí)發(fā)現(xiàn)油型氣再施工2#、4#鉆孔；本煤層孔2個(gè)，覆蓋工作面前方90 m；頂板孔2個(gè)，覆蓋工作面前方90 m，最大垂高50 m。探孔成孔后對(duì)孔內(nèi)瓦斯?jié)舛取毫?、氣味等參?shù)進(jìn)行測定，并做好相關(guān)記錄，掘進(jìn)期間始終保持鉆孔超前距不低于20 m。

綜采工作面方向瓦斯(油型氣)探測鉆孔：掘進(jìn)方向探測鉆孔施工完畢后在鉆場內(nèi)向工作面方向施工后巷探孔對(duì)煤層及頂?shù)装暹M(jìn)行探測，探測孔水平距離必須大于工作面長度的二分之一。煤層孔和底板孔布置間距一致，相鄰孔終孔間距不大于30 m，底板孔終孔位置垂直深度距煤層底板不低于30 m。頂板孔終孔間距不大于60 m，終孔位置垂直高度距煤層頂板不低于50 m。探測工作面方向的瓦斯(油型氣)賦存情況，一旦發(fā)現(xiàn)異常即可提前采取措施進(jìn)行治理。

掘進(jìn)面油型氣抽采鉆孔：掘進(jìn)工作面探測到油型氣后(探測鉆孔瓦斯?jié)舛雀?、氣體有壓力、有煤油味)立即連接抽采系統(tǒng)進(jìn)行抽采，同時(shí)根據(jù)油型氣的壓力大小考慮另外增補(bǔ)鉆孔加強(qiáng)抽采，保證掘進(jìn)安全。

1.3.2 綜采工作面油型氣抽采鉆孔

對(duì)于掘進(jìn)期間探測到的油型氣富集區(qū)，根據(jù)其濃度的不同劃分了不同的賦存區(qū)域。回采前利用工作面兩巷掘進(jìn)時(shí)形成的鉆場施工頂、底板油型氣抽采鉆孔進(jìn)行抽采，確保工作面在回采期間的安全生產(chǎn)，同時(shí)根據(jù)工作面推進(jìn)過程中的瓦斯(油型氣)賦存變化情況及時(shí)增減鉆孔，確保治理效果。利用掘進(jìn)時(shí)施工的鉆場，在底板油型氣富集區(qū)進(jìn)、回風(fēng)巷各布置9個(gè)或多個(gè)底板鉆孔，油型氣富集區(qū)外進(jìn)、回風(fēng)巷各布置6個(gè)或少布置底板鉆孔，鉆孔控制垂距為底板20 m；在頂板油型氣富集區(qū)進(jìn)、回風(fēng)巷各布置6個(gè)或多個(gè)頂板鉆孔，富集區(qū)外進(jìn)、回風(fēng)巷各布置3個(gè)或少布置頂板鉆孔，鉆孔控制垂高為頂板35 m。

1.3.3 綜采面采空區(qū)瓦斯治理技術(shù)

黃陵礦區(qū)的采空區(qū)瓦斯治理技術(shù)主要分為高位裂隙抽采和上隅角插管抽采，下面主要介紹高位裂隙鉆孔的布置方式。

回風(fēng)巷高位裂隙鉆孔抽采：每個(gè)鉆場內(nèi)布置高位鉆孔14個(gè)，孔徑為94 mm，每個(gè)鉆場間距50 m，控制垂高38 m。

鄰近巷道高位裂隙鉆孔抽采：在有鄰近巷道的回采工作面可從鄰近巷道向回采工作面采空區(qū)施工高位裂隙鉆孔抽采采空區(qū)瓦斯，每個(gè)鉆場內(nèi)施工鉆孔9個(gè)，鉆場間距45 m。

高位裂隙定向長距離鉆孔抽采：該技術(shù)是在回采工作面回風(fēng)巷利用定向鉆機(jī)施工高位裂隙定向長距離鉆孔進(jìn)行采空區(qū)瓦斯抽采，鉆孔長度一般為350 m以上，鉆場間距200 m，鉆孔水平段位于裂隙帶范圍內(nèi)，該技術(shù)減少了鉆場個(gè)數(shù)和鉆孔數(shù)量，提高了單孔的有效抽采長度和服務(wù)周期。

1.4 鄰近煤層瓦斯治理技術(shù)

黃陵二號(hào)煤礦的二號(hào)煤層下部13 m左右賦存有3號(hào)煤層，對(duì)2號(hào)煤層的回采有一定影響，為了解決在二號(hào)煤層回采期間3號(hào)煤層的卸壓瓦斯對(duì)采掘空間的影響，主要采用2種方式進(jìn)行下鄰近層瓦斯治理。一是在底板開設(shè)3號(hào)煤層抽采鉆場，在鉆場內(nèi)利用定向鉆機(jī)施工本煤層定向長鉆孔進(jìn)行抽采；二是利用回采工作面輔運(yùn)巷和回風(fēng)巷施工下向穿層鉆孔進(jìn)行網(wǎng)格點(diǎn)式布置抽采，從輔運(yùn)巷和回風(fēng)巷施工穿層底板鉆孔對(duì)下鄰近層進(jìn)行預(yù)抽和卸壓抽采。

2 創(chuàng)新瓦斯精準(zhǔn)抽采管理模式

黃陵礦業(yè)公司經(jīng)過多年的科研和工程實(shí)踐，建立了瓦斯精準(zhǔn)抽采技術(shù)管理體系，形成了企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。管理體系涵蓋了區(qū)域預(yù)抽→掘前預(yù)抽→采前預(yù)抽→回采期間及回采后全過程瓦斯精準(zhǔn)抽采閉合管理。精準(zhǔn)抽采技術(shù)管理體系標(biāo)準(zhǔn)概括為7個(gè)方面：摸清情況、掌握屬性、精準(zhǔn)設(shè)計(jì)、精準(zhǔn)施工、精細(xì)抽采、達(dá)標(biāo)評(píng)判、后評(píng)價(jià)[21]。

2.1 摸清情況

摸清工作面情況是實(shí)施“精準(zhǔn)抽采”的基礎(chǔ)。在進(jìn)行采掘活動(dòng)前必須摸清工作面地質(zhì)、水文、瓦斯及采掘接續(xù)等情況。查清影響工作面災(zāi)害治理的因素，建立瓦斯(油型氣)賦存地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型，劃分瓦斯(油型氣)富集區(qū)，形成備采區(qū)域瓦斯地質(zhì)圖，預(yù)測出瓦斯儲(chǔ)量等指標(biāo)，為精準(zhǔn)設(shè)計(jì)、達(dá)標(biāo)評(píng)判工作奠定基礎(chǔ)。

2.2 掌握屬性

通過實(shí)驗(yàn)室對(duì)煤層瓦斯(油型氣)基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行測定，掌握煤層的物理屬性，包括透氣性系數(shù)、鉆孔瓦斯流量衰減系數(shù)、瓦斯放散指數(shù)、煤的堅(jiān)固性系數(shù)、瓦斯抽采有效半徑、瓦斯吸附常數(shù)(a、b值)、孔隙率、煤質(zhì)工業(yè)分析等基礎(chǔ)參數(shù)，為鉆孔布置密度、終孔控制范圍、預(yù)抽時(shí)間等設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

2.3 精準(zhǔn)設(shè)計(jì)

精準(zhǔn)設(shè)計(jì)是瓦斯“精準(zhǔn)抽采”體系的核心，按照“一礦一策、一面一策、一段一策”理念，根據(jù)工作面各段瓦斯賦存、預(yù)抽時(shí)間與抽采達(dá)標(biāo)要求之間的關(guān)系，對(duì)每個(gè)單元鉆孔參數(shù)進(jìn)行差異化設(shè)計(jì)。根據(jù)“掘進(jìn)工作面風(fēng)排瓦斯量不超過2 m3/min，采煤工作面風(fēng)排瓦斯量不超過5 m3/min”的要求，結(jié)合礦井日產(chǎn)量，按照煤層原始瓦斯含量大小分區(qū)段(單元)計(jì)算工作面抽采達(dá)標(biāo)殘余可解吸瓦斯含量、殘余瓦斯壓力、預(yù)抽瓦斯總量、瓦斯預(yù)抽率等參數(shù)，為鉆孔設(shè)計(jì)和達(dá)標(biāo)評(píng)判提供依據(jù)，實(shí)現(xiàn)回采期間瓦斯“零”超限和安全生產(chǎn)。瓦斯抽采工程設(shè)計(jì)主要包含鉆場和鉆孔的設(shè)計(jì)。鉆場的大小和間距根據(jù)鉆機(jī)型號(hào)、掘進(jìn)速度、鉆孔施工速度而定。鉆孔的設(shè)計(jì)主要根據(jù)有效抽采半徑、預(yù)抽時(shí)間、鉆孔流量衰減系數(shù)，結(jié)合單元瓦斯預(yù)抽指標(biāo)確定鉆孔布置數(shù)量和參數(shù)。根據(jù)瓦斯抽采鉆場和孔口負(fù)壓要求，結(jié)合工作面絕對(duì)瓦斯涌出量、預(yù)抽率、抽采距離、主系統(tǒng)抽采負(fù)壓等數(shù)據(jù)計(jì)算出所需抽采系統(tǒng)能力，合理選擇抽采管路尺寸，并對(duì)抽采流量按區(qū)段進(jìn)行合理分配，在合適的位置設(shè)計(jì)除渣器、放水器、計(jì)量裝置等抽采附屬設(shè)施。

2.4 精準(zhǔn)施工

精準(zhǔn)施工是對(duì)瓦斯抽采設(shè)計(jì)的落實(shí)，工程質(zhì)量的好壞直接影響著瓦斯抽采結(jié)果。黃陵礦業(yè)公司通過制定鉆孔施工和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了鉆孔作業(yè)流程。使用定向鉆機(jī)、鉆孔開孔定向儀和深度檢測儀等設(shè)備，提高了鉆孔施工參數(shù)的準(zhǔn)確性。嚴(yán)格施工現(xiàn)場管理，發(fā)現(xiàn)不符合設(shè)計(jì)參數(shù)的鉆孔按報(bào)廢孔處理并重新施工。

2.5 精細(xì)抽采

精細(xì)抽采是提高抽采效率，實(shí)現(xiàn)抽采達(dá)標(biāo)的保障。建立完善可靠的抽采計(jì)量系統(tǒng)，對(duì)抽采泵站、抽采干、支管路及重要鉆場均安裝自動(dòng)計(jì)量裝置，實(shí)現(xiàn)分區(qū)、分面、分段精準(zhǔn)計(jì)量。根據(jù)不同區(qū)段瓦斯含量大小精準(zhǔn)分配抽采負(fù)壓和流量，確保鉆場負(fù)壓不低于20 kPa，鉆孔孔口負(fù)壓不低于13 kPa，流量不低于設(shè)計(jì)流量的130%。實(shí)施鉆孔全生命周期管理，收集和分析單孔抽采數(shù)據(jù)，建立抽采檔案，為優(yōu)化鉆孔參數(shù)設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。做好抽采系統(tǒng)的日常管理，安排專人定期巡檢，及時(shí)放水、除渣，提高系統(tǒng)保障能力。

2.6 達(dá)標(biāo)評(píng)判

瓦斯抽采達(dá)標(biāo)評(píng)判是對(duì)瓦斯精準(zhǔn)設(shè)計(jì)指標(biāo)、施工工程量、質(zhì)量的檢驗(yàn)和驗(yàn)收，同時(shí)也是決定工作面能否生產(chǎn)的依據(jù)。評(píng)判工作主要包含瓦斯抽采基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)評(píng)判和回采工作面抽采達(dá)標(biāo)評(píng)判2部分。礦井瓦斯抽采基礎(chǔ)評(píng)判主要是對(duì)礦井瓦斯抽采體系建設(shè)、制度保障、系統(tǒng)能力、日常管理等的考核。礦井抽采基礎(chǔ)評(píng)判每年組織一次，評(píng)判考核由14個(gè)否決項(xiàng)和31個(gè)考核項(xiàng)組成?；夭晒ぷ髅娉椴蛇_(dá)標(biāo)評(píng)判包括設(shè)計(jì)鉆場及工程量評(píng)判、抽采達(dá)標(biāo)指標(biāo)評(píng)判、工作面評(píng)判結(jié)論及建議，具體為，對(duì)照設(shè)計(jì)方案和工程寫實(shí)圖紙，查驗(yàn)是否嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)并完成要求的鉆孔工程量；按照劃分單元，在鉆孔影響邊界采樣分析煤層瓦斯預(yù)抽率、殘余瓦斯含量、殘余瓦斯壓力、殘余可解吸瓦斯量等指標(biāo)是否達(dá)到抽采設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求；評(píng)判工作要給出工作面瓦斯抽采是否達(dá)標(biāo)的結(jié)論，并提出生產(chǎn)過程中需注意的事項(xiàng)。

2.7 后評(píng)價(jià)

后評(píng)價(jià)主要是對(duì)工作面回采過程瓦斯治理工作及效果的總結(jié)評(píng)價(jià)。通過后評(píng)價(jià)檢查瓦斯抽采全過程是否合理，優(yōu)化完善瓦斯精準(zhǔn)抽采各環(huán)節(jié)，以指導(dǎo)下一工作面瓦斯精準(zhǔn)抽采。黃陵礦區(qū)通過實(shí)施瓦斯精準(zhǔn)抽采管理模式，進(jìn)一步規(guī)范了瓦斯治理工作，形成礦井瓦斯、油型氣共采共治模式，實(shí)現(xiàn)了瓦斯(油型氣)可防可控、“治得準(zhǔn)、治得省、治得明白”目標(biāo)。礦井噸煤鉆孔工程量由2012年的0.061 m/t下降到2018年的0.049 m/t，礦井瓦斯抽采率由43%提高到76%，從2012年至今連續(xù)8年實(shí)現(xiàn)瓦斯“零”超限目標(biāo)，為礦區(qū)安全高效發(fā)展提供了有力保障。

3 結(jié)論

(1)現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，采用可控沖擊波增透技術(shù)增透后的鉆孔瓦斯抽采純量是普通鉆孔的3.67～7.54倍，平均5.096倍，是普通鉆孔瓦斯抽采濃度的1.70～2.57倍，平均2.248倍；采用水力壓裂技術(shù)增透后的鉆孔瓦斯抽采純量是普通鉆孔的2.7～10.8倍，平均5.97倍，是普通鉆孔瓦斯抽采濃度的1.7～21.5倍，平均3.54倍，壓裂影響半徑最小為36 m、最大達(dá)54 m；采用的本煤層囊袋封孔技術(shù)在鉆孔抽采5個(gè)月后，鉆孔抽采平均濃度為41.3 %，是鄰近區(qū)域馬麗散注漿封孔鉆孔平均抽采濃度18.9 %的2.18倍。

(2)對(duì)油型氣治理主要采用“探、抽、掘”“探、抽、采”的綜合防治技術(shù)措施，實(shí)現(xiàn)了對(duì)油型氣災(zāi)害的預(yù)知、預(yù)控，有效解決了底板油型氣突然涌出的問題；對(duì)采空區(qū)和上隅角瓦斯治理主要采用回風(fēng)巷扇形高位裂隙鉆孔、鄰近巷道高位裂隙鉆孔、高位裂隙定向長鉆孔等技術(shù)，有效消除了上隅角瓦斯超限的問題，提升了高位鉆孔的有效利用率并延長服務(wù)周期，大幅減少了鉆場和鉆孔的數(shù)量。

(3)對(duì)黃陵礦區(qū)近十余年的瓦斯治理經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行梳理、提煉、創(chuàng)新，形成了“摸清情況、掌握屬性、精準(zhǔn)設(shè)計(jì)、精準(zhǔn)施工、精細(xì)抽采、達(dá)標(biāo)評(píng)判、后評(píng)價(jià)”的瓦斯精準(zhǔn)抽采管理模式，并編制成企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提高了礦井災(zāi)害治理水平，有力保障了礦區(qū)的安全高效發(fā)展。