低透氣性煤層瓦斯抽放關(guān)鍵技術(shù)研究

劉攀

摘要：近年來(lái)，在煤礦事業(yè)的發(fā)展當(dāng)中，出現(xiàn)的由于瓦斯帶來(lái)的安全事故也時(shí)長(zhǎng)發(fā)生，受到一些因素的影響，在煤礦的開(kāi)采當(dāng)中，當(dāng)煤層的開(kāi)采深度達(dá)到一定限度后，透氣性也就會(huì)隨之減少，低透氣層瓦斯抽采的效果不夠明顯，瓦斯的含量也會(huì)增加，如果不及時(shí)進(jìn)行瓦斯抽放，可能會(huì)引發(fā)瓦斯帶來(lái)的安全事故，對(duì)煤層開(kāi)采人員的安全帶來(lái)危害，影響社會(huì)的和諧穩(wěn)定，同時(shí)也會(huì)阻礙煤礦行業(yè)的發(fā)展。因此本文主要針對(duì)低透氣層的瓦斯抽放關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，分析了低透氣性煤層采用CO2致裂增透解吸技術(shù)和封孔工藝技術(shù)，在技術(shù)改進(jìn)之后能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)約成本的目的，提高煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：低透氣性煤層;瓦斯抽放;關(guān)鍵技術(shù)

一、引言

在我國(guó)煤層的開(kāi)發(fā)當(dāng)中，多數(shù)都是低透氣層的煤層，其中含有的瓦斯含量一般都比較大，不僅會(huì)造成環(huán)境污染，對(duì)人類(lèi)的健康也會(huì)帶來(lái)危害。當(dāng)前在煤層的開(kāi)采當(dāng)中對(duì)低透氣層的瓦斯抽放等關(guān)鍵技術(shù)受到了大家的廣泛關(guān)注。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)瓦斯抽取的技術(shù)也在不斷的發(fā)展當(dāng)中，本文將重點(diǎn)介紹CO2致裂增透技術(shù)的瓦斯抽取方案設(shè)計(jì)，并且對(duì)該方案的效果進(jìn)行分析[1]。

二、煤礦井下抽放關(guān)鍵技術(shù)概況介紹

肥田煤礦內(nèi)主采煤層M7煤層屬典型低透氣性煤層，在建井初期只能采用穿層抽采的方式治理瓦斯。但因煤層透氣性低和其他地質(zhì)條件制約，采用單純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積布孔、長(zhǎng)時(shí)間抽采的方式。并且在礦區(qū)內(nèi)對(duì)同類(lèi)煤層M10煤進(jìn)行過(guò)水力壓裂試驗(yàn)，結(jié)果基本無(wú)效且伴有大面積塌孔現(xiàn)象。

肥田井田位于貴州省織納礦區(qū)織金縣珠藏鎮(zhèn)、少普鄉(xiāng)和阿弓鎮(zhèn)境內(nèi)，地理坐標(biāo)為：東經(jīng)105°32′23″～105°40′49″、北緯26°28′20″～26°32′27″，井田走向長(zhǎng)7.05～13.9km、傾斜寬1.17～5.48km，面積48.7971km2。井田分兩期進(jìn)行開(kāi)發(fā)建設(shè)，目前進(jìn)行一期工程建設(shè)工作，設(shè)計(jì)規(guī)模120萬(wàn)t/a;二期工程核準(zhǔn)建設(shè)規(guī)模90萬(wàn)t/a，礦井生產(chǎn)能力為240萬(wàn)t/a。

三、肥田煤礦的瓦斯情況

根據(jù)《肥田煤礦二分區(qū)M6、M7、M8煤層瓦斯基本參數(shù)測(cè)定及M6、M7煤層突出危險(xiǎn)性鑒定報(bào)告》提供的瓦斯資料，M6煤層的瓦斯含量，在埋深222.1-307.8m范圍內(nèi)測(cè)得的瓦斯含量處于14.4106-16.9371 m3/t;M7煤層的瓦斯含量，在埋深262.9-331.3m范圍內(nèi)測(cè)得的瓦斯含量處于13.9934-15.8987m3/t;M8煤層的瓦斯含量，在埋深311.9-347.5m范圍內(nèi)實(shí)測(cè)的M8煤層瓦斯含量在7.7417-10.9438m3/t之間。M6煤層的瓦斯壓力，在埋深222.1-307.8m范圍內(nèi)測(cè)得的瓦斯壓力處于0.67-1.60MPa;M7煤層的瓦斯壓力，在埋深262.9-331.3m范圍內(nèi)測(cè)得的瓦斯壓力處于0.43-1.42MPa;M8煤層的瓦斯壓力值，在埋深311.9～347.5m范圍內(nèi)實(shí)測(cè)的M8煤層瓦斯壓力在0.17-0.45MPa之間[3]。

四、低透氣煤層瓦斯抽放關(guān)鍵技術(shù)

CO2致裂增透技術(shù)是一項(xiàng)運(yùn)用CO2致裂器在煤層中進(jìn)行深孔預(yù)裂爆破后，液態(tài)CO2瞬間氣化膨脹（積增大600倍）產(chǎn)生巨大壓力作用于煤體，一方面產(chǎn)生新的裂隙，增加煤層的透氣性，另一方面利用CO2對(duì)煤體的吸附強(qiáng)于CH4對(duì)煤體的吸附的原理對(duì)煤體中的瓦斯進(jìn)行驅(qū)替。CO2爆破后瞬間壓力能達(dá)到150Mp-600Mp，直接作用于目標(biāo)煤體，能有效滿足至裂效果。其工作過(guò)程為致裂器組裝、液態(tài)CO2氣體充裝、井下安裝及啟動(dòng)致裂4個(gè)階段[4]。

在研究當(dāng)中以CO2致裂增透技術(shù)改變煤層透氣性提高抽采率為核心，結(jié)合囊袋“兩堵一注”封孔工藝解決封孔導(dǎo)致不良抽采率降低問(wèn)題，建立一套低透氣性煤層提高瓦斯抽采率的施工工藝。抽采范圍分別控制210701運(yùn)輸巷沿煤層方向上、下幫各15m，控制巷道輪廓線外各15m，終孔間距5m，開(kāi)孔間距0.6m。

五、瓦斯抽放方案

（一）方案設(shè)計(jì)

結(jié)合肥田煤礦的實(shí)際情況，對(duì)相關(guān)的環(huán)境條件等進(jìn)行分析，最終決定在瓦斯抽采進(jìn)風(fēng)巷實(shí)施CO2致裂增透技術(shù)，并且在項(xiàng)目實(shí)施當(dāng)中需要對(duì)實(shí)際的瓦斯數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，最終得出項(xiàng)目的實(shí)施效果。在本次瓦斯抽取關(guān)鍵技術(shù)當(dāng)中在瓦斯抽取的進(jìn)風(fēng)巷布置了30個(gè)抽取鉆孔，均為CO2致裂孔，在進(jìn)風(fēng)巷施工有48個(gè)考察孔，最終在一段時(shí)間之后，通過(guò)對(duì)增透前后的瓦斯含量等數(shù)據(jù)的比較分析，最終得出增透效果。

（二）效果分析

抽采55天后，實(shí)施CO2致裂增透區(qū)域（690米、685米、680米）三組鉆孔控制的區(qū)域，由致裂區(qū)段煤層原始瓦斯含量的18.37m3/t，抽放55天后致裂區(qū)段殘余瓦斯含量大幅度降低至10.61m3/t-10.77m3/t;觀察區(qū)域（705米、710米、715米、720米、725米、730米）共計(jì)6組鉆孔控制的區(qū)域，由觀察區(qū)段煤層原始瓦斯含量的16.09m3/t，抽放55天后觀察區(qū)段殘余瓦斯含量降低至13.22m3/t。

通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，致裂區(qū)段通過(guò)CO2致裂增透技術(shù)后進(jìn)行為期55天的抽采，由原始瓦斯含量的18.37m3/t，降低至平均10.69m3/t，抽采出的瓦斯含量達(dá)到7.68m3/t;觀察區(qū)段通過(guò)傳統(tǒng)施工鉆孔后進(jìn)行為期55天的抽采，由原始瓦斯含量的16.09m3/t，降低至平均13.22m3/t，抽采出的瓦斯含量達(dá)到2.87m3/t;致裂區(qū)段的瓦斯抽采瓦斯含量是觀察區(qū)段的瓦斯抽采含量的2.68倍，可大大縮短抽采達(dá)標(biāo)時(shí)間。

結(jié)論

綜上，綜合CO2致裂增透解吸技術(shù)特點(diǎn)、肥田煤礦21采區(qū)210701瓦斯抽采進(jìn)風(fēng)巷地質(zhì)資料及巷道布置情況，在21采區(qū)210701瓦斯抽采進(jìn)風(fēng)巷施工30個(gè)致裂鉆孔進(jìn)行了致裂增透，并制定了CO2致裂增透安全技術(shù)措施。在本次項(xiàng)目當(dāng)中采用的瓦斯抽放關(guān)鍵技術(shù)，最終都能達(dá)到一定的抽放效果，通過(guò)對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的檢測(cè)，可以大幅度的降低低透氣層的瓦斯含量，這一技術(shù)在一定程度上能夠減少瓦斯安全事故的發(fā)生，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)約成本的目的，提高煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)于煤礦行業(yè)的發(fā)展也具有十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]李會(huì)雙. 低透氣性煤層瓦斯抽采技術(shù)[J]. 煤，2015，24（01）：40-41+50.