高瓦斯低透气性煤层强化增透抽采技术的现状及发展
低透气性煤层瓦斯抽采技术

对 白沙矿区具体的地 质情况、煤层的差异以及瓦斯赋存的
具 体情况 ,采取的不 同抽采技术 ,主要有以下五类:水力 切割、深孔控制爆破技术、旋转水力扩孔技术、密集长钻 孔技术 、网格式穿层钻孔技术。 目前白沙矿 区抽放瓦斯采 用 的主 要 方法 是 开采 层 瓦斯 抽采 和 邻近 层 瓦斯 抽 采两 个种 类。前面三类属于探索性的抽采 ,后面两类 ( 密集长钻孔
和径向这两个方向上分别产生对应的动 力分量 ,另外还会 产 生 切 向的速 度 ,旋 转 射流 就 因此 形 成 了 。旋 转 水 力扩 孔
技 术 主要 是通 过 旋转 射 流的 原 理将 钻 孔 的直径 进 行 扩大 , 以此 来增 加钻 孔 煤 层泄露 瓦 斯 的面 积 ,实现增 加 抵 御应 力 的 作 用 。旋转 水 力扩 孔 技术 可 以增 加 生产 层面 上 钻 孔排 除
王 双 开
摘 要
在煤矿 开采过程 中,瓦斯 的泄漏 以及爆炸从 古至今 都是造成煤矿 安 全事 故的
主要原 因。特别是 到 了最近 几年 ,随着我 国采煤技 术的不 断发展 以及煤矿开
Байду номын сангаас
采深度 的不 断增加 ,开 采煤层 的透 气性却逐渐 降低 ,这直 接 降低 了煤矿 瓦斯 的抽 采效率 。本文作者在 自身 多年 的工作 经历基础 上 ,针对 白沙矿 区及工作 过 的单位探 讨 了如何 在低透 气性煤层开展 瓦斯抽 采技 术 ,希 望给 相 关领 域 的 研 究者和工作者提供参 考和借 鉴。 关键词
一
煤矿井下 抽采技 术概述
目前 ,从 我 国矿 区 的煤 层来 说 ,绝大 部 分都 属 于低 透 气 性 的煤 层 ,这 直接 给 瓦 斯 的抽 采 工作 以及 利 用带 来 了严
低透气性煤层综合强化高效抽采应用技术

步 提高 抽采 效 果 , 如 采用 水 力 压 裂 、 水 力 割缝 、 松
动爆 破 和深孔 控制 卸压 爆破 等 。瓦斯抽 采设 备 中央
瓦斯 泵 站 有 S K . 2 0 0型 水 环 式 真 空 泵 、 S K 一 8 1 0型 水
环式 真 空泵 和瓦斯 泵 , 各 设 备 相 互 之 问 可 以 自由切 换 。瓦斯 管路 可根 据 计 算 确 定 主管 、 分 管 和支 管 管
( 1 ) 低 透气 性煤 层 瓦 斯强 化 抽 采 阶段 。上世 纪 末 的瓦斯 抽采 初 期 , 试 验 了地 面 、 井 下水 力 压 裂 , 水 力割 缝 , 松动 爆破 , 大 直径 ( 扩孔 ) 钻孔 , 网格 式 密集
达到 预设 抽采 效果 , 所 以应 采 取 卸 压 临 近层 专 用 巷
径及 管厚 。
2 . 3 强化 综合 抽 采方法 应 用
预先 抽放 瓦斯 、 临近 被解 放 煤 层 专 用 巷 道 安 全抽 采 瓦斯 、 采 空 区抽采 瓦斯 ; 瓦斯 抽放 管路 设备 优 化和地
高校基本科研 业务费专项 资金 资助项 目( 编号 : 2 0 1 3 D X S 0 2 ) 。
Se ia f I No. 53 9 Ma r c h. 2 01 4
现
代
矿
业
总 第5 3 9期 2 0 1 4 年 3月 第 3期
M0D ERN MI N I NG
低 透 气 性 煤 层 综 合 强 化 高 效 抽 采应 用 技 术 水
任 砚 东 武 晓 东 高 伟 王 青 祥
完毕 , 采动 活动 已稳 定 , 对下覆 1 2 煤层 的开 采 影 响
较小 。 2 . 2 瓦斯 抽采 设计 及抽 放设 备
《瓦斯抽采基本知识》PPT模板课件

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件
开采保护层时应考虑抽放被保护层瓦斯。
开采有煤与瓦斯突出危险煤层的。
4、煤层瓦斯抽采难易程度的指标
煤层抽放瓦斯难以程度(可行性)主要针对预抽方法而言, 主要有钻孔瓦斯流量衰减系数(瓦斯压力)和煤层透气性系 数两项指标,是用来衡量开采层瓦斯抽放难易程度的重要参 数。 根据这两项指标将未卸压原始煤层的抽放难以程度划分为三 类,即容易抽放、可以抽放和较难抽放。
类别
容易抽放 可以抽放 较难抽放
钻孔瓦斯流量衰减系数 d-1 <0.003 0.003~0.05 >0.05
煤层透气性系数 m2·MPa-2·d-1 >10 10~0.1 <0.1
5、瓦斯抽采的意义
瓦
瓦斯抽放是消除煤矿重大瓦斯事故的治本措施
斯
抽
放
瓦斯抽放能够解决矿井仅靠通风难以解决的问题,
的
降低矿井通风成本
瓦斯抽采基本知识
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☆瓦斯抽放发展概况
我国煤矿瓦斯抽放技术的发展
高透气性煤层抽放 瓦斯阶段
邻近层卸压抽放 瓦斯阶段
低透气性煤层强化 抽放瓦斯阶段
中国煤矿瓦斯抽采技术现状和成长前景共40页

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6、黄金时代是在我们的前面,而不在 我们的 后面。
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7、心急吃不了热汤圆。
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8、你可以很有个性,但某些时候请收 敛。
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9、只为成功找方法,不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
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10、只要下定决心克服恐惧,便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为,请 记住, 除了在 脑海中 ,恐惧 无处藏 身。-- 戴尔. 卡耐基 。
45、自己的饭量自己知道。——苏联
Hale Waihona Puke 41、学问是异常珍贵的东西,从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间,才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话,只需要教育; 而要挑战别人所说的话,则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是:在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
低透高瓦斯煤层群安全开采关键技术

试论低透高瓦斯煤层群安全开采关键技术摘要:瓦斯是一种爆炸性气体,对井下员工的生命安全有很大的危害性。
而高瓦斯突出矿井经常会发生瓦斯爆炸事故,会给煤矿企业带来巨大的经济损失和人员伤亡。
因此需要采取有效措施确保高瓦斯煤层群的安全生产,本文主要针对低透层高瓦斯群为研究对象,对一些常见的安全开采关键技术进行探讨。
关键词:高瓦斯煤层全安全开采技术一、低透高瓦斯煤层群的概况随着煤矿的开采量不断提高以及煤矿开采深度的不断增加,地质条件的复杂性使得煤矿生产的安全性要求也越来越高,所以如何有效解决低透高瓦斯煤层群安全开采过程中的瓦斯灾害,为矿井生产提供有力的安全保障,成为了人们关注的焦点问题。
但是瓦斯作为一种经济、环保的高效能源,可以给生产生活带来许多便利,因此对于瓦斯的处理问题不单单是依靠抽放的方式避免瓦斯灾害给矿井生产带来的威胁,更重要的是在改善矿井生产的同时合理的开发利用这种燃料资源。
现阶段煤矿与瓦斯共同开采技术是对传统瓦斯治理技术的一种革新,从低透高瓦斯煤层群中抽采利用瓦斯已经进入了矿井生产的正常工艺流程。
从而有效的提升矿井生产的经济效益和社会效益。
二、低透高瓦斯煤层群开采的关键技术在对低透高瓦斯煤层群进行开采的过程中,需要采取有效的措施来预防瓦斯爆炸事故的发生。
以下就对低透高瓦斯煤层群开采的关键技术进行具体分析:(一)瓦斯的合理利用由于矿井中的瓦斯是客观存在的,尤其是在低透高瓦斯煤层群当中瓦斯灾害更加需要引起重视,所以要防止瓦斯爆炸事故的发生,主要目的就是通过抽放来减小煤体中赋存的瓦斯含量,即切断瓦斯涌出的源头或者减少瓦斯来源。
而且对于低透高瓦斯煤层来说,瓦斯抽放的效果显得尤为重要,为了能够增加瓦斯的回收利用率,需要将传统抽放的方式改为全面卸压开采抽采瓦斯的方法。
卸压开采抽采瓦斯的技术要点如下:(1)低透高瓦斯煤层群保护层开采卸压抽采瓦斯在低透高瓦斯煤层群当中,保护层的开采和瓦斯抽采是解决危险煤层与瓦斯突出和实现安全生产的有效措施。
煤矿瓦斯抽采技术发展及效能评估

煤矿瓦斯抽采技术发展及效能评估煤矿瓦斯是一种常见的矿井气体,它不仅对矿工的生命安全构成威胁,还对环境造成严重的污染。
因此,煤矿瓦斯抽采技术的发展和效能评估对于矿山安全和环境保护具有重要意义。
一、煤矿瓦斯抽采技术的发展随着煤矿开采的不断深入,瓦斯抽采技术也在不断发展。
传统的瓦斯抽采方法主要是通过排放瓦斯来降低矿井瓦斯浓度,以减少矿井瓦斯爆炸的风险。
然而,这种方法对矿井瓦斯的抽采效果并不理想,且造成了瓦斯的大量浪费。
为了提高瓦斯抽采效果,煤矿瓦斯抽采技术得到了进一步的创新和发展。
目前,常见的瓦斯抽采技术包括瓦斯抽放、瓦斯抽采和瓦斯利用三种方式。
瓦斯抽放是指将瓦斯通过管道排放到安全区域,以降低矿井瓦斯浓度。
这种方法主要适用于矿井瓦斯浓度较低的情况,但对于高浓度的瓦斯抽采效果较差。
瓦斯抽采是指通过抽采设备将瓦斯从矿井中抽出,以降低矿井瓦斯浓度。
这种方法可以有效地控制矿井瓦斯的浓度,减少瓦斯爆炸的风险。
目前,常用的瓦斯抽采设备有瓦斯抽采机和瓦斯抽采泵等。
瓦斯利用是指将瓦斯转化为能源进行利用,以达到瓦斯资源的综合利用和环境保护的目的。
常见的瓦斯利用方式包括发电、制氢和制甲醇等。
二、煤矿瓦斯抽采技术的效能评估煤矿瓦斯抽采技术的效能评估是对瓦斯抽采技术进行科学评价和比较的过程。
通过评估瓦斯抽采技术的效能,可以为矿山安全管理和环境保护提供科学依据。
瓦斯抽采技术的效能评估主要包括以下几个方面:1. 瓦斯抽采效率:瓦斯抽采效率是评估瓦斯抽采技术效果的关键指标。
瓦斯抽采效率高,意味着能够更有效地降低矿井瓦斯浓度,减少瓦斯爆炸的风险。
2. 瓦斯利用效益:对于采用瓦斯利用技术的矿井,瓦斯利用效益是评估瓦斯抽采技术的重要指标。
瓦斯利用效益高,意味着能够更充分地利用瓦斯资源,减少瓦斯排放和环境污染。
3. 经济效益:瓦斯抽采技术的经济效益是评估瓦斯抽采技术可行性的重要指标。
经济效益好,意味着能够在保证矿山安全和环境保护的前提下,实现经济效益的最大化。
定向长钻孔瓦斯抽采技术在低透气煤层中应用

定向长钻孔瓦斯抽采技术在低透气煤层中应用摘要:目前,我国的煤矿工程建设的发展迅速,瓦斯是影响煤矿安全高效生产的主要因素之一,特别是高瓦斯煤层,由于瓦斯含量高,开采期间容易出现上隅角瓦斯超限的问题。
对于采空区瓦斯的治理,国内外学者进行了大量的研究,形成了高抽巷、采空区埋管、普通高位钻孔等抽采方式,对采空区瓦斯的治理均达到了一定的效果,但不可避免地也存在一些缺点,如:采用高抽巷抽采时,掘进和维护费用较高;采空区埋管抽采效率偏低;普通高位钻孔存在抽采时间短、有效抽采孔段短等问题。
关键词:定向长钻孔瓦斯抽采技术;低透气煤层;应用引言煤矿高瓦斯低透气煤层瓦斯抽采率低的问题一直是煤矿重点攻关的技术难题之一。
随着我国多数煤矿产能增大、井田不断开拓延伸,矿井逐渐进入深部开采阶段,开采煤层地应力加大、地温升高,从而导致煤层瓦斯抽采难度加大。
低透气煤层瓦斯抽采的难抽性已成为大多数高瓦斯矿共同特性;煤矿在生产过程中瓦斯事故频繁发生,已严重制约着井下安全高效生产。
目前我国煤矿对于低透气煤层主要采用本煤层顺层钻孔瓦斯抽采,但这种瓦斯抽采技术存在很多技术难题,主要表现在钻孔施工量大、钻孔施工周期长以及瓦斯抽采难度大、煤层瓦斯抽采效率等,而且严重威胁着工作面后期安全高效生产。
1定向长钻孔瓦斯抽采技术应用为了提高煤层瓦斯抽采效率,保证工作面安全高效回采,司马矿研究决定采用定向长钻孔预抽煤层瓦斯。
1.1定向钻孔抽采瓦斯技术优点(1)钻孔工程量小:与传统顺层钻孔相比,采用千米定向钻孔瓦斯抽采技术,共计施工3个钻场,每个钻场内布置15个钻孔,总共45个钻孔,钻孔总长度为8100m;而采用本煤层顺层钻孔瓦斯抽采时钻孔总长度为12600m,可减少钻孔施工长度达4500m,降低了抽采瓦斯钻孔施工工程量。
(2)钻孔施工周期短、成孔效果好:与传统钻机相比,ZDY3200L型履带式液压钻机自动化水平高,钻孔施工速度快。
通过现场观察发现,单孔钻进时间为6h,大大缩短了钻孔施工周期;同时该钻机安装了一套定向钻进系统,可实时观测钻孔内岩性、钻进位置以及钻孔成孔情况,钻孔施工精准率高、成孔效果好,成孔率是原顺层钻孔成孔率1.5倍。
煤矿瓦斯抽采技术应用分析

煤矿瓦斯抽采技术应用分析摘要:目前,我国已经进人深部开采时代,煤层中的瓦斯含量逐渐增加,这导致瓦斯引起灾害的可能性也大大增加。
为了保证开采的安全性,必须对煤层中的瓦斯进行治理,一种重要的手段是对煤层中的瓦斯进行预抽。
由于我国煤层大多经历了地质构造的作用,煤层透气性较差,直接抽采煤层中的瓦斯存在着很大的困难,为此,需要应用一些强化瓦斯抽采的技术措施。
基于此,文章对煤矿瓦斯抽采技术的应用进行了研究,以供参考。
关键词:煤矿开采;瓦斯抽采;技术措施1瓦斯抽采技术面临的难点分析地面钻井抽采煤层瓦斯的效果比较差,已经很少采用。
目前,中国大多数矿井采用的是井下钻孔抽采煤层中瓦斯的方法。
但是由于我国煤层透气性较差,采用普通的钻孔来进行瓦斯抽采,存在抽采时间长、抽采效果差的不足。
因此为了强化瓦斯抽采,需要采用一些其他技术。
在当前的煤矿瓦斯抽采工作中,主要面临以下方面难点:(1)顺煤层抽瓦斯钻孔施工深度难以满足高效区域抽采的要求。
顺煤层抽瓦斯钻孔施工深度难以满足高效区域抽采的要求,使得大量采用抽瓦斯专用岩巷,工程成本高、施工时间长、产生大量废渣。
(2)缺乏长钻孔轨迹测定技术井下钻孔施工存在风险。
缺乏长钻孔轨迹测定技术,使得抽瓦斯难均匀、易留事故隐患;井下钻孔施工存在风险,远程(或地面)操控成为趋势和难点。
(3)井下抽采的瓦斯浓度低及煤层透气性低。
井下抽采的瓦斯浓度低,不利于安全抽采与输运,也给资源利用带来困难;煤层透气性低,抽瓦斯效果较差,提高透气性和抽采效果是难题;用地面井抽采采动影响区瓦斯效果好,但易受采动破坏,提高其高效服务寿命是难题。
2煤矿瓦斯抽采技术的应用研究2.1做好瓦斯监测工作煤矿瓦斯监测是进行瓦斯防治的基础,其有效性对于煤矿安全有着重要影响。
在进行瓦斯监测时,需做好以下几方面工作:(1)要检查一些关键位置处瓦斯探头的完好性。
瓦斯探头是监测瓦斯的重要设备,其主要功能是测量空气中的瓦斯浓度,但由于煤矿井下恶劣的生产环境,瓦斯探头很容易损坏。
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龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 高瓦斯低透气性煤层强化增透抽采技术的现状及发展 作者:赵文清 李文辉 潘孝康 来源:《西部资源》2016年第06期
摘要:中国大多数高瓦斯矿井煤层的透气性都比较低,普通的瓦斯抽采措施短时间内很难达到规范要求。要治理矿井瓦斯灾害,并且充分利用瓦斯能源,就必须研究促使煤层卸压增透的有效措施。本文从高瓦斯低透气性煤层增透常用技术的原理以及使用条件的角度进行了重点阐述,总结了高瓦斯低透气性的煤层在瓦斯抽采增透措施方面的新发展,得出了合理开发增透抽采新技术是高瓦斯矿井治理瓦斯灾害的主要发展道路的结论。
关键词:高瓦斯矿井;透气性;增透措施;瓦斯抽采 随着煤矿开采深度的增加,矿井灾害日益复杂多样,煤矿安全生产的压力也与日俱增。由于我国大多数高瓦斯矿井煤层都存在透气性较低的问题,通常采用的瓦斯抽采技术有效性较差,由于抽放钻孔对煤层的有效作用范围较小,而在工作面进行钻孔施工难度较大,煤层抽放效率低下,是造成矿山很难根治瓦斯灾害的主要原因。因此,对煤层进行卸压增透的研究已经成为国内学者的重点研究对象。增加钻孔的有效作用范围,结合瓦斯运移规律与卸压增透的特性,促进卸压后裂隙区的高浓度瓦斯快速释放,达到有效抽采的目的,以期在突出煤层的“卸压、增透、消突”方面有所突破[1—2]。
1. 高瓦斯低透气性煤层增透常用技术 1.1 深孔爆破增透技术 1.1.1 深孔控制预裂爆破增透技术 刘健、杨永生等[3-4]系统研究了深孔预裂爆破对低透气性高瓦斯煤层增透的作用机理,对煤体进行爆破后,爆破孔周边的煤体发生破裂与松动形成卸压区域,煤体原始应力集中带和高压瓦斯区域向煤体深部移动,一定程度上消除了应力集中,形成了较大的安全区域和防护区域。同时造成工作面前方煤体裂隙增多,渗流通道增大,透气性增强,有益于煤层瓦斯抽采,从而降低煤层瓦斯压力和瓦斯含量。
采用深孔预裂爆破增透技术是一种可以提高瓦斯抽采率,防治矿井瓦斯灾害的可行思路。该技术为通过对煤层注水来降尘和抑制瓦斯涌出的方法提供了基础,也为治理低透气性高瓦斯煤层的瓦斯灾害提供了有效的方案。但是,如果抽采钻孔封孔效果不好,也会对深孔预裂爆破的效果造成影响[3、5]。 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 1.1.2 深孔聚能爆破增透技术 深孔聚能爆破增透机理可概括为:在聚能爆破作用下,爆破孔周边煤体产生了较大范围的连通裂隙网络,在爆破近区、中区和远区形成了粉碎区、径向和环向裂隙横纵交错的裂隙发育区以及径向裂隙存在的裂隙扩展区。由于聚能装药结构不同,与非聚能方向相比,聚能方向的聚能效应导致煤体粉碎区范围偏小而裂隙区范围较大[6-10]。随着煤体裂隙增加,透气性逐渐增大,有利于煤体瓦斯抽采,使煤体瓦斯压力降低、瓦斯含量减少。聚能爆破作用下的煤体裂隙分区示意图如图1所示[11]。
图1 聚能爆破作用下的煤体裂隙分区 深孔聚能爆破增透技术采用聚能装药结构,能充分发挥聚能射流侵彻和爆炸能量的叠加作用,克服了普通爆破作用下煤体的过度粉碎,增加了聚能方向煤体裂隙的数量和深度,形成较大范围的径向和环向裂隙网络[11]。
1.2 水力增透技术 随着治理瓦斯灾害工作的深入开展,瓦斯抽采技术也不断发展,水力增透技术作为瓦斯增透抽采技术中的一大类,主要是用水作为处理煤层瓦斯的手段,如水力压裂、水力割缝、水力冲孔等。水力化增透技术按动力源可分为以下两类[12]:水力割缝、水力压裂等技术把高压水作为主要动力源;水力冲孔等将水作为部分动力源。
1.2.1 水力压裂增透技术 水力压裂主要分为普通水力压裂和脉动水力压裂两种[13]。 采用注水压裂破坏煤层是借助水在煤层各种软弱结构面内起到的支撑作用。由于水的存在,造成弱面的张开和扩展,从而增加了裂隙的空间体积,裂隙的扩展会使多个裂隙之间连通,从而形成一个横纵交错的裂隙网络。形成的这种网络化裂隙,会大幅度提高煤层的透气性[14]。
当采用有较高压力的脉冲水对煤层进行压裂时,具有高压脉动特点的压力水对煤层不断的作用,导致煤层中的原生裂隙不断扩展、贯通,同时产生新的裂隙,大大提高了煤层渗透率[15]。
由文献[2]知,在鹤壁十矿进行的水力压裂试验中,煤层渗透性显著增加;进行水力压裂后试验后,煤层中的瓦斯含量和瓦斯压力均小于防突规范里规定的临界值,起到了较好的增透消突作用;而压裂后煤层最大瓦斯抽采浓度提高了6.33倍,单孔平均抽采量提高了17.7倍,卸压增透效果明显[2];在大兴煤矿进行的水力压裂试验中,水力压裂后钻孔最大抽采浓度为龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 80%,平均抽采纯流量为0.218m3/min,相对于通孔瓦斯抽采量提高了7.6倍,煤层透气性系数提高79~272倍[16]。
林柏泉等[15]为了改进现有卸压增透技术,解决目前矿井瓦斯治理存在的难题,结合原有水力压裂技术,提出了高压脉动水力压裂卸压增透技术。通过理论分析和现场试验结合,对脉动压力在裂隙中的传播特性以及卸压增透效果进行了分析。发现高压脉动水力压裂可以使煤体的一些物理参数发生反复交变,造成疲劳破坏,进而连通孔隙,提高渗透率。
1.2.2 水力割缝增透技术 水力割缝增透技术主要用于低透气性、高瓦斯含量、有突出危险性煤层的增透。该技术主要是在煤层钻孔时借助高压水射流在孔内对煤体进行切割,最终在钻孔两侧形成具有一定宽度和深度的扁平缝槽,而水流则将切割下来的煤体通过钻孔排出,煤层在地应力作用下发生变形和破坏,使钻孔之间相互连通,提高了煤层的透气性,为瓦斯的渗流提供通道[17-19]。
1.2.3 水力冲孔 水力冲孔主要是依靠高压水的冲击能力,对煤体造成破坏,最终生产了一个较大的水力掏槽孔。其周边煤体向孔内发生较大位移,造成煤体发生膨胀变形,使孔道作用范围内的地应力降低,从而煤层充分卸压,裂隙增多,煤层透气性大幅度提高,促进瓦斯渗流。在采用水力冲孔时,水的作用体现在,高压水作用煤壁,产生了一个较大的掏槽孔,导致周边煤体充分卸压,瓦斯大量排放;对煤体的湿润,减小了煤体的脆性,降低了煤体内部的应力集中,从一定程度上抑制了煤和瓦斯突出,达到了综合防突的效果[20]。
2. 高瓦斯低透气性煤层增透新技术 2.1 液态CO2深孔爆破增透技术 温度低于31℃,压力为7.2MPa的CO2是液态的,而当温度高于31℃时液态的CO2瞬间转变为气态,在这个过程中,CO2的体积发生快速膨胀,可以对周围事物造成巨大破坏[21]。将液态CO2装在特制的容器内(爆破器),在工作面完成钻孔工作后,依次放入炮管,将爆破管的起爆头连通引爆电流后,活化器内的低压保险丝发生快速反应,较高的温度使容器内的CO2在四十毫秒内由液体迅速转变为气体,体积瞬间膨胀高达600多倍,容器内压力可增大到270MPa[22]。当压力超过设定值,释放头内的爆裂盘被打开,高压CO2气体瞬间从爆破器内发生爆炸,对钻孔附近的煤体作用,起到物理爆破的效果。
在渗透性较低且瓦斯压力较高的煤层中实施CO2预裂爆破,可以充分合理利用气体爆炸产生的应力波。高压气体的瞬间膨胀和巨大的体积变化使煤层中形成了粉碎区、裂隙发育区、裂隙区,给增加煤层渗透性提供了基础条件[23]。
2.2 高压旋转水射流割缝增透技术 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 该技术融合了钻机钻进与水射流割缝两种技术,利用钻机钻孔,当钻头到达煤层目标位置后,改变钻头的工作状态,从钻孔功能切换到割缝功能,然后退钻,在此过程中进行螺旋切割煤体,形成的卸压空间形状近似圆柱状,在扩孔方面达到了很好的效果,更大范围的释放了地应力和瓦斯潜能[24]。
如果只是采用钻孔进行卸压,起到的效果有限,主要原因是钻孔周围的应力集中会使部分煤体再次被压密,从而透气性降低,阻碍了气体的渗流;而采用射流割缝生成的缝槽,可以破坏钻孔周边的应力集中区域,从而提高煤体的渗透性。在一定的区域内,进行多个钻孔割缝,煤体发生卸压、变形和膨胀,邻近钻孔的影响范围相互重叠,煤体中就会形成裂隙网络,实现区域性整体卸压增透[24]。
2.3 多重水力卸压增透技术[25] 从水力压裂到水力冲孔再经过孔间压裂最后进行二次水力冲孔的一系列卸压技术称为多重水力卸压增透技术。
首先实施高压水力压裂,然后在该区域内采用水力冲孔技术,进行水力压裂后的煤体内部裂隙发生扩展,逐渐形成了裂隙网络,再采用水力冲孔会增加瓦斯涌出量,由于孔内邻近煤体瓦斯压力梯度较小,钻孔周边的煤体发生层状剥离趋势变缓,因而实施水力冲孔诱发孔内突出的概率便会大大降低。
在水力冲孔后进行孔间煤体压裂的主要方式是对部分钻孔采用高压注水压裂,把注水孔的邻近孔当作自由孔,自由孔内的空间可以作为钻孔间煤体压裂并产生位移的自由面。再次进行高压注水压裂使钻孔之间的煤体向水平方向发生膨胀变形,起到卸压增透的作用。
二次水力冲孔是该技术的最后一个环节,即对部分钻孔进行水力冲刷,而需要进行冲孔的钻孔是自由钻场钻孔和一次水力冲孔时冲出煤量较少的钻孔。
对突出煤层采用多重水力卸压增透技术,可以达到很好的卸压效果,与单独的卸压技术相比,主要优势在于:可以用同一套高压供水系统,不用增加额外的设备经费;此外,该技术并不影响瓦斯抽采,在实施水力冲孔和孔间压裂工艺时,经过煤水气分离装置的分离后,瓦斯便进入了瓦斯抽采管道,钻孔施工完毕即可进行瓦斯抽采。
2.4 穿层钻孔孔群增透技术[26] 穿层钻孔孔群增透瓦斯抽采技术[28]是在确保安全生产的前提下,对钻孔施工顺序进行优化的增透技术;在打钻过程中采用高压水力诱导喷孔,排出煤渣,促使孔群范围内形成多个喷孔孔洞;孔群范围内的煤体卸压,煤体的透气性增大,从而提升瓦斯抽采率。
在底板巷道进行网格式的上向穿层打钻过程中,利用高压水诱发钻孔喷孔,在孔群范围内形成多个喷孔孔洞;孔群范围内煤体所受应力重新分布,集中应力对煤体造成破坏,并转移到