瓦斯抽采技術的發展現狀分析

周玉軍

摘 要：針對目前煤礦瓦斯抽采技術的多樣性，瓦斯事故依然是煤礦亟待解決的問題，且不同礦區煤層透氣性和煤層賦存存在較大差異，對瓦斯抽采的技術進行了綜合論述，并對目前大多煤礦低滲煤層的強化抽采技術進行了論述，展望了瓦斯抽采的發展方向。

關鍵詞：瓦斯抽采；低滲煤層；高透氣性；滲透率

中圖分類號：TD712.6 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.15.136

我國95%以上的煤層屬于高吸附性、高瓦斯含量及低滲透性煤層，滲透率只有1×10-4～1×10-3 md，并且隨著目前開采深度的增加，作用在煤體上的地應力較大，導致煤體的裂縫閉合。瓦斯煤礦為突出煤體，煤體呈碎粒狀和糜棱狀的面煤，孔隙發育而裂隙極其不發育，瓦斯吸附在煤體顆粒表面，使抽采的難度大大增加。

1 常規瓦斯抽采技術研究現狀

1.1 瓦斯抽采技術發展歷程

煤層瓦斯流動理論的提出、完善及新型封孔材料的不斷更新，為瓦斯抽采技術的快速發展提供了可能性。我國煤層瓦斯抽采技術的發展先后經歷了4個階段。

1.1.1 高透氣性煤層瓦斯抽采階段

在新中國成立初期的撫順礦區煤層的瓦斯進行井下預抽，抽采效果較好，將抽采出的瓦斯供給生活及工業使用。

1.1.2 鄰近煤層卸壓瓦斯抽采階段

20世紀50年代中期，由于存在煤層群開采的礦井，在陽泉礦區進行穿層鉆孔抽采臨近層瓦斯，抽采后使臨近層的瓦斯濃度大大降低，之后又試驗了高位抽采巷煤層的抽采，取得了很好的效果。

1.1.3 低透氣性煤層強化抽采瓦斯階段

對于低透氣性高瓦斯含量且具有突出危險性的煤層，利用常規的鉆孔抽采已經不能滿足煤礦安全、高效開采的要求。鑒于此，各個礦區試驗了不同的強化瓦斯抽采方法，主要有煤層注水、水力壓裂、水力割縫、深孔松動爆破及密集鉆孔布孔等方式。

1.1.4 綜合抽采瓦斯階段

將多種抽采方法結合起來對煤層進行瓦斯抽采，是目前我國主要的瓦斯抽采方式。結合礦井的具體情況，選用不同的合理方法同時治理瓦斯。

1.2 常規瓦斯抽采技術

截至目前，瓦斯抽采方法尚無統一分類方法，根據抽采瓦斯來源及抽采作用原理進行的分類如下。

1.2.1 順層鉆孔抽采本層瓦斯

順層鉆孔較多用在采煤工作面，在采面上按不同的布孔方式對煤層進行抽采一段時間后再采煤，用于回采工作面，降低煤層瓦斯含量或解決工作面消突問題。

斜向鉆孔沿工作面推進方向偽傾斜布置，鉆孔容易穿透煤層偽傾斜方向的層理，使透氣性增大，大大縮短了抽放時間。交叉式布孔法抽采瓦斯是在密集鉆孔及大直徑鉆孔的基礎上發展起來的，鉆孔相互貫通，起到擴大煤體卸壓范圍的效用。每個鉆孔的交叉點越多，效果越好。當前，大直徑鉆孔抽采煤層瓦斯技術越來越受到人們的關注，千米鉆機的成功試驗和應用使大直徑鉆孔及深孔鉆進得到廣泛的應用。大直徑鉆孔增加了煤體的暴露面積，可以有效增加煤體的瓦斯抽放量。

1.2.2 穿層鉆孔抽采本層瓦斯

布置穿層鉆孔時，一般將鉆場設在底板巖石巷道或鄰近煤層巷道中，也有的將鉆場設在頂板巖層中，由鉆場向開采煤層打鉆，貫穿煤層全厚。開采層在經過預抽后再進行采掘工作，從而解決了采掘過程中的一系列瓦斯問題。

1.2.3 綜合瓦斯抽采技術

綜合抽采瓦斯技術，將采前預抽、鄰近層抽采、邊采（掘）邊抽及采后抽采有機地結合在一起，會大大提高抽采的效率及效果。

2 低透氣性煤層增透技術研究現狀

對于低透氣性煤層，人為地使煤層中裂隙導通、延伸和擴展并產生新的裂隙，增加煤體的透氣性。目前，我國強化抽采瓦斯的措施主要有高壓水射流擴孔、地面水力壓裂、水力割縫、長深孔控制預爆破及高能氣體強化抽采方法等。

2.1 高壓水射流擴孔技術

高壓水射流擴孔技術是利用小直徑鉆孔及小直徑鉆桿，在煤層中通過旋轉噴射的高壓水對煤壁切割，進一步擴大鉆孔的直徑，從而形成更大的鉆孔空間，增加鉆孔的煤壁暴露面積，提高抽采效率。

2.2 地面水力壓裂技術

地面水力壓裂技術以高壓的水介質為動力，使煤體的原有裂縫擴大并形成新的裂縫，通過地面打壓裂井注入高壓水介質，同時通過高壓水進入煤層的壓力大于流體的濾失壓力，受到裂隙孔壁的阻力，進入煤體的流體壓力會逐漸升高。當超過煤體的破碎壓力時，煤層內原有的裂縫將被撐開，煤層透氣性增強。

2.3 水力割縫技術

水力割縫技術將水作為動力，利用水壓對鉆孔壁面兩側的煤體進行有效的沖擊及切割，使壁面兩側形成一定深度、寬度和高度的三維扁平裂縫，相當于在煤層中局部范圍內形成了一個保護層，使煤體達到卸壓增透的效果。

2.4 長深孔控制預裂爆破技術

長深孔控制預裂爆破技術的原理是炸藥爆炸的能量、瓦斯壓力及控制孔的導向和補償作用使煤體產生新的裂隙，并使原生裂隙得以擴展，從而提高煤層透氣性，達到提高抽放效果的目的。在回采工作面的進、回風巷，每隔一定距離，平行打一定深度的爆破孔和控制孔，二者交替布置，利用壓風裝藥器向爆破孔進行連續耦合裝藥。

2.5 高能氣體強化抽采技術

高能氣體強化抽采是通過特殊控制程序使藥品有序地釋放能量，形成不同的脈沖波對煤層的沖擊而使煤層壓裂。其主要的作用機理為驅替效應、稀釋擴散效應、壓力梯度抬升效應、置換效應及膨脹增透效應。由于煤層對甲烷的吸附能力小于二氧化碳，利用煤層注入二氧化碳能夠強化置換出甲烷分子，從而降低煤層吸附的瓦斯量。

2.6 井下鉆孔水力壓裂強化抽采瓦斯

井下鉆孔水力壓裂的基本原理與地面煤層氣井類似，即將高壓的壓裂液（清水）以大于地層濾失速率的排量壓入煤層，克服最小主應力和煤巖體的破裂壓力，使得煤層中原有的裂縫充分張開、延伸、相互溝通，從而達到增強導流能力的目的。

3 結束語

目前，隨著煤層賦存深度的增加以及受到煤炭產能過剩的影響，各個煤礦只能通過降低抽采成本來提高效益。由于煤層進入深部開采，煤層瓦斯滲透性低，吸附性強，需要強化抽采煤層中的瓦斯。又由于各個煤礦煤層賦存及地質條件不同，需要各個煤礦適合自己的瓦斯抽采方式，通過抽采技術的試驗和發展，使瓦斯抽采技術更為成熟。

參考文獻

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〔編輯：劉曉芳〕