低透氣性煤層瓦斯抽放關鍵技術研究

劉攀

摘要：近年來，在煤礦事業的發展當中，出現的由于瓦斯帶來的安全事故也時長發生，受到一些因素的影響，在煤礦的開采當中，當煤層的開采深度達到一定限度后，透氣性也就會隨之減少，低透氣層瓦斯抽采的效果不夠明顯，瓦斯的含量也會增加，如果不及時進行瓦斯抽放，可能會引發瓦斯帶來的安全事故，對煤層開采人員的安全帶來危害，影響社會的和諧穩定，同時也會阻礙煤礦行業的發展。因此本文主要針對低透氣層的瓦斯抽放關鍵技術進行研究，分析了低透氣性煤層采用CO2致裂增透解吸技術和封孔工藝技術，在技術改進之后能夠實現節約成本的目的，提高煤礦企業的經濟效益。

關鍵詞：低透氣性煤層;瓦斯抽放;關鍵技術

一、引言

在我國煤層的開發當中，多數都是低透氣層的煤層，其中含有的瓦斯含量一般都比較大，不僅會造成環境污染，對人類的健康也會帶來危害。當前在煤層的開采當中對低透氣層的瓦斯抽放等關鍵技術受到了大家的廣泛關注。隨著科學技術的不斷發展，我國瓦斯抽取的技術也在不斷的發展當中，本文將重點介紹CO2致裂增透技術的瓦斯抽取方案設計，并且對該方案的效果進行分析[1]。

二、煤礦井下抽放關鍵技術概況介紹

肥田煤礦內主采煤層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、長時間抽采的方式。并且在礦區內對同類煤層M10煤進行過水力壓裂試驗，結果基本無效且伴有大面積塌孔現象。

肥田井田位于貴州省織納礦區織金縣珠藏鎮、少普鄉和阿弓鎮境內，地理坐標為：東經105°32′23″～105°40′49″、北緯26°28′20″～26°32′27″，井田走向長7.05～13.9km、傾斜寬1.17～5.48km，面積48.7971km2。井田分兩期進行開發建設，目前進行一期工程建設工作，設計規模120萬t/a;二期工程核準建設規模90萬t/a，礦井生產能力為240萬t/a。

三、肥田煤礦的瓦斯情況

根據《肥田煤礦二分區M6、M7、M8煤層瓦斯基本參數測定及M6、M7煤層突出危險性鑒定報告》提供的瓦斯資料，M6煤層的瓦斯含量，在埋深222.1-307.8m范圍內測得的瓦斯含量處于14.4106-16.9371 m3/t;M7煤層的瓦斯含量，在埋深262.9-331.3m范圍內測得的瓦斯含量處于13.9934-15.8987m3/t;M8煤層的瓦斯含量，在埋深311.9-347.5m范圍內實測的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范圍內測得的瓦斯壓力處于0.67-1.60MPa;M7煤層的瓦斯壓力，在埋深262.9-331.3m范圍內測得的瓦斯壓力處于0.43-1.42MPa;M8煤層的瓦斯壓力值，在埋深311.9～347.5m范圍內實測的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鍵技術

CO2致裂增透技術是一項運用CO2致裂器在煤層中進行深孔預裂爆破后，液態CO2瞬間氣化膨脹（積增大600倍）產生巨大壓力作用于煤體，一方面產生新的裂隙，增加煤層的透氣性，另一方面利用CO2對煤體的吸附強于CH4對煤體的吸附的原理對煤體中的瓦斯進行驅替。CO2爆破后瞬間壓力能達到150Mp-600Mp，直接作用于目標煤體，能有效滿足至裂效果。其工作過程為致裂器組裝、液態CO2氣體充裝、井下安裝及啟動致裂4個階段[4]。

在研究當中以CO2致裂增透技術改變煤層透氣性提高抽采率為核心，結合囊袋“兩堵一注”封孔工藝解決封孔導致不良抽采率降低問題，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，開孔間距0.6m。

五、瓦斯抽放方案

（一）方案設計

結合肥田煤礦的實際情況，對相關的環境條件等進行分析，最終決定在瓦斯抽采進風巷實施CO2致裂增透技術，并且在項目實施當中需要對實際的瓦斯數據進行檢測，最終得出項目的實施效果。在本次瓦斯抽取關鍵技術當中在瓦斯抽取的進風巷布置了30個抽取鉆孔，均為CO2致裂孔，在進風巷施工有48個考察孔，最終在一段時間之后，通過對增透前后的瓦斯含量等數據的比較分析，最終得出增透效果。

（二）效果分析

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

通過數據對比分析，致裂區段通過CO2致裂增透技術后進行為期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到7.68m3/t;觀察區段通過傳統施工鉆孔后進行為期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到2.87m3/t;致裂區段的瓦斯抽采瓦斯含量是觀察區段的瓦斯抽采含量的2.68倍，可大大縮短抽采達標時間。

結論

綜上，綜合CO2致裂增透解吸技術特點、肥田煤礦21采區210701瓦斯抽采進風巷地質資料及巷道布置情況，在21采區210701瓦斯抽采進風巷施工30個致裂鉆孔進行了致裂增透，并制定了CO2致裂增透安全技術措施。在本次項目當中采用的瓦斯抽放關鍵技術，最終都能達到一定的抽放效果，通過對各項數據的檢測，可以大幅度的降低低透氣層的瓦斯含量，這一技術在一定程度上能夠減少瓦斯安全事故的發生，能夠實現節約成本的目的，提高煤礦企業的經濟效益，對于煤礦行業的發展也具有十分重要的意義。

參考文獻：

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