低滲透煤層瓦斯抽放理論與應(yīng)用研究

A煤礦為高瓦斯礦井，其中A9號(hào)煤層屬于低滲透煤層。在實(shí)際的采煤作業(yè)中，A9號(hào)煤層的采挖難度較大。為提升采挖的質(zhì)量，降低采挖投入的成本，煤礦工作技術(shù)人員采用水力割縫增透技術(shù)，利用低滲透煤層瓦斯抽放理論，對(duì)現(xiàn)場抽采進(jìn)行控制，以有效提升煤層抽采效果。本文以A9號(hào)煤層的采挖作業(yè)為例，分析低滲透煤層瓦斯抽放理論與應(yīng)用。
　　1 低滲透煤層瓦斯抽放理論
　　目前的低滲透煤層瓦斯抽放主要有：①密集鉆孔法。在低滲透煤層的適合位置，高密度的鉆一系列小孔，增強(qiáng)煤層的滲透性[1];②深孔預(yù)裂爆破法。在低滲透煤層深處打一個(gè)有斜度的孔，使煤層按照預(yù)設(shè)的方式爆裂，增加煤層的滲透性;③水力壓裂法。利用水力，改變?cè)械蜐B透煤層的孔隙結(jié)構(gòu)，使煤層產(chǎn)生新的裂隙;④水力割縫法。這種方法通過水力構(gòu)建低滲透煤層新的孔隙網(wǎng)，達(dá)到良好的預(yù)抽、預(yù)排效果。
　　從實(shí)踐效果上來看，低滲透煤層瓦斯抽放理論在水力割縫法中，應(yīng)用效果最好。一方面，這種方法能夠增大低滲透煤層的透氣性系數(shù)，改變?cè)械臐B透方式，制造一個(gè)人為的空隙結(jié)構(gòu)，改變低滲透煤層現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)。另一方面，這種方法能夠拓展低滲透煤層的內(nèi)部空間，在鉆孔煤孔段中拓展處一條扁平縫槽，為后續(xù)預(yù)抽預(yù)留出足夠的空間?？偟膩碚f，低滲透煤層瓦斯抽放理論是一種應(yīng)用性較強(qiáng)的理論，能夠有效提升低滲透煤層的透氣性，對(duì)現(xiàn)在的煤礦采挖有著很強(qiáng)的指導(dǎo)作用。
　　2 低滲透煤層瓦斯抽放理論在生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用
　　A煤礦位于我國中部地區(qū)，礦區(qū)的年產(chǎn)量在1000萬噸左右，屬于高瓦斯礦井。A9號(hào)煤層是該煤礦的主要采煤層，煤層的主體結(jié)構(gòu)海拔為-650m，采挖檢測數(shù)據(jù)顯示的最大瓦斯壓力為0.579MP，最大瓦斯含量為7.568m3/t。
　　2.1 水力割裂技術(shù)原理與設(shè)備
　　低滲透煤層瓦斯抽放的水力割裂技術(shù)，主要采用高壓水的壓力，對(duì)現(xiàn)有的煤層結(jié)構(gòu)進(jìn)行重塑。其主要的設(shè)備有：①液化器;②液態(tài)壓力鉆孔設(shè)備，A9號(hào)煤層使用的是ZYW-1009號(hào)液壓鉆機(jī)③高壓乳化裝置;④電源開關(guān)裝置;⑤高壓密封鉆桿;⑥脈沖水噴射裝置;⑦高壓水專用鉆頭;⑧抗抖動(dòng)壓力檢測裝置;⑨高壓管;⑩氣密性檢測裝置。水力割縫裝置原理比較簡單，但設(shè)備比較復(fù)雜，技術(shù)人員在使用前，要注意檢查設(shè)備的氣密性，確保各個(gè)部件性能良好。
　　2.2 水力割縫設(shè)計(jì)方案
　　A煤礦的技術(shù)人員，采用了循序漸進(jìn)的割裂設(shè)計(jì)方案，對(duì)A9煤層進(jìn)行了施工操作。第一，按照水壓參數(shù)計(jì)劃，進(jìn)行-100m深度瓦斯抽放鉆孔施工，開啟水力割裂系統(tǒng)，進(jìn)行后退式的鉆孔施工作業(yè)。第二，技術(shù)人員將水力割裂系統(tǒng)與閥控制裝置連接在一起，應(yīng)用ZYW-1009號(hào)液壓鉆機(jī)，配合63mm直徑的專用鉆桿，進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)打孔。第三，技術(shù)人員在距離A9煤層底層10m-15m處停止作業(yè)，監(jiān)測瓦斯噴出量，確保施工的安全。第四，施工人員依據(jù)打孔位置，確定煤孔長度，進(jìn)行封孔聯(lián)網(wǎng)抽采。
　　2.3 水力割縫鉆孔布置
　　水力割縫鉆孔布置與鉆孔的實(shí)際效果息息相關(guān)，施工技術(shù)人員要在鉆孔布置前，反復(fù)檢驗(yàn)水力割縫的增投效果，確保此前施工中的參數(shù)設(shè)置合理，并依據(jù)檢驗(yàn)的結(jié)果，對(duì)參數(shù)設(shè)置進(jìn)行調(diào)整。此后，再依據(jù)新設(shè)定的參數(shù)，進(jìn)行施工鉆孔布置：①對(duì)比A9煤層內(nèi)部的四個(gè)工作面的區(qū)別，對(duì)比同一工作面上不同鉆孔位置對(duì)施工效果的影響，在主鉆孔周圍打一排參考空位，對(duì)參數(shù)設(shè)計(jì)的合理性進(jìn)行檢驗(yàn);②在主鉆孔區(qū)域安裝壓力表，檢測瓦斯抽放程度對(duì)鉆孔位置壓力的影響;③根據(jù)壓力表中的數(shù)據(jù)，進(jìn)行優(yōu)化分析，對(duì)鉆孔高度、直徑、深度、傾斜角、方位角進(jìn)行調(diào)整。
　　2.4 水力割縫施工流程
　　A9煤層鉆孔作業(yè)的相關(guān)參數(shù)主要為：鉆孔高度1m、鉆孔直徑75mm、鉆孔深度40m、鉆孔傾斜角與煤層傾斜角平行、鉆孔方位角與煤墻方向垂直。技術(shù)人員依照上述施工參數(shù)，對(duì)水力割縫施工流程進(jìn)行優(yōu)化：首先，調(diào)整水力割縫系統(tǒng)的壓力值，使之適應(yīng)鉆孔深度參數(shù)。其次，對(duì)A9煤層周邊煤體進(jìn)行切割作業(yè)，持續(xù)時(shí)間為2.5min，在作業(yè)結(jié)束之后，后退鉆桿2.5m，重復(fù)壓力調(diào)試與截止閥調(diào)試操作。最后，在水力割縫系統(tǒng)鉆頭距離計(jì)劃施工位置10m時(shí)，停止施工。
　　2.5 施工效果檢驗(yàn)
　　水力割縫施工結(jié)束之后，A煤礦施工技術(shù)人員，對(duì)該次操作進(jìn)行了技術(shù)總結(jié)與施工檢驗(yàn)。第一，在鉆孔位置安裝瓦斯流量表，對(duì)A9低滲透煤層的瓦斯抽放效果進(jìn)行檢測，觀察瓦斯抽放的數(shù)值，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。第二，計(jì)算瓦斯抽放的峰值，對(duì)比水力割縫法與其他方法，在峰值出現(xiàn)的時(shí)間方面的差異與數(shù)值差異。
　　3 結(jié)論
　　綜上所述，水力割縫技術(shù)的應(yīng)用，將A9號(hào)煤層的瓦斯抽采量提升了3.25-3.75倍，大大延長了高濃度瓦斯的抽放時(shí)間。從本文的分析可知，研究低滲透煤層瓦斯抽放理論與應(yīng)用，有助于煤礦生產(chǎn)企業(yè)從問題的角度出發(fā)，看待現(xiàn)有采挖作業(yè)中的技術(shù)難點(diǎn)，有針對(duì)性的應(yīng)用相關(guān)理論，尋求技術(shù)突破。因而，技術(shù)人員要加強(qiáng)對(duì)低滲透煤層瓦斯抽放理論的學(xué)習(xí)，并在采挖實(shí)踐中，探索優(yōu)化瓦斯抽放的方式。