低滲透煤層瓦斯抽放理論與應用研究

A煤礦為高瓦斯礦井，其中A9號煤層屬于低滲透煤層。在實際的采煤作業(yè)中，A9號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，煤礦工作技術人員采用水力割縫增透技術，利用低滲透煤層瓦斯抽放理論，對現(xiàn)場抽采進行控制，以有效提升煤層抽采效果。本文以A9號煤層的采挖作業(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，增強煤層的滲透性[1];②深孔預裂爆破法。在低滲透煤層深處打一個有斜度的孔，使煤層按照預設的方式爆裂，增加煤層的滲透性;③水力壓裂法。利用水力，改變原有低滲透煤層的孔隙結構，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建低滲透煤層新的孔隙網(wǎng)，達到良好的預抽、預排效果。
　　從實踐效果上來看，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)，改變原有的滲透方式，制造一個人為的空隙結構，改變低滲透煤層現(xiàn)有的結構。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)預抽預留出足夠的空間?？偟膩碚f，低滲透煤層瓦斯抽放理論是一種應用性較強的理論，能夠有效提升低滲透煤層的透氣性，對現(xiàn)在的煤礦采挖有著很強的指導作用。
　　2 低滲透煤層瓦斯抽放理論在生產(chǎn)中的實際應用
　　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號煤層是該煤礦的主要采煤層，煤層的主體結構海拔為-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 水力割裂技術原理與設備
　　低滲透煤層瓦斯抽放的水力割裂技術，主要采用高壓水的壓力，對現(xiàn)有的煤層結構進行重塑。其主要的設備有：①液化器;②液態(tài)壓力鉆孔設備，A9號煤層使用的是ZYW-1009號液壓鉆機③高壓乳化裝置;④電源開關裝置;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，但設備比較復雜，技術人員在使用前，要注意檢查設備的氣密性，確保各個部件性能良好。
　　2.2 水力割縫設計方案
　　A煤礦的技術人員，采用了循序漸進的割裂設計方案，對A9煤層進行了施工操作。第一，按照水壓參數(shù)計劃，進行-100m深度瓦斯抽放鉆孔施工，開啟水力割裂系統(tǒng)，進行后退式的鉆孔施工作業(yè)。第二，技術人員將水力割裂系統(tǒng)與閥控制裝置連接在一起，應用ZYW-1009號液壓鉆機，配合63mm直徑的專用鉆桿，進行聯(lián)網(wǎng)打孔。第三，技術人員在距離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際效果息息相關，施工技術人員要在鉆孔布置前，反復檢驗水力割縫的增投效果，確保此前施工中的參數(shù)設置合理，并依據(jù)檢驗的結果，對參數(shù)設置進行調(diào)整。此后，再依據(jù)新設定的參數(shù)，進行施工鉆孔布置：①對比A9煤層內(nèi)部的四個工作面的區(qū)別，對比同一工作面上不同鉆孔位置對施工效果的影響，在主鉆孔周圍打一排參考空位，對參數(shù)設計的合理性進行檢驗;②在主鉆孔區(qū)域安裝壓力表，檢測瓦斯抽放程度對鉆孔位置壓力的影響;③根據(jù)壓力表中的數(shù)據(jù)，進行優(yōu)化分析，對鉆孔高度、直徑、深度、傾斜角、方位角進行調(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。技術人員依照上述施工參數(shù)，對水力割縫施工流程進行優(yōu)化：首先，調(diào)整水力割縫系統(tǒng)的壓力值，使之適應鉆孔深度參數(shù)。其次，對A9煤層周邊煤體進行切割作業(yè)，持續(xù)時間為2.5min，在作業(yè)結束之后，后退鉆桿2.5m，重復壓力調(diào)試與截止閥調(diào)試操作。最后，在水力割縫系統(tǒng)鉆頭距離計劃施工位置10m時，停止施工。
　　2.5 施工效果檢驗
　　水力割縫施工結束之后，A煤礦施工技術人員，對該次操作進行了技術總結與施工檢驗。第一，在鉆孔位置安裝瓦斯流量表，對A9低滲透煤層的瓦斯抽放效果進行檢測，觀察瓦斯抽放的數(shù)值，并進行數(shù)據(jù)分析。第二，計算瓦斯抽放的峰值，對比水力割縫法與其他方法，在峰值出現(xiàn)的時間方面的差異與數(shù)值差異。
　　3 結論
　　綜上所述，水力割縫技術的應用，將A9號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間。從本文的分析可知，研究低滲透煤層瓦斯抽放理論與應用，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)中的技術難點，有針對性的應用相關理論，尋求技術突破。因而，技術人員要加強對低滲透煤層瓦斯抽放理論的學習，并在采挖實踐中，探索優(yōu)化瓦斯抽放的方式。