陜煤集團彬長礦業(yè)“2-111”瓦斯高效抽采新技術(shù)取得突破性進展

“一孔兩用”雙作業(yè)，瓦斯“卸”與“脫”不再難——彬長礦業(yè)“2-111”瓦斯高效抽采新技術(shù)取得突破性進展

“施工鉆孔605個，進尺突破10萬米，瓦斯抽采濃度提高3倍至6倍?！?月14日，陜煤集團彬長礦區(qū)災(zāi)害綜合治理工程研究中心副主任陳跟馬說。

去年4月以來，彬長礦業(yè)公司孟村、胡家河、小莊和大佛寺4對礦井積極推進國內(nèi)首創(chuàng)的“2—111”瓦斯高效抽采技術(shù)應(yīng)用項目，目前已完成彬長礦區(qū)瓦斯概況及研究背景調(diào)研、高壓水射流割縫增透與液態(tài)二氧化碳驅(qū)替機理分析、高壓水射流割縫與液態(tài)二氧化碳驅(qū)替現(xiàn)場參數(shù)試驗研究、“2—111”瓦斯高效抽采機理及現(xiàn)場試驗計劃，并取得了突破性進展。

“2-111”瓦斯高效抽采技術(shù)實施步驟：

?利用高壓水射流割縫技術(shù)，對本煤層瓦斯抽采孔進行分段“掃圈式”切割造縫卸壓；

?間隔向割縫孔內(nèi)壓注液態(tài)二氧化碳，裂隙煤體瓦斯得到氣相脫附驅(qū)替；

?氣化態(tài)二氧化碳進一步劈裂縫隙空間，與抽采負(fù)壓共同對壓注有效范圍內(nèi)外煤體中的游離瓦斯進行連續(xù)驅(qū)氣。

“一孔兩用”：以割卸壓、以氣驅(qū)替

“把‘2—111’瓦斯高效抽采技術(shù)與災(zāi)害綜合防治相結(jié)合，與優(yōu)化采掘部署相結(jié)合，實現(xiàn)‘抽掘采’平衡，推進安全高效礦井建設(shè)。”去年初，彬長礦業(yè)公司黨委書記、執(zhí)行董事趙文革在“2—111”瓦斯高效抽采技術(shù)項目推進會上說。

受煤層賦存條件影響，彬長礦業(yè)公司5對礦井均為高瓦斯礦井，其中大佛寺礦絕對瓦斯涌出量每分鐘150立方米至160立方米，最大涌出量達每分鐘210立方米。

近年來，在瓦斯高效抽采的各類工藝方面，卸壓增透技術(shù)作用范圍有限，卸壓半徑不大，對煤體大量吸附的瓦斯不能有效脫附；驅(qū)替技術(shù)則由于煤體致密，煤體內(nèi)沒有大量裂隙存在，運移通道不暢通，實際效果并不明顯。要實現(xiàn)瓦斯的高效抽采、大幅提升瓦斯抽采濃度，就必須考慮瓦斯在煤體中的流動特征和煤體吸附瓦斯快速脫附的特性。

該公司創(chuàng)立的“2—111”瓦斯高效抽采技術(shù)，即先利用高壓水射流割縫技術(shù)對本煤層瓦斯抽采孔進行分段“掃圈式”切割造縫卸壓，增大煤層透氣性；然后間隔向割縫孔內(nèi)壓注液態(tài)二氧化碳，實現(xiàn)“一孔兩用”，使裂隙煤體瓦斯得到氣相脫附驅(qū)替。同時，發(fā)生膨脹擴散效應(yīng)的氣化態(tài)二氧化碳通過割縫導(dǎo)向，進一步劈裂縫隙空間，擴沖（增大）驅(qū)氣范圍，均衡煤體應(yīng)力，與抽采負(fù)壓共同對壓注有效范圍內(nèi)外煤體中的游離瓦斯進行連續(xù)驅(qū)氣。

在煤體應(yīng)力重分布及新的應(yīng)力平衡狀態(tài)下，該技術(shù)開創(chuàng)在單孔內(nèi)開展2種技術(shù)作業(yè)、1次割縫卸壓、1次氣相脫附驅(qū)替及1次導(dǎo)向擴沖驅(qū)氣的瓦斯高效抽采新模式。

“高壓水射流割縫可造縫、造面、高效卸壓，為液態(tài)二氧化碳驅(qū)替煤層瓦斯提供壓注通道；液態(tài)二氧化碳驅(qū)替可有效解除超高壓水力割縫后煤體空隙水鎖效應(yīng)，壓裂可充分增強割縫作用效果。二者實現(xiàn)優(yōu)勢互補，達到‘1+1’>2的效果，大幅降低煤體游離瓦斯與吸附瓦斯含量，增加煤體內(nèi)卸壓空間，高效解決礦井瓦斯抽采難題?！北蜷L礦區(qū)災(zāi)害綜合治理工程研究中心總工程師吳學(xué)明表示。

“‘2—111’抽采理念從技術(shù)上優(yōu)勢互補，可有效解決‘卸’與‘脫’抽采難題，形成‘以割卸壓、以氣驅(qū)替、監(jiān)測監(jiān)控、高效利用’的新模式，實現(xiàn)礦井瓦斯高效抽采及利用。”彬長礦業(yè)副總經(jīng)理、總工程師原德勝說。

試驗效果：抽采濃度大幅提高

去年以來，彬長礦業(yè)公司積極實施高壓水射流割縫卸壓技術(shù)，目前已完成割縫半徑、縫寬、最佳割縫時間等參數(shù)測定，制定了割縫參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，完成了初期割縫鉆孔與普通抽采鉆孔抽采效果對比。

“割縫鉆孔瓦斯抽采濃度和純量均大于普通鉆孔，濃度是普通鉆孔的2.24倍，抽采純量是普通鉆孔的2.61倍?！北蜷L礦區(qū)災(zāi)害綜合治理工程研究中心瓦斯防治所研發(fā)員唐洪說。

從作用機理上講，高壓水射流割縫卸壓、增透高瓦斯煤體是一種良性被動解吸煤體中瓦斯的新方法，割縫后形成的扁平縫槽為瓦斯釋放和流動創(chuàng)造了良好條件，增大了煤層透氣性，增加了游離瓦斯運移通道及擴散半徑。

液態(tài)二氧化碳驅(qū)替瓦斯是一種主動增透煤體中瓦斯的新方法。煤層液態(tài)二氧化碳壓注過程中，受到“低溫凍結(jié)、置換、驅(qū)替”三種綜合效應(yīng)影響，液態(tài)二氧化碳受熱交換相變增壓后，在煤體孔隙內(nèi)的滲流和擴散速率得到提高，對游離瓦斯的“驅(qū)趕”效應(yīng)增大，同時與煤體表面吸附態(tài)瓦斯競爭吸附形成置換。

“低壓灌注液態(tài)二氧化碳驅(qū)替瓦斯抽采初期的平均濃度是原始濃度的4.17倍，平均純量是原始純量的4.63倍；中壓壓注液態(tài)二氧化碳驅(qū)替瓦斯抽采濃度是原始濃度的3.61倍，純量是原始純量的6.79倍。”孟村礦通風(fēng)部經(jīng)理李文福表示。

試驗前期，該礦401102機電硐室原始噸煤瓦斯含量3.81m3/t，中壓壓注液態(tài)二氧化碳促抽瓦斯3個月后，噸煤瓦斯含量為1.30m3/t，低于瓦斯抽采達標(biāo)限值，同時縮短了瓦斯抽采達標(biāo)時間。

彬長礦業(yè)5對礦井煤層厚度大，煤體中游離態(tài)瓦斯占比小，吸附態(tài)瓦斯量大，煤層透氣性較差。鉆孔抽采瓦斯流量與濃度衰減快，鉆孔抽采半徑較小，巷道受沖擊地壓、強礦壓及封孔材料影響，具有封孔不嚴(yán)等特點?！?—111”瓦斯安全預(yù)抽高效保障新工藝，可作為實現(xiàn)取消高抽巷目標(biāo)的輔助技術(shù)之一。

“今年，公司將組織實施‘2—111’替代普通抽采鉆孔計劃。通過此項新工藝，我們將逐步實現(xiàn)彬長礦區(qū)‘瓦斯抽采系統(tǒng)的全面優(yōu)化、瓦斯監(jiān)測監(jiān)控體系的全面優(yōu)化、瓦斯抽采總量增加、瓦斯抽采濃度增高、打孔數(shù)量銳減’的目標(biāo)?！北蜷L礦業(yè)總經(jīng)理屈永安說。（彎桂清）