陜煤集團(tuán)彬長(zhǎng)礦業(yè)“2-111”瓦斯高效抽采新技術(shù)取得突破性進(jìn)展

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

“施工鉆孔605個(gè)，進(jìn)尺突破10萬(wàn)米，瓦斯抽采濃度提高3倍至6倍。”1月14日，陜煤集團(tuán)彬長(zhǎng)礦區(qū)災(zāi)害綜合治理工程研究中心副主任陳跟馬說(shuō)。

去年4月以來(lái)，彬長(zhǎng)礦業(yè)公司孟村、胡家河、小莊和大佛寺4對(duì)礦井積極推進(jìn)國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的“2—111”瓦斯高效抽采技術(shù)應(yīng)用項(xiàng)目，目前已完成彬長(zhǎng)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(jī)理分析、高壓水射流割縫與液態(tài)二氧化碳驅(qū)替現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)試驗(yàn)研究、“2—111”瓦斯高效抽采機(jī)理及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)計(jì)劃，并取得了突破性進(jìn)展。

“2-111”瓦斯高效抽采技術(shù)實(shí)施步驟：

?利用高壓水射流割縫技術(shù)，對(duì)本煤層瓦斯抽采孔進(jìn)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(jìn)一步劈裂縫隙空間，與抽采負(fù)壓共同對(duì)壓注有效范圍內(nèi)外煤體中的游離瓦斯進(jìn)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(shí)現(xiàn)‘抽掘采’平衡，推進(jìn)安全高效礦井建設(shè)?！比ツ瓿酰蜷L(zhǎng)礦業(yè)公司黨委書(shū)記、執(zhí)行董事趙文革在“2—111”瓦斯高效抽采技術(shù)項(xiàng)目推進(jìn)會(huì)上說(shuō)。

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

近年來(lái)，在瓦斯高效抽采的各類(lèi)工藝方面，卸壓增透技術(shù)作用范圍有限，卸壓半徑不大，對(duì)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(méi)有大量裂隙存在，運(yùn)移通道不暢通，實(shí)際效果并不明顯。要實(shí)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(dòng)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(duì)本煤層瓦斯抽采孔進(jìn)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(shí)現(xiàn)“一孔兩用”，使裂隙煤體瓦斯得到氣相脫附驅(qū)替。同時(shí)，發(fā)生膨脹擴(kuò)散效應(yīng)的氣化態(tài)二氧化碳通過(guò)割縫導(dǎo)向，進(jìn)一步劈裂縫隙空間，擴(kuò)沖（增大）驅(qū)氣范圍，均衡煤體應(yīng)力，與抽采負(fù)壓共同對(duì)壓注有效范圍內(nèi)外煤體中的游離瓦斯進(jìn)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(kāi)創(chuàng)在單孔內(nèi)開(kāi)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(kuò)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(qiáng)割縫作用效果。二者實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，達(dá)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。”彬長(zhǎng)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(shì)互補(bǔ)，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(cè)監(jiān)控、高效利用’的新模式，實(shí)現(xiàn)礦井瓦斯高效抽采及利用?！北蜷L(zhǎng)礦業(yè)副總經(jīng)理、總工程師原德勝說(shuō)。

試驗(yàn)效果：抽采濃度大幅提高

去年以來(lái)，彬長(zhǎng)礦業(yè)公司積極實(shí)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(shí)間等參數(shù)測(cè)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(duì)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(zhǎng)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(shuō)。

從作用機(jī)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(dòng)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(dòng)創(chuàng)造了良好條件，增大了煤層透氣性，增加了游離瓦斯運(yùn)移通道及擴(kuò)散半徑。

液態(tài)二氧化碳驅(qū)替瓦斯是一種主動(dòng)增透煤體中瓦斯的新方法。煤層液態(tài)二氧化碳?jí)鹤⑦^(guò)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?cè)鰤汉螅诿后w孔隙內(nèi)的滲流和擴(kuò)散速率得到提高，對(duì)游離瓦斯的“驅(qū)趕”效應(yīng)增大，同時(shí)與煤體表面吸附態(tài)瓦斯競(jìng)爭(zhēng)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?！泵洗宓V通風(fēng)部經(jīng)理李文福表示。

試驗(yàn)前期，該礦401102機(jī)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(gè)月后，噸煤瓦斯含量為1.30m3/t，低于瓦斯抽采達(dá)標(biāo)限值，同時(shí)縮短了瓦斯抽采達(dá)標(biāo)時(shí)間。

彬長(zhǎng)礦業(yè)5對(duì)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(qiáng)礦壓及封孔材料影響，具有封孔不嚴(yán)等特點(diǎn)。“2—111”瓦斯安全預(yù)抽高效保障新工藝，可作為實(shí)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(shí)施‘2—111’替代普通抽采鉆孔計(jì)劃。通過(guò)此項(xiàng)新工藝，我們將逐步實(shí)現(xiàn)彬長(zhǎng)礦區(qū)‘瓦斯抽采系統(tǒng)的全面優(yōu)化、瓦斯監(jiān)測(cè)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(zhǎng)礦業(yè)總經(jīng)理屈永安說(shuō)。（彎桂清）