低渗透煤层瓦斯抽放理论与应用研究

作者:未知

  摘 要:瓦斯危害是一直是影响煤矿生产安全性的主要因素之一,解决低渗透煤层的瓦斯抽放问题,是目前提高煤矿生产安全性的关键环节之一。基于此,本文主要介绍了低渗透煤层瓦斯抽放理论的主要内容,同时,以A煤矿的低渗透煤层瓦斯抽采实践为案例,分析低渗透煤层瓦斯抽放理论在生产中的实际应用。
  关键词:低渗透煤层;瓦斯抽放;水力割缝;孔隙裂缝
  A煤矿为高瓦斯矿井,其中A9号煤层属于低渗透煤层。在实际的采煤作业中,A9号煤层的采挖难度较大。为提升采挖的质量,降低采挖投入的成本,煤矿工作技术人员采用水力割缝增透技术,利用低渗透煤层瓦斯抽放理论,对现场抽采进行控制,以有效提升煤层抽采效果。本文以A9号煤层的采挖作业为例,分析低渗透煤层瓦斯抽放理论与应用。
  1 低渗透煤层瓦斯抽放理论
  目前的低渗透煤层瓦斯抽放主要有:①密集钻孔法。在低渗透煤层的适合位置,高密度的钻一系列小孔,增强煤层的渗透性[1];②深孔预裂爆破法。在低渗透煤层深处打一个有斜度的孔,使煤层按照预设的方式爆裂,增加煤层的渗透性;③水力压裂法。利用水力,改变原有低渗透煤层的孔隙结构,使煤层产生新的裂隙;④水力割缝法。这种方法通过水力构建低渗透煤层新的孔隙网,达到良好的预抽、预排效果。
  从实践效果上来看,低渗透煤层瓦斯抽放理论在水力割缝法中,应用效果最好。一方面,这种方法能够增大低渗透煤层的透气性系数,改变原有的渗透方式,制造一个人为的空隙结构,改变低渗透煤层现有的结构。另一方面,这种方法能够拓展低渗透煤层的内部空间,在钻孔煤孔段中拓展处一条扁平缝槽,为后续预抽预留出足够的空间。总的来说,低渗透煤层瓦斯抽放理论是一种应用性较强的理论,能够有效提升低渗透煤层的透气性,对现在的煤矿采挖有着很强的指导作用。
  2 低渗透煤层瓦斯抽放理论在生产中的实际应用
  A煤矿位于我国中部地区,矿区的年产量在1000万吨左右,属于高瓦斯矿井。A9号煤层是该煤矿的主要采煤层,煤层的主体结构海拔为-650m,采挖检测数据显示的最大瓦斯压力为0.579MP,最大瓦斯含量为7.568m3/t。
  2.1 水力割裂技术原理与设备
  低渗透煤层瓦斯抽放的水力割裂技术,主要采用高压水的压力,对现有的煤层结构进行重塑。其主要的设备有:①液化器;②液态压力钻孔设备,A9号煤层使用的是ZYW-1009号液压钻机③高压乳化装置;④电源开关装置;⑤高压密封钻杆;⑥脉冲水喷射装置;⑦高压水专用钻头;⑧抗抖动压力检测装置;⑨高压管;⑩气密性检测装置。水力割缝装置原理比较简单,但设备比较复杂,技术人员在使用前,要注意检查设备的气密性,确保各个部件性能良好。
  2.2 水力割缝设计方案
  A煤矿的技术人员,采用了循序渐进的割裂设计方案,对A9煤层进行了施工操作。第一,按照水压参数计划,进行-100m深度瓦斯抽放钻孔施工,开启水力割裂系统,进行后退式的钻孔施工作业。第二,技术人员将水力割裂系统与阀控制装置连接在一起,应用ZYW-1009号液压钻机,配合63mm直径的专用钻杆,进行联网打孔。第三,技术人员在距离A9煤层底层10m-15m处停止作业,监测瓦斯喷出量,确保施工的安全。第四,施工人员依据打孔位置,确定煤孔长度,进行封孔联网抽采。
  2.3 水力割缝钻孔布置
  水力割縫钻孔布置与钻孔的实际效果息息相关,施工技术人员要在钻孔布置前,反复检验水力割缝的增投效果,确保此前施工中的参数设置合理,并依据检验的结果,对参数设置进行调整。此后,再依据新设定的参数,进行施工钻孔布置:①对比A9煤层内部的四个工作面的区别,对比同一工作面上不同钻孔位置对施工效果的影响,在主钻孔周围打一排参考空位,对参数设计的合理性进行检验;②在主钻孔区域安装压力表,检测瓦斯抽放程度对钻孔位置压力的影响;③根据压力表中的数据,进行优化分析,对钻孔高度、直径、深度、倾斜角、方位角进行调整。
  2.4 水力割缝施工流程
  A9煤层钻孔作业的相关参数主要为:钻孔高度1m、钻孔直径75mm、钻孔深度40m、钻孔倾斜角与煤层倾斜角平行、钻孔方位角与煤墙方向垂直。技术人员依照上述施工参数,对水力割缝施工流程进行优化:首先,调整水力割缝系统的压力值,使之适应钻孔深度参数。其次,对A9煤层周边煤体进行切割作业,持续时间为2.5min,在作业结束之后,后退钻杆2.5m,重复压力调试与截止阀调试操作。最后,在水力割缝系统钻头距离计划施工位置10m时,停止施工。
  2.5 施工效果检验
  水力割缝施工结束之后,A煤矿施工技术人员,对该次操作进行了技术总结与施工检验。第一,在钻孔位置安装瓦斯流量表,对A9低渗透煤层的瓦斯抽放效果进行检测,观察瓦斯抽放的数值,并进行数据分析。第二,计算瓦斯抽放的峰值,对比水力割缝法与其他方法,在峰值出现的时间方面的差异与数值差异。
  3 结论
  综上所述,水力割缝技术的应用,将A9号煤层的瓦斯抽采量提升了3.25-3.75倍,大大延长了高浓度瓦斯的抽放时间。从本文的分析可知,研究低渗透煤层瓦斯抽放理论与应用,有助于煤矿生产企业从问题的角度出发,看待现有采挖作业中的技术难点,有针对性的应用相关理论,寻求技术突破。因而,技术人员要加强对低渗透煤层瓦斯抽放理论的学习,并在采挖实践中,探索优化瓦斯抽放的方式。
  参考文献:
  [1]白文秀,赫海全.水力割缝技术在低透气性煤层瓦斯抽放中的应用[J].能源技术与管理,2016,41(06):48-50.
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