松軟煤層可控沖擊波增透瓦斯抽采創(chuàng)新實(shí)踐
來源：西安閃光能源科技有限公司 發(fā)布時(shí)間：2019-09-23松軟煤層瓦斯低成本高效抽采是世界性技術(shù)難題,根源在于煤層滲透率極低且增透難度極大。針對(duì)這一難題,我國(guó)采礦界近20a來研發(fā)成功保護(hù)層卸壓煤與瓦斯共采一體化模式及其配套工藝技術(shù),探索了聲震、超聲波、深孔預(yù)裂爆破、水射流鉆割一體化等增透新方法,推動(dòng)了我國(guó)礦井瓦斯抽采效率的大幅度提高。
然而,抽采工藝復(fù)雜、成本高的問題并未真正解決。2010年以來,筆者基于前期核技術(shù)領(lǐng)域的研究基礎(chǔ),提出了可控沖擊波增加煤層滲透率的設(shè)想,研究了可控沖擊波與煤層相互作用機(jī)理,在神東集團(tuán)保德煤礦進(jìn)行了井下煤層增透先導(dǎo)性試驗(yàn)。此后,以貴州水城中井煤礦10903采煤工作面為示范對(duì)象進(jìn)行批量鉆孔作業(yè),在國(guó)際上首次成功實(shí)現(xiàn)井下松軟煤層可控沖擊波增透,取得了技術(shù)創(chuàng)新、抽采效率的雙突破。
松軟煤層瓦斯低成本高效抽采屬于世界性技術(shù)難題之一,中井煤礦回采工作面規(guī)模煤層可控沖擊波增透效果為解決這一難題提供了一個(gè)成功示范。通過可控沖擊波增透煤層鉆孔,單孔日均瓦斯抽采量平均提高3.37倍,最高達(dá)到6.54倍,瓦斯?jié)舛绕骄岣?/span>2.31倍,增透有效半徑可達(dá)40~60m,將原來的難以抽采煤層轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢猿椴?/span>~容易抽采煤層,需要的鉆孔工程量只有傳統(tǒng)抽采工程的11%~18%。
在鉆孔直徑、沖擊能量條件相同條件下,示范區(qū)煤層增透的最佳沖擊密度在1.0~1.1次/m,增透段長(zhǎng)度應(yīng)大于120m;在最佳沖擊密度條件下,回采工作面抽采孔增透效果主要與抽采開始時(shí)機(jī)、周圍抽采環(huán)境有關(guān),巷道掘進(jìn)暴露越晚以及回采工作面增透孔相互干擾越明顯,抽采效果越好。
與傳統(tǒng)鉆孔抽采流量?jī)缰笖?shù)單調(diào)衰減曲線形態(tài)不同,增透孔瓦斯流量曲線表現(xiàn)為“兩段式”變化的典型特征,其中多數(shù)孔第1階段流量曲線出現(xiàn)類似于煤層氣地面井排水降壓的流量“峰”,第2階段流量衰減系數(shù)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于對(duì)比基準(zhǔn)。
分析認(rèn)為,產(chǎn)生上述效果的機(jī)理在于兩個(gè)方面:①以沖擊波增透孔為中心向外,煤層流場(chǎng)由井巷采動(dòng)流場(chǎng)向沖擊波改造流場(chǎng)過渡,大大擴(kuò)展了原有的有效流場(chǎng)半徑,沖擊波改造流場(chǎng)類似于地面井煤層流場(chǎng),可以通過排水降壓形式產(chǎn)出煤層瓦斯;②沖擊波改造流場(chǎng)為抽采影響帶流場(chǎng)提供了更為充足的瓦斯氣源,有效阻滯了瓦斯流量衰減系數(shù)的快速降低,顯著提高了抽采效果。
