低渗透煤层瓦斯抽放理论与应用研究

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。