瓦斯抽采技术的发展现状分析

周玉军

摘 要：针对目前煤矿瓦斯抽采技术的多样性，瓦斯事故依然是煤矿亟待解决的问题，且不同矿区煤层透气性和煤层赋存存在较大差异，对瓦斯抽采的技术进行了综合论述，并对目前大多煤矿低渗煤层的强化抽采技术进行了论述，展望了瓦斯抽采的发展方向。

关键词：瓦斯抽采；低渗煤层；高透气性；渗透率

中图分类号：TD712.6 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.15.136

我国95%以上的煤层属于高吸附性、高瓦斯含量及低渗透性煤层，渗透率只有1×10-4～1×10-3 md，并且随着目前开采深度的增加，作用在煤体上的地应力较大，导致煤体的裂缝闭合。瓦斯煤矿为突出煤体，煤体呈碎粒状和糜棱状的面煤，孔隙发育而裂隙极其不发育，瓦斯吸附在煤体颗粒表面，使抽采的难度大大增加。

1 常规瓦斯抽采技术研究现状

1.1 瓦斯抽采技术发展历程

煤层瓦斯流动理论的提出、完善及新型封孔材料的不断更新，为瓦斯抽采技术的快速发展提供了可能性。我国煤层瓦斯抽采技术的发展先后经历了4个阶段。

1.1.1 高透气性煤层瓦斯抽采阶段

在新中国成立初期的抚顺矿区煤层的瓦斯进行井下预抽，抽采效果较好，将抽采出的瓦斯供给生活及工业使用。

1.1.2 邻近煤层卸压瓦斯抽采阶段

20世纪50年代中期，由于存在煤层群开采的矿井，在阳泉矿区进行穿层钻孔抽采临近层瓦斯，抽采后使临近层的瓦斯浓度大大降低，之后又试验了高位抽采巷煤层的抽采，取得了很好的效果。

1.1.3 低透气性煤层强化抽采瓦斯阶段

对于低透气性高瓦斯含量且具有突出危险性的煤层，利用常规的钻孔抽采已经不能满足煤矿安全、高效开采的要求。鉴于此，各个矿区试验了不同的强化瓦斯抽采方法，主要有煤层注水、水力压裂、水力割缝、深孔松动爆破及密集钻孔布孔等方式。

1.1.4 综合抽采瓦斯阶段

将多种抽采方法结合起来对煤层进行瓦斯抽采，是目前我国主要的瓦斯抽采方式。结合矿井的具体情况，选用不同的合理方法同时治理瓦斯。

1.2 常规瓦斯抽采技术

截至目前，瓦斯抽采方法尚无统一分类方法，根据抽采瓦斯来源及抽采作用原理进行的分类如下。

1.2.1 顺层钻孔抽采本层瓦斯

顺层钻孔较多用在采煤工作面，在采面上按不同的布孔方式对煤层进行抽采一段时间后再采煤，用于回采工作面，降低煤层瓦斯含量或解决工作面消突问题。

斜向钻孔沿工作面推进方向伪倾斜布置，钻孔容易穿透煤层伪倾斜方向的层理，使透气性增大，大大缩短了抽放时间。交叉式布孔法抽采瓦斯是在密集钻孔及大直径钻孔的基础上发展起来的，钻孔相互贯通，起到扩大煤体卸压范围的效用。每个钻孔的交叉点越多，效果越好。当前，大直径钻孔抽采煤层瓦斯技术越来越受到人们的关注，千米钻机的成功试验和应用使大直径钻孔及深孔钻进得到广泛的应用。大直径钻孔增加了煤体的暴露面积，可以有效增加煤体的瓦斯抽放量。

1.2.2 穿层钻孔抽采本层瓦斯

布置穿层钻孔时，一般将钻场设在底板岩石巷道或邻近煤层巷道中，也有的将钻场设在顶板岩层中，由钻场向开采煤层打钻，贯穿煤层全厚。开采层在经过预抽后再进行采掘工作，从而解决了采掘过程中的一系列瓦斯问题。

1.2.3 综合瓦斯抽采技术

综合抽采瓦斯技术，将采前预抽、邻近层抽采、边采（掘）边抽及采后抽采有机地结合在一起，会大大提高抽采的效率及效果。

2 低透气性煤层增透技术研究现状

对于低透气性煤层，人为地使煤层中裂隙导通、延伸和扩展并产生新的裂隙，增加煤体的透气性。目前，我国强化抽采瓦斯的措施主要有高压水射流扩孔、地面水力压裂、水力割缝、长深孔控制预爆破及高能气体强化抽采方法等。

2.1 高压水射流扩孔技术

高压水射流扩孔技术是利用小直径钻孔及小直径钻杆，在煤层中通过旋转喷射的高压水对煤壁切割，进一步扩大钻孔的直径，从而形成更大的钻孔空间，增加钻孔的煤壁暴露面积，提高抽采效率。

2.2 地面水力压裂技术

地面水力压裂技术以高压的水介质为动力，使煤体的原有裂缝扩大并形成新的裂缝，通过地面打压裂井注入高压水介质，同时通过高压水进入煤层的压力大于流体的滤失压力，受到裂隙孔壁的阻力，进入煤体的流体压力会逐渐升高。当超过煤体的破碎压力时，煤层内原有的裂缝将被撑开，煤层透气性增强。

2.3 水力割缝技术

水力割缝技术将水作为动力，利用水压对钻孔壁面两侧的煤体进行有效的冲击及切割，使壁面两侧形成一定深度、宽度和高度的三维扁平裂缝，相当于在煤层中局部范围内形成了一个保护层，使煤体达到卸压增透的效果。

2.4 长深孔控制预裂爆破技术

长深孔控制预裂爆破技术的原理是炸药爆炸的能量、瓦斯压力及控制孔的导向和补偿作用使煤体产生新的裂隙，并使原生裂隙得以扩展，从而提高煤层透气性，达到提高抽放效果的目的。在回采工作面的进、回风巷，每隔一定距离，平行打一定深度的爆破孔和控制孔，二者交替布置，利用压风装药器向爆破孔进行连续耦合装药。

2.5 高能气体强化抽采技术

高能气体强化抽采是通过特殊控制程序使药品有序地释放能量，形成不同的脉冲波对煤层的冲击而使煤层压裂。其主要的作用机理为驱替效应、稀释扩散效应、压力梯度抬升效应、置换效应及膨胀增透效应。由于煤层对甲烷的吸附能力小于二氧化碳，利用煤层注入二氧化碳能够强化置换出甲烷分子，从而降低煤层吸附的瓦斯量。

2.6 井下钻孔水力压裂强化抽采瓦斯

井下钻孔水力压裂的基本原理与地面煤层气井类似，即将高压的压裂液（清水）以大于地层滤失速率的排量压入煤层，克服最小主应力和煤岩体的破裂压力，使得煤层中原有的裂缝充分张开、延伸、相互沟通，从而达到增强导流能力的目的。

3 结束语

目前，随着煤层赋存深度的增加以及受到煤炭产能过剩的影响，各个煤矿只能通过降低抽采成本来提高效益。由于煤层进入深部开采，煤层瓦斯渗透性低，吸附性强，需要强化抽采煤层中的瓦斯。又由于各个煤矿煤层赋存及地质条件不同，需要各个煤矿适合自己的瓦斯抽采方式，通过抽采技术的试验和发展，使瓦斯抽采技术更为成熟。

参考文献

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〔编辑：刘晓芳〕