陕煤集团彬长矿业“2-111”瓦斯高效抽采新技术取得突破性进展

“一孔两用”双作业，瓦斯“卸”与“脱”不再难——彬长矿业“2-111”瓦斯高效抽采新技术取得突破性进展

“施工钻孔605个，进尺突破10万米，瓦斯抽采浓度提高3倍至6倍。”1月14日，陕煤集团彬长矿区灾害综合治理工程研究中心副主任陈跟马说。

去年4月以来，彬长矿业公司孟村、胡家河、小庄和大佛寺4对矿井积极推进国内首创的“2—111”瓦斯高效抽采技术应用项目，目前已完成彬长矿区瓦斯概况及研究背景调研、高压水射流割缝增透与液态二氧化碳驱替机理分析、高压水射流割缝与液态二氧化碳驱替现场参数试验研究、“2—111”瓦斯高效抽采机理及现场试验计划，并取得了突破性进展。

“2-111”瓦斯高效抽采技术实施步骤：

•利用高压水射流割缝技术，对本煤层瓦斯抽采孔进行分段“扫圈式”切割造缝卸压；

•间隔向割缝孔内压注液态二氧化碳，裂隙煤体瓦斯得到气相脱附驱替；

•气化态二氧化碳进一步劈裂缝隙空间，与抽采负压共同对压注有效范围内外煤体中的游离瓦斯进行连续驱气。

“一孔两用”：以割卸压、以气驱替

“把‘2—111’瓦斯高效抽采技术与灾害综合防治相结合，与优化采掘部署相结合，实现‘抽掘采’平衡，推进安全高效矿井建设。”去年初，彬长矿业公司党委书记、执行董事赵文革在“2—111”瓦斯高效抽采技术项目推进会上说。

受煤层赋存条件影响，彬长矿业公司5对矿井均为高瓦斯矿井，其中大佛寺矿绝对瓦斯涌出量每分钟150立方米至160立方米，最大涌出量达每分钟210立方米。

近年来，在瓦斯高效抽采的各类工艺方面，卸压增透技术作用范围有限，卸压半径不大，对煤体大量吸附的瓦斯不能有效脱附；驱替技术则由于煤体致密，煤体内没有大量裂隙存在，运移通道不畅通，实际效果并不明显。要实现瓦斯的高效抽采、大幅提升瓦斯抽采浓度，就必须考虑瓦斯在煤体中的流动特征和煤体吸附瓦斯快速脱附的特性。

该公司创立的“2—111”瓦斯高效抽采技术，即先利用高压水射流割缝技术对本煤层瓦斯抽采孔进行分段“扫圈式”切割造缝卸压，增大煤层透气性；然后间隔向割缝孔内压注液态二氧化碳，实现“一孔两用”，使裂隙煤体瓦斯得到气相脱附驱替。同时，发生膨胀扩散效应的气化态二氧化碳通过割缝导向，进一步劈裂缝隙空间，扩冲（增大）驱气范围，均衡煤体应力，与抽采负压共同对压注有效范围内外煤体中的游离瓦斯进行连续驱气。

在煤体应力重分布及新的应力平衡状态下，该技术开创在单孔内开展2种技术作业、1次割缝卸压、1次气相脱附驱替及1次导向扩冲驱气的瓦斯高效抽采新模式。

“高压水射流割缝可造缝、造面、高效卸压，为液态二氧化碳驱替煤层瓦斯提供压注通道；液态二氧化碳驱替可有效解除超高压水力割缝后煤体空隙水锁效应，压裂可充分增强割缝作用效果。二者实现优势互补，达到‘1+1’>2的效果，大幅降低煤体游离瓦斯与吸附瓦斯含量，增加煤体内卸压空间，高效解决矿井瓦斯抽采难题。”彬长矿区灾害综合治理工程研究中心总工程师吴学明表示。

“‘2—111’抽采理念从技术上优势互补，可有效解决‘卸’与‘脱’抽采难题，形成‘以割卸压、以气驱替、监测监控、高效利用’的新模式，实现矿井瓦斯高效抽采及利用。”彬长矿业副总经理、总工程师原德胜说。

试验效果：抽采浓度大幅提高

去年以来，彬长矿业公司积极实施高压水射流割缝卸压技术，目前已完成割缝半径、缝宽、最佳割缝时间等参数测定，制定了割缝参数标准，完成了初期割缝钻孔与普通抽采钻孔抽采效果对比。

“割缝钻孔瓦斯抽采浓度和纯量均大于普通钻孔，浓度是普通钻孔的2.24倍，抽采纯量是普通钻孔的2.61倍。”彬长矿区灾害综合治理工程研究中心瓦斯防治所研发员唐洪说。

从作用机理上讲，高压水射流割缝卸压、增透高瓦斯煤体是一种良性被动解吸煤体中瓦斯的新方法，割缝后形成的扁平缝槽为瓦斯释放和流动创造了良好条件，增大了煤层透气性，增加了游离瓦斯运移通道及扩散半径。

液态二氧化碳驱替瓦斯是一种主动增透煤体中瓦斯的新方法。煤层液态二氧化碳压注过程中，受到“低温冻结、置换、驱替”三种综合效应影响，液态二氧化碳受热交换相变增压后，在煤体孔隙内的渗流和扩散速率得到提高，对游离瓦斯的“驱赶”效应增大，同时与煤体表面吸附态瓦斯竞争吸附形成置换。

“低压灌注液态二氧化碳驱替瓦斯抽采初期的平均浓度是原始浓度的4.17倍，平均纯量是原始纯量的4.63倍；中压压注液态二氧化碳驱替瓦斯抽采浓度是原始浓度的3.61倍，纯量是原始纯量的6.79倍。”孟村矿通风部经理李文福表示。

试验前期，该矿401102机电硐室原始吨煤瓦斯含量3.81m3/t，中压压注液态二氧化碳促抽瓦斯3个月后，吨煤瓦斯含量为1.30m3/t，低于瓦斯抽采达标限值，同时缩短了瓦斯抽采达标时间。

彬长矿业5对矿井煤层厚度大，煤体中游离态瓦斯占比小，吸附态瓦斯量大，煤层透气性较差。钻孔抽采瓦斯流量与浓度衰减快，钻孔抽采半径较小，巷道受冲击地压、强矿压及封孔材料影响，具有封孔不严等特点。“2—111”瓦斯安全预抽高效保障新工艺，可作为实现取消高抽巷目标的辅助技术之一。

“今年，公司将组织实施‘2—111’替代普通抽采钻孔计划。通过此项新工艺，我们将逐步实现彬长矿区‘瓦斯抽采系统的全面优化、瓦斯监测监控体系的全面优化、瓦斯抽采总量增加、瓦斯抽采浓度增高、打孔数量锐减’的目标。”彬长矿业总经理屈永安说。（弯桂清）