刘洪明
晋煤集团赵庄煤业有限责任公司 山西省长治市 046600
摘要：矿井瓦斯是危害煤矿安全生产的重要因素之一，频发的瓦斯灾害严重地威胁着井下工人的人身安全，制约矿井发展。瓦斯治理的有效性成为高瓦斯矿井安全高效开采的前提和基础，本文将就低透煤层瓦斯的治理结束进行相关探讨。
关键词：低透煤层瓦斯；卸压增透；整体卸压
（一）低透煤层瓦斯现状
煤层气俗称“瓦斯”，是指赋存在煤层中以甲烷为主要成分，以吸附在煤基质颗粒表面为主，部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体。一方面，煤矿开采是瓦斯涌出威胁着煤矿安全生产；另一方面，煤层气燃烧能产生大量的热，并且几乎不产生任何有毒有害的气体，是清洁能源。其热值与天然气相当，可以与天然气混输混用，所以它是非常好的燃料，可以用作工业燃料、生活燃料等，不论是从煤矿开采安全的角度还是从能源利用的角度，都应在开采前或开采的同时对瓦斯进行抽采利用。但是我国95%以上的高瓦斯矿井所开采的煤层都属于低透气性煤层，煤层的低透气性导致大部分煤层抽采困难，严重影响了瓦斯的抽采利用率，制约着这个清洁能源的开发利用的发展。所以，研究增加煤层的透气性的技术，从而加大瓦斯抽采率是非常有必要的。
（二）低透气煤层瓦斯处理现状
煤体透气性的影响因素主要有地应力、瓦斯压力、孔隙裂隙结构等因素。为了增加煤层的透气性系数，国内外的许多研究人员从改变应力状态、卸压、增加孔裂隙发育程度等方面进行了不少探索，常用的有：
（1）高瓦斯低透气性煤层增透传统技术；采动卸压增透技术主要是指利用临近煤层或临近区域开采、保护层开采，使本区域煤岩体或位于被保护层上、下层位的煤岩体受到采动的影响，煤岩体中应力应变状态和瓦斯压力参数发生变化，使煤体的渗透系数、煤体内瓦斯渗流速度、瓦斯涌出量剧增，导致瓦斯解吸，在孔裂隙中扩散渗流，从而为瓦斯抽采提供有利条件。保护层开采结合被保护层卸压瓦斯抽采已成为优先采用的区域性瓦斯治理技术。
（2）利用采空区卸压增透，其原理都是煤体受采动扰动，造成应力重新分布，卸压，以达到增透的效果。钻孔或造穴增透技术：利用钻孔等方法使煤岩体的某些区域形成一定的空洞，从而改变煤体应力状态，造成媒体内裂隙、孔隙的重新分布，使原有裂隙扩大、贯通或形成新的裂缝，以此提高媒体的透气性系数。
（3）钻孔卸压增透法，各项研究或工程实践根据实际开采和地质情况，采用不同的布孔方式，常采用的是密集布孔、网格式抽采、立体交叉、斜交与垂直工作面结合等方法。在钻孔的基础上进行掏穴或者称为造穴，对周围媒体进行再一次扰动，使卸压更加充分，增透效果更加显著。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在底板巷穿层钻孔中进行了掏穴增透强化抽采技术试验。实践证明掏穴后钻孔中瓦斯浓度可以增长5～6倍，瓦斯抽采量明显增长。掏穴增透强化抽采技术施工简单，不需要过多的仪器设备，但是效果很显著，值得推广应用。
（4）高能液体扰动致裂增透技术；此增透技术主要是利用注入高能液体扰动媒体，使应力场重新分布，煤体内的裂缝和裂隙的数量、长度、张开度均得到增加，增大了煤层内裂隙、裂缝和孔隙的连通面积，达到卸压进而改变煤层的透气性系数的目的。有关高能流体扰动卸压增透技术主要包括水力割缝、水力压裂、煤层注水、水力掏槽、水力扩孔、水力挤出以及后来兴起的高压磨料射流割缝等。水力压裂是以水作为动力，使煤体裂隙畅通的一种措施。煤体整体均匀卸压，吸附瓦斯快速解吸，致使煤体渗透率大大提高。煤体卸压后，小部分瓦斯解吸随水流出煤体，大部分瓦斯通过钻孔抽出。水力致裂在井下保护煤层、单一突出危险煤层中大量使用，实践证明这种技术在这种煤层中提高储层渗透率效果显著，并且由于水力致裂技术的经济性和易操作性，使它成为在井下保护煤层、单一突出危险煤层中最常用的增透技术措施。水力割缝是在减少钻孔数量的同时，在煤体中切割一定长度的扁平的裂缝，煤体内应力重新分布，使煤层达到较好的卸压和增透效果。
（5）整体卸压理念，在煤层开采过程中，利用高压磨料水射流对两侧的实体煤进行冲蚀、切割，随着切割的深入，在两侧煤体内形成一条扁平槽缝，被切割下来的煤体随水流带出钻孔外。通过射流割缝，钻孔内煤体的暴露面积增加，从层内自我解放，内部卸压，为煤体内瓦斯流动和释放创造条件，增加了煤层的透气性。该技术可用于具有突出或冲击危险的煤层，使煤体得到充分和快速卸压、增透，提高抽采瓦斯的能力；同时还能将掘进面前方的更大区域的媒体中瓦斯和地应力进行快速释放，减少了掘进工作的危险性，使掘进工作环境更为安全；再次是它用水量相对较少、工艺简单、操作方便等；另外还可以减少用于消突的瓦斯排放钻孔的个数。所以它在技术上、安全上和经济上都具有实际应用价值。
（6）控制爆破增透技术；利用深孔控制爆破技术使爆炸产生的爆生气体对煤体扰动，利用爆炸冲击波和爆炸应力波的动态冲击使煤体应力场重新分布，在爆破震裂、高压爆生气体和煤层原始瓦斯压力的尖劈致裂的共同作用下，克服煤体强度及煤层地应力，使煤体内的裂缝和裂隙的数量、长度和张开度均得到增加，增大了煤体内裂缝、裂隙和孔隙的连通面积，从而改变煤体的透气性系数。如深孔聚能爆破增透技术、深孔松动爆破卸压增透技术、预裂爆破增透技术及水压爆破技术等。
（7）深孔预裂爆破技术是除普通深孔以外，辅助以控制孔，实现爆炸孔之间、爆炸孔与控制孔之间及其周围煤体的定向预裂，从而达到卸压增透的效果。在实际应用和研究中，发现一般深孔爆破粉碎圈范围大而断裂带半径小，增透效果不足，目前也有用深孔聚能爆破和水压爆破，利用有聚能穴的装药方法和在聚能穴上安装聚能罩，或者在药柱和炮孔壁之间装水的方法，进一步增加径向裂隙个数和煤层渗透性。
（三）低透性煤层瓦斯治理的发展
可控的煤与瓦斯突出开采技术，煤与瓦斯突出时会大量喷出瓦斯和粉煤流，虽然煤与瓦斯突出对煤矿开采来说是灾难，但是煤与瓦斯突出时的巨大能量其实是可以利用的，煤与瓦斯突出的过程中瓦斯能粉碎煤体，使煤岩体发生破坏失稳和抛出，同时瞬间大量喷出瓦斯。煤与瓦斯突出的动力主要是煤体受地应力作用产生的弹性变形能和煤体内游离瓦斯的瓦斯膨胀能。在低透气性高瓦斯煤层内瓦斯处于封闭状态，应力集中区的高压瓦斯是具备对外做功的瓦斯膨胀能，如果瞬间改变煤层内外的瓦斯压力差就可以使煤与瓦斯突出；而注入气体保持煤层内外的压力差，使煤与瓦斯尽可能地连续发生突出，就可以连续抛出更为破碎的粉煤流，形成很大区域的卸压。如果这一过程能够得到很好控制，可以利用这个煤层中瓦斯自有能力实现煤与瓦斯共采，但仍需要我们不断努力。
超声激励增透开采技术；超声激励煤层增透技术是一种不受甲烷储层地质条件和气源特性限制，具有普遍应用价值的增采技术，但由于煤岩致密和裂隙、孔隙度存在多尺度效应，甲烷解吸、渗流规律受储层介质尺度效应影响的增透促吸机理尚不明确。所以探寻超声波增透机理，分析超声激励低渗透煤层前后变化规律，建立超声激励低渗储层煤层气运移理论，为设计适合工程现场的超声激励技术提供理论依据和实验基础，将是此技术将来的研究方向。
结语
在取得的这些基础上，我们仍需要不断探索煤与瓦斯共采的技术，合理整合和改进现有增透技术，多种方法综合使用，分阶段、分区域合理布置，控制瓦斯灾害，采用新技术新方法实现安全和效益的双赢。
参考文献：
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论文作者:刘洪明
论文发表刊物:《基层建设》2015年4期
论文发表时间:2015/9/23
标签：瓦斯论文; 煤层论文; 技术论文; 裂隙论文; 透气性论文; 钻孔论文; 应力论文; 《基层建设》2015年4期论文;