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【中國煤炭網】陜煤集團彬長礦業“2-111”瓦斯高效抽采新技術取得突破性進展
發布時間:2021-02-07 08:57:59     作者:彎桂清   瀏覽量:470   分享到:

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“施工鉆孔605個,進尺突破10萬米,瓦斯抽采濃度提高3倍至6倍。”1月14日,陜煤集團彬長礦區災害綜合治理工程研究中心副主任陳跟馬說。

去年4月以來,彬長礦業公司孟村、胡家河、小莊和大佛寺4對礦井積極推進國內首創的“2—111”瓦斯高效抽采技術應用項目,目前已完成彬長礦區瓦斯概況及研究背景調研、高壓水射流割縫增透與液態二氧化碳驅替機理分析、高壓水射流割縫與液態二氧化碳驅替現場參數試驗研究、“2—111”瓦斯高效抽采機理及現場試驗計劃,并取得了突破性進展。

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“一孔兩用”:以割卸壓、以氣驅替

“把‘2—111’瓦斯高效抽采技術與災害綜合防治相結合,與優化采掘部署相結合,實現‘抽掘采’平衡,推進安全高效礦井建設。”去年初,彬長礦業公司黨委書記、執行董事趙文革在“2—111”瓦斯高效抽采技術項目推進會上說。

受煤層賦存條件影響,彬長礦業公司5對礦井均為高瓦斯礦井,其中大佛寺礦絕對瓦斯涌出量每分鐘150立方米至160立方米,最大涌出量達每分鐘210立方米。

近年來,在瓦斯高效抽采的各類工藝方面,卸壓增透技術作用范圍有限,卸壓半徑不大,對煤體大量吸附的瓦斯不能有效脫附;驅替技術則由于煤體致密,煤體內沒有大量裂隙存在,運移通道不暢通,實際效果并不明顯。要實現瓦斯的高效抽采、大幅提升瓦斯抽采濃度,就必須考慮瓦斯在煤體中的流動特征和煤體吸附瓦斯快速脫附的特性。

該公司創立的“2—111”瓦斯高效抽采技術,即先利用高壓水射流割縫技術對本煤層瓦斯抽采孔進行分段“掃圈式”切割造縫卸壓,增大煤層透氣性;然后間隔向割縫孔內壓注液態二氧化碳,實現“一孔兩用”,使裂隙煤體瓦斯得到氣相脫附驅替。同時,發生膨脹擴散效應的氣化態二氧化碳通過割縫導向,進一步劈裂縫隙空間,擴沖(增大)驅氣范圍,均衡煤體應力,與抽采負壓共同對壓注有效范圍內外煤體中的游離瓦斯進行連續驅氣。

在煤體應力重分布及新的應力平衡狀態下,該技術開創在單孔內開展2種技術作業、1次割縫卸壓、1次氣相脫附驅替及1次導向擴沖驅氣的瓦斯高效抽采新模式。

“高壓水射流割縫可造縫、造面、高效卸壓,為液態二氧化碳驅替煤層瓦斯提供壓注通道;液態二氧化碳驅替可有效解除超高壓水力割縫后煤體空隙水鎖效應,壓裂可充分增強割縫作用效果。二者實現優勢互補,達到‘1+1’>2的效果,大幅降低煤體游離瓦斯與吸附瓦斯含量,增加煤體內卸壓空間,高效解決礦井瓦斯抽采難題。”彬長礦區災害綜合治理工程研究中心總工程師吳學明表示。

“‘2—111’抽采理念從技術上優勢互補,可有效解決‘卸’與‘脫’抽采難題,形成‘以割卸壓、以氣驅替、監測監控、高效利用’的新模式,實現礦井瓦斯高效抽采及利用。”彬長礦業副總經理、總工程師原德勝說。

試驗效果:抽采濃度大幅提高

去年以來,彬長礦業公司積極實施高壓水射流割縫卸壓技術,目前已完成割縫半徑、縫寬、最佳割縫時間等參數測定,制定了割縫參數標準,完成了初期割縫鉆孔與普通抽采鉆孔抽采效果對比。

“割縫鉆孔瓦斯抽采濃度和純量均大于普通鉆孔,濃度是普通鉆孔的2.24倍,抽采純量是普通鉆孔的2.61倍。”彬長礦區災害綜合治理工程研究中心瓦斯防治所研發員唐洪說。

從作用機理上講,高壓水射流割縫卸壓、增透高瓦斯煤體是一種良性被動解吸煤體中瓦斯的新方法,割縫后形成的扁平縫槽為瓦斯釋放和流動創造了良好條件,增大了煤層透氣性,增加了游離瓦斯運移通道及擴散半徑。

液態二氧化碳驅替瓦斯是一種主動增透煤體中瓦斯的新方法。煤層液態二氧化碳壓注過程中,受到“低溫凍結、置換、驅替”三種綜合效應影響,液態二氧化碳受熱交換相變增壓后,在煤體孔隙內的滲流和擴散速率得到提高,對游離瓦斯的“驅趕”效應增大,同時與煤體表面吸附態瓦斯競爭吸附形成置換。

“低壓灌注液態二氧化碳驅替瓦斯抽采初期的平均濃度是原始濃度的4.17倍,平均純量是原始純量的4.63倍;中壓壓注液態二氧化碳驅替瓦斯抽采濃度是原始濃度的3.61倍,純量是原始純量的6.79倍。”孟村礦通風部經理李文福表示。

試驗前期,該礦401102機電硐室原始噸煤瓦斯含量3.81m3/t,中壓壓注液態二氧化碳促抽瓦斯3個月后,噸煤瓦斯含量為1.30m3/t,低于瓦斯抽采達標限值,同時縮短了瓦斯抽采達標時間。

彬長礦業5對礦井煤層厚度大,煤體中游離態瓦斯占比小,吸附態瓦斯量大,煤層透氣性較差。彬長礦業5對礦井煤層厚度大,煤體中游離態瓦斯占比小,吸附態瓦斯量大,煤層透氣性較差。鉆孔抽采瓦斯流量與濃度衰減快,鉆孔抽采半徑較小,巷道受沖擊地壓、強礦壓及封孔材料影響,具有封孔不嚴等特點。“2—111”瓦斯安全預抽高效保障新工藝,可作為實現取消高抽巷目標的輔助技術之一。

“今年,公司將組織實施‘2—111’替代普通抽采鉆孔計劃。通過此項新工藝,我們將逐步實現彬長礦區‘瓦斯抽采系統的全面優化、瓦斯監測監控體系的全面優化、瓦斯抽采總量增加、瓦斯抽采濃度增高、打孔數量銳減’的目標。”彬長礦業總經理屈永安說。(彎桂清)



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