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【陜煤集團微信】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:2021-01-05 11:28:48     作者:彎桂清   瀏覽量:1410   分享到:

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“自2020年4月份以來,孟村、胡家河、小莊和大佛寺4對礦井相繼實施‘2-111’瓦斯高效抽采技術應用項目,累計施工鉆孔618個,割縫10259刀,進尺104662米。”2020年12月31日,彬長礦區災害綜合治理工程研究中心副主任陳跟馬說,進尺突破10萬米,瓦斯抽采濃度提高3至6倍。

2020年以來,彬長礦業積極推進國內首創“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CO2驅替機理分析、高壓水射流割縫與液態CO2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,取得突破性進展。

高壓水射流割縫+二氧化碳驅替 “一孔兩用”國內首創

“要把‘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。”2020年初,該公司黨委書記、執行董事趙文革在公司“2-111”瓦斯高效抽采技術項目推進會上說。

“2-111”瓦斯高效抽采技術,首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低溫CO2“一孔兩用”,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CO2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,實現在單孔內開展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。

一直以來,瓦斯是煤礦災害防治的重點。據統計,我國國有礦井中,有高瓦斯礦井1000余座,約占煤礦總數的33%。受煤層與賦存的影響,彬長礦業5對礦井均為高瓦斯礦井,其中大佛寺礦絕對瓦斯涌出量150—160m3/min,最大達到210m3/min。

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。

高壓水射流割縫可造縫、造面、高效卸壓,為液態CO2驅替煤層瓦斯提供壓注通道;液態CO2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。二者可實現優勢互補,達到“1+1>2的作用效果,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。

“‘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高效利用。”該公司副總經理、總工程師原德勝說。

兩種技術取長補短” 瓦斯抽采濃度提高3至6倍

高壓水射流割縫卸壓增透高瓦斯煤體從作用機理上講是一種良性被動解吸煤體中瓦斯的一種新方法,割縫后形成的扁平縫槽為瓦斯釋放和流動創造良好的條件,增大煤層透氣性,增加游離瓦斯運移通道及擴散半徑。2020年以來,彬長礦業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。

液態CO2驅替瓦斯是一種主動增透煤體中瓦斯的一種新方法,煤層液態CO2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CO2受熱交換相變增壓后,在煤體孔隙內的滲流和擴散速率提高,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CO2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CO2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。”該公司孟村礦通風部經理李文福說,試驗前期,401102機電硐室原始噸煤瓦斯含量3.81m3/t,中壓壓注液態CO2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。

“‘2-111’瓦斯高效抽采聯合實施新工藝可實現高壓水射流割縫+二氧化碳驅替兩種技術優勢互補,工藝上需達到‘1+1>2的作用效果。”該公司科技副總工程師吳學明說。

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,具有封孔不嚴特點。通過采取“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手段之一。

“今年,公司將精心組織實施‘2-111’替代普通抽采鉆孔計劃,通過此項新技術新工藝,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‘兩優兩增一減’目標,為礦井瓦斯安全高效抽采、企業高質量發展提供堅實基礎。”該公司黨委副書記、總經理屈永安說。(彎桂清)


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