日前，在中國煤炭工業(yè)協(xié)會組織的科技成果鑒定會上，中國煤炭科工集團(tuán)西安研究院與陜煤集團(tuán)韓城礦業(yè)公司聯(lián)合研發(fā)的碎軟煤層區(qū)域瓦斯超前抽采技術(shù)被認(rèn)定達(dá)到國際領(lǐng)先水平。
一直以來，碎軟煤層瓦斯抽采難題是制約我國煤礦安全和綠色開采的瓶頸。煤層碎軟，瓦斯含量普遍較高、壓力大，煤層透氣性差等特點，導(dǎo)致瓦斯抽采效率低、治理難度極大。因此，業(yè)內(nèi)亟待探索安全、高效又經(jīng)濟(jì)的碎軟煤層區(qū)域瓦斯超前抽采技術(shù)。
陜西韓城礦區(qū)是典型的碎軟煤層礦區(qū)，瓦斯災(zāi)害是礦區(qū)首要災(zāi)害，嚴(yán)重威脅著安全生產(chǎn)。該礦區(qū)主采的2號、3號煤層出現(xiàn)過各種類型的瓦斯動力現(xiàn)象，有記載的瓦斯突出事件約150次。
礦區(qū)現(xiàn)有的單一煤層和保護(hù)層瓦斯治理措施存在覆蓋范圍小(順煤層鉆進(jìn)不超過100米、局部30米至40米)，工程量大，串孔嚴(yán)重，抽采濃度低(一般不超過10%)，輔助成本高等問題，直接導(dǎo)致礦井瓦斯抽采達(dá)標(biāo)的煤炭資源量嚴(yán)重不足，無法超前釋放。
韓城礦區(qū)特殊的瓦斯地質(zhì)條件決定了常規(guī)方法難以有效解決抽采難題。因此，在該地區(qū)開展區(qū)域瓦斯超前抽采關(guān)鍵技術(shù)研究具有重要示范意義。西安研究院立足碎軟、低滲透性、煤與瓦斯突出煤層的區(qū)域瓦斯超前防治需求，以韓城礦區(qū)單一煤層和保護(hù)層開采方式為研究對象，與陜煤集團(tuán)韓城礦業(yè)公司展開了聯(lián)合攻關(guān)。
針對該公司3號煤層碎軟不易成孔、煤層頂板具備鉆孔條件但難以實現(xiàn)瓦斯高效抽采的特點，研究人員轉(zhuǎn)變思路，創(chuàng)新性地提出“碎軟煤層頂板梳狀長鉆孔水力壓裂”區(qū)域瓦斯超前抽采模式。同時，針對保護(hù)層卸壓瓦斯抽采難題，他們提出中近距離上保護(hù)層開采底板水平長鉆孔卸壓瓦斯高效抽采技術(shù)。
不過，成套技術(shù)體系存在區(qū)域均勻增透和壓裂范圍連續(xù)監(jiān)測難度大、裸眼壓裂孔內(nèi)工具事故率高、定向長鉆孔層位精準(zhǔn)控制難度大、圍巖破碎帶有效封孔和復(fù)雜地層鉆進(jìn)效率低等難題。因此，研究人員針對性地研發(fā)了集地質(zhì)條件動態(tài)分析、封隔器遇阻解卡和孔內(nèi)瞬變電磁壓裂范圍連續(xù)探查于一體的頂板梳狀長鉆孔裸眼分段水力壓裂技術(shù)，分段壓裂鉆孔主孔長度可達(dá)500米；開發(fā)了復(fù)雜地層開孔破碎段綜合封孔技術(shù)和高效定向鉆進(jìn)與軌跡控制技術(shù)，封(固)孔耐壓3.0兆帕，最高單日進(jìn)尺達(dá)186米；形成了碎軟、低滲透性、煤與瓦斯突出煤層定向長鉆施工工藝和頂板定向長鉆孔水力壓裂工藝技術(shù)體系，鉆孔覆蓋范圍整體大于500米。
該技術(shù)成果突破了碎軟、低滲透性、煤與瓦斯突出煤層井下長距離、大范圍瓦斯超前抽采的技術(shù)瓶頸，取代傳統(tǒng)的利用保護(hù)層回采巷道向被保護(hù)層施工下向穿層鉆孔方法，解決了工程量大、瓦斯抽采濃度和抽采量低等問題。成果還創(chuàng)立了碎軟、低滲透性、煤與瓦斯突出厚煤層頂板梳狀鉆孔水力壓裂區(qū)域瓦斯高效抽采模式，提出了中近距離上保護(hù)層底板水平長鉆孔卸壓瓦斯區(qū)域攔截抽采技術(shù)，開發(fā)了集裂隙預(yù)處理、穩(wěn)壓注漿、循環(huán)補漿、耐壓檢測于一體的開孔破碎綜合封(固)孔工藝，提高了抽采效果。
2018年以來，技術(shù)成果在韓城礦區(qū)王峰礦、桑樹坪二號井、下峪口煤礦3個礦井開展應(yīng)用，煤層頂板梳狀長鉆孔裸眼分段水力壓裂長度達(dá)588米，鉆孔瓦斯抽采濃度大于40%，抽采量每分鐘1立方米以上，壓裂影響半徑20米以上；保護(hù)層底板區(qū)域攔截抽采長鉆孔平均孔深566米，鉆孔瓦斯抽采濃度21.12%，抽采量每分鐘3.7立方米，單日瓦斯抽采量為常規(guī)鉆孔工藝的4倍左右。
相關(guān)人員表示，該套技術(shù)適用于碎軟、低滲透性煤層區(qū)域高效預(yù)抽、強突煤層超前區(qū)域增透與卸壓解危、煤礦瓦斯與礦壓協(xié)同防治等領(lǐng)域，具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。
（文章來源：中國煤炭報）
