松软煤层无水化增透理论及技术发展趋势
刘勇1
张汶定2
陈长江2
魏建平2
徐向宇2
张宏图2
南勤聪2
校朋伟2
1.河南理工大学瓦斯地质与瓦斯治理国家重点实验室培育基地,河南焦作 454000;煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心,河南焦作 454000;深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室,安徽淮南 2320012.河南理工大学瓦斯地质与瓦斯治理国家重点实验室培育基地,河南焦作 454000;煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心,河南焦作 454000
摘要：在未来相当长的历史时期内,我国仍然要坚持以煤为主的基本国情.煤炭作为兜底保障能源,其高效开采对我国能源安全极为关键.但我国70％以上的煤层为低渗煤层,瓦斯抽采难度大、时间长.瓦斯抽采率低导致的采掘失衡是遏制煤炭产能释放的首要因素.尤其是随着浅部资源的枯竭,深部资源复杂赋存环境将使这一问题更加凸显.因此对低渗煤层增透是实现瓦斯高效抽采、解决采掘失衡、提高煤炭产量的有效手段.水力冲孔、水射流割缝和水力压裂等水力化技术因其技术装备成熟、应用灵活,是目前使用范围最广、行之有效的增透技术.然而在松软煤层应用水力化技术时,钻孔易出现塌孔,导致抱钻、喷孔、瓦斯超限等问题.相较于水力化技术,无水化技术从源头上避免了水对煤体强度的软化.采用无水化技术增透松软煤层,能实现瓦斯通道长时间保持通畅,具备高效抽采能力,符合新质生产力的发展理念.因此,无水化技术是目前突破松软煤层瓦斯高效抽采技术瓶颈的可行性方法.无水化技术种类繁多,但均没有在工程中得到应用或推广.为寻求无水化技术在瓦斯抽采领域的发展方向,促进无水化技术发展,突破松软煤层瓦斯高效抽采技术瓶颈,系统梳理了机械刀具、可控冲击波及(磨料)空气射流等10种无水化增透技术,并将其归纳为3类:机械类增透技术、电磁波/机械波增透技术及气体相关增透技术.详细阐述了其技术原理、增透机制、优势及瓶颈,提出了无水化技术在松软煤层瓦斯抽采工程中发展的可行性建议.形成以下主要结论:无水化技术是以机械力、冲击力或热应力的作用形式破裂煤岩,形成卸压区域、裂隙网络,促进瓦斯解吸、渗流,提高瓦斯抽采率.受能量密度和力传递方式的制约,多数无水化技术相较于水力化技术的卸压范围小.这是遏制无水化技术工程应用的主要因素.此外,技术装备的成熟度,可操作性和适用性也是遏制其应用的重要因素.低压(磨料)空气射流在松软煤层应用中发现,在气体压力小于1 MPa条件下,扩孔半径仍可大于1m,能够实现煤层大范围的均匀卸压.综合能量传递效率和技术装备成熟度,低压(磨料)空气射流在进一步完善安全保障技术的条件下,具有应用推广的潜力.
关键词：松软煤层无水化技术卸压增透瓦斯抽采空气射流
分类号：TD82(矿山开采)
资助基金：国家自然科学基金(52174170)河南省杰出青年基金资助项目(242300421013)河南省重点研发专项资助项目(231111322000)
论文发表日期：2025-04-30
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：24( 2123-2146 )
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