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中国煤炭报:黄陵二号煤矿可控冲击波如何实现煤层增透
发布时间:2018-04-03 16:44:29 来源: 作者:张波 点击:

刊登于2018年3月31日中国煤炭报四版(科教)头条

陕煤集团黄陵矿业公司二号煤矿引入电脉冲可控冲击波增透煤层技术,相比传统瓦斯钻孔抽采方式,其效率提升4倍多。

无论是瓦斯抽采,还是瓦斯开发利用,通过技术改造实现煤层增透均是一个难题。不久前,陕西煤业化工集团黄陵矿业公司二号煤矿引进了一项电脉冲可控冲击波增透煤层技术,成功解决了瓦斯抽采率不高的难题。

近日,笔者随黄陵二号煤矿通风副总工程师仵胜利来到电脉冲实施现场——该矿207综采工作面,看看这个可控冲击波是如何实现煤层增透的。

多灾害矿井瓦斯治理成难题

黄陵二号煤矿于2009年竣工投产,是一座年产能800万吨的大型现代化矿井,瓦斯、顶板、粉尘等灾害多。

“由于采掘接续紧张,钻孔施工后的采掘工作面随即进行开采,钻孔预抽周期短,采煤作业过程中经常出现瓦斯超限等问题,让我们防不胜防。”仵胜利告诉笔者。

瓦斯抽采率低一直制约着黄陵二号煤矿的安全生产。为了解决这个难题,该矿和中国煤炭科工集团西安研究院联合尝试了多种煤层增透方式,包括煤层钻孔深孔预裂爆破、煤体水力压裂等。这些技术虽然起到了一定作用,但没有对煤层整体实现卸压增透,也没有从根本上解决区域性瓦斯治理难题。

为此,黄陵二号煤矿的技术人员经过调研发现,西安研究院和西安交通大学联合研发了一项利用电脉冲可控冲击波增透煤层的新技术。与西安研究院协商后,双方确立了合作关系,开始在该矿运用这项新技术。

用冲击波对煤层进行增透

笔者从西安研究院矿井地质与瓦斯防治技术部主任陈冬冬那里了解到,电脉冲可控冲击波技术是利用水中高压放电的脉冲大电流或金属丝电爆炸,在局部范围内形成能量快速沉积,产生等离子体,使放电通道剧烈膨胀扩张,从而推动水介质形成冲击波,对煤层进行压裂增透。

“该项目的实施过程与采煤机割煤的过程一样,采用‘退采’式工作模式。技术人员用传统钻杆将可控冲击波产生装置推送到目标煤层中,通过电缆连接孔内装置与控制箱,然后密封钻孔口并在孔内注满水,再将整个作业目标层分为若干个作业段,按顺序实施作业;从孔底开始,在每个作业段重复增透若干次,再将冲击波发生装置后退到下一个作业段。”陈冬冬说。

据介绍,电脉冲可控冲击波的核心设备是控制箱中的能量转换器,由升压变压器、整流初级电源组成,电能被升压整流后充电蓄能,当蓄能达到能量控制器的设定阈值后,储存在电容器中的电能通过能量转换器产生冲击波。

“每次释放的冲击波峰值压力大于100兆帕,能够作用于周边几十米内的煤层,同时可能伴随着大量瓦斯扩散逸出。”陈冬冬说,“所以,技术人员要及时监测孔口瓦斯浓度,并且在孔口附近安设瓦斯断电保护装置。”

“人、机、物、环”全方位保护

“与之前的压裂技术相比,电脉冲可控冲击波煤层增透技术具有两大明显优势。一是在增透作业过程中形成许多孔隙,可控冲击波发展到高强波时,扰动这些孔隙使煤层瓦斯解吸、扩散,扩大煤层增透范围。二是由于煤层抗压强度小于岩层,增透时煤层容易塌陷垮落。对此,可控冲击波通过控制波动幅度值和有效作用区域,使在顶板底板周围钻孔的煤层撕裂,同时保证了煤层顶板底板的完整性,实现‘人、机、物、环’全方位保护。”仵胜利说。

笔者了解到,该矿1号钻孔在2017年12月20日开始实施冲击波增透作业,作业段为35米至135米,每5米一个作业点,每个作业点作业5次,累计作业100次。截至今年1月25日,该作业段累计抽采瓦斯67328立方米,相比以往传统瓦斯钻孔抽采方式,其效率提升4倍多,瓦斯抽采率达到29.68%,煤层瓦斯含量每吨降至12.74立方米。

“引进可控冲击波煤层增透技术之后,钻孔瓦斯抽采量大幅提升,保障了生产安全。今后我们还将大力推广该项技术,为下一步规划的煤层气发电项目打好基础。”该矿总经理刘建伟说。

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