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刊登于2018年3月31日中國煤炭報四版（科教）頭條

陜煤集團黃陵礦業(yè)公司二號煤礦引入電脈沖可控沖擊波增透煤層技術(shù)，相比傳統(tǒng)瓦斯鉆孔抽采方式，其效率提升4倍多。

無論是瓦斯抽采，還是瓦斯開發(fā)利用，通過技術(shù)改造實現(xiàn)煤層增透均是一個難題。不久前，陜西煤業(yè)化工集團黃陵礦業(yè)公司二號煤礦引進(jìn)了一項電脈沖可控沖擊波增透煤層技術(shù)，成功解決了瓦斯抽采率不高的難題。

近日，筆者隨黃陵二號煤礦通風(fēng)副總工程師仵勝利來到電脈沖實施現(xiàn)場——該礦207綜采工作面，看看這個可控沖擊波是如何實現(xiàn)煤層增透的。

多災(zāi)害礦井瓦斯治理成難題

黃陵二號煤礦于2009年竣工投產(chǎn)，是一座年產(chǎn)能800萬噸的大型現(xiàn)代化礦井，瓦斯、頂板、粉塵等災(zāi)害多。

“由于采掘接續(xù)緊張，鉆孔施工后的采掘工作面隨即進(jìn)行開采，鉆孔預(yù)抽周期短，采煤作業(yè)過程中經(jīng)常出現(xiàn)瓦斯超限等問題，讓我們防不勝防?！必鮿倮嬖V筆者。

瓦斯抽采率低一直制約著黃陵二號煤礦的安全生產(chǎn)。為了解決這個難題，該礦和中國煤炭科工集團西安研究院聯(lián)合嘗試了多種煤層增透方式，包括煤層鉆孔深孔預(yù)裂爆破、煤體水力壓裂等。這些技術(shù)雖然起到了一定作用，但沒有對煤層整體實現(xiàn)卸壓增透，也沒有從根本上解決區(qū)域性瓦斯治理難題。

為此，黃陵二號煤礦的技術(shù)人員經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，西安研究院和西安交通大學(xué)聯(lián)合研發(fā)了一項利用電脈沖可控沖擊波增透煤層的新技術(shù)。與西安研究院協(xié)商后，雙方確立了合作關(guān)系，開始在該礦運用這項新技術(shù)。

用沖擊波對煤層進(jìn)行增透

筆者從西安研究院礦井地質(zhì)與瓦斯防治技術(shù)部主任陳冬冬那里了解到，電脈沖可控沖擊波技術(shù)是利用水中高壓放電的脈沖大電流或金屬絲電爆炸，在局部范圍內(nèi)形成能量快速沉積，產(chǎn)生等離子體，使放電通道劇烈膨脹擴張，從而推動水介質(zhì)形成沖擊波，對煤層進(jìn)行壓裂增透。

“該項目的實施過程與采煤機割煤的過程一樣，采用‘退采’式工作模式。技術(shù)人員用傳統(tǒng)鉆桿將可控沖擊波產(chǎn)生裝置推送到目標(biāo)煤層中，通過電纜連接孔內(nèi)裝置與控制箱，然后密封鉆孔口并在孔內(nèi)注滿水，再將整個作業(yè)目標(biāo)層分為若干個作業(yè)段，按順序?qū)嵤┳鳂I(yè)；從孔底開始，在每個作業(yè)段重復(fù)增透若干次，再將沖擊波發(fā)生裝置后退到下一個作業(yè)段。”陳冬冬說。

據(jù)介紹，電脈沖可控沖擊波的核心設(shè)備是控制箱中的能量轉(zhuǎn)換器，由升壓變壓器、整流初級電源組成，電能被升壓整流后充電蓄能，當(dāng)蓄能達(dá)到能量控制器的設(shè)定閾值后，儲存在電容器中的電能通過能量轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生沖擊波。

“每次釋放的沖擊波峰值壓力大于100兆帕，能夠作用于周邊幾十米內(nèi)的煤層，同時可能伴隨著大量瓦斯擴散逸出?！标惗f，“所以，技術(shù)人員要及時監(jiān)測孔口瓦斯?jié)舛龋⑶以诳卓诟浇苍O(shè)瓦斯斷電保護(hù)裝置。”

“人、機、物、環(huán)”全方位保護(hù)

“與之前的壓裂技術(shù)相比，電脈沖可控沖擊波煤層增透技術(shù)具有兩大明顯優(yōu)勢。一是在增透作業(yè)過程中形成許多孔隙，可控沖擊波發(fā)展到高強波時，擾動這些孔隙使煤層瓦斯解吸、擴散，擴大煤層增透范圍。二是由于煤層抗壓強度小于巖層，增透時煤層容易塌陷垮落。對此，可控沖擊波通過控制波動幅度值和有效作用區(qū)域，使在頂板底板周圍鉆孔的煤層撕裂，同時保證了煤層頂板底板的完整性，實現(xiàn)‘人、機、物、環(huán)’全方位保護(hù)。”仵勝利說。

筆者了解到，該礦1號鉆孔在2017年12月20日開始實施沖擊波增透作業(yè)，作業(yè)段為35米至135米，每5米一個作業(yè)點，每個作業(yè)點作業(yè)5次，累計作業(yè)100次。截至今年1月25日，該作業(yè)段累計抽采瓦斯67328立方米，相比以往傳統(tǒng)瓦斯鉆孔抽采方式，其效率提升4倍多，瓦斯抽采率達(dá)到29.68％，煤層瓦斯含量每噸降至12.74立方米。

“引進(jìn)可控沖擊波煤層增透技術(shù)之后，鉆孔瓦斯抽采量大幅提升，保障了生產(chǎn)安全。今后我們還將大力推廣該項技術(shù)，為下一步規(guī)劃的煤層氣發(fā)電項目打好基礎(chǔ)?！痹摰V總經(jīng)理劉建偉說。

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