透气系数低的单一煤层,或者虽为煤层群,但是开采顺序上必须先采瓦斯含量大的煤层,那么上述抽放瓦斯的方法,就很难达到预期的目的。必须采用专门措施增加了煤层的透气系数以后,才能抽出瓦斯。国内外已试验过的措施有煤层注水、水力压裂、水力割缝、深孔爆破、交叉钻孔和煤层的酸液处理等。
煤层卸压方法如图3. 84所示。
图3. 84 煤层卸压方法分类图
1)水力压裂
水力压裂是将大量含砂的高压液体(水或其他溶液)注入煤层,迫使煤层破裂,产生裂隙后砂子作为支撑剂停留在缝隙内,阻止它们的重新闭合,从而提高煤层的透气系数。注入的液体排出后,就可进行瓦斯的抽放工作。辽宁龙凤矿北井、山西阳泉、湖南红卫等矿都曾做过这种方法的工业试验。例如,湖南红卫里王庙矿四层煤,一般钻孔的涌出量最大为0.3 m³/min,压裂后增至0. 44~4.8 m³/min。
2)水力割缝
水力割缝是用高压水射流切割孔两侧煤体,形成大致沿煤层扩张的空洞与裂缝。增加煤体的暴露面,造成割缝上下煤体的卸压,提高它们的透气系数。此法是煤炭科学研究总院抚顺研究院与河南鹤壁矿务局合作进行的研究。鹤壁四矿在硬度为0. 67的煤层内,用8 MPa的水压进行割缝时,在钻孔两侧形成深0.8 m、高0.2 m的缝槽,钻孔百米瓦斯涌出量由0.01~0.079 m³/min,增加到0.047~ 0.169 m³/min。
3)深孔预裂爆破
深孔预裂爆破是在钻孔内利用炸药爆炸瞬间产生的爆轰压力和高温高压爆生气体,使爆破孔周围的煤体产生裂隙、松动、压出和膨胀变形,以提高煤层透气性。
4)酸液处理
酸液处理是向含有碳酸盐类或硅酸盐类的煤层中,注入可溶解这些矿物质的酸性溶液。
5)交叉钻孔
交叉钻孔是除沿煤层打垂直于走向的平行孔外,还打与平行钻孔呈15°~20°夹角的斜向钻孔,形成互相连通的钻孔网。其实质相当于扩大了钻孔直径,同时斜向钻孔延长了钻孔在卸压带的抽放时间,也避免了因钻孔坍塌而对抽放效果的影响。在河南焦作矿务局九里山煤矿的试验结果表明,这种布孔方式较常规的布孔方式相比,相同条件下提高抽放量0. 46~1. 02倍。