0 引言
煤层气俗称“瓦斯”，是指赋存在煤层中以甲烷为主要成分，以吸附在煤基质颗粒表面为主，部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体。一方面，煤矿开采是瓦斯涌出威胁着煤矿安全生产；另一方面，煤层气燃烧能产生大量的热，并且几乎不产生任何有毒有害的气体，是清洁能源。1m3纯煤层气的热值相当于1.13kg汽油、1.21kg标准煤，其热值与天然气相当，可以与天然气混输混用，所以它是非常好的燃料，可以用作工业燃料、生活燃料等，是21世纪具有重要战略资源的“绿色能源”。不论是从煤矿开采安全的角度还是从能源利用的角度，都应在开采前或开采的同时对瓦斯进行抽采利用。但是我国95%以上的高瓦斯矿井所开采的煤层都属于低透气性煤层，煤层的低透气性导致大部分煤层抽采困难，严重影响了瓦斯的抽采利用率，制约着这个清洁能源的开发利用的发展。所以，研究增加煤层的透气性的技术，从而加大瓦斯抽采率是非常有必要的。
1 高瓦斯低透气性煤层增透技术研究现状
煤体透气性的影响因素主要有地应力、瓦斯压力、孔隙裂隙结构等因素。为了增加煤层的透气性系数，国内外的许多研究人员从改变应力状态、卸压、增加孔裂隙发育程度等方面进行了不少探索，目前高瓦斯低透气性煤层增透技术大致有如下几种：
1.1 高瓦斯低透气性煤层增透传统技术
1.1.1 采动卸压增透技术
采动卸压增透技术主要是指利用临近煤层或临近区域开采、保护层开采，使本区域煤岩体或位于被保护层上、下层位的煤岩体受到采动的影响，煤岩体中应力应变状态和瓦斯压力参数发生变化，使煤体的渗透系数、煤体内瓦斯渗流速度、瓦斯涌出量剧增，导致瓦斯解吸，在孔裂隙中扩散渗流，从而为瓦斯抽采提供有利条件。保护层开采结合被保护层卸压瓦斯抽采已成为优先采用的区域性瓦斯治理技术。另外还有利用采空区卸压增透，其原理都是煤体受采动扰动，造成应力重新分布，卸压，以达到增透的效果。
1.1.2 钻孔或造穴增透技术
利用钻孔等方法使煤岩体的某些区域形成一定的空洞，从而改变煤体应力状态，造成媒体内裂隙、孔隙的重新分布，使原有裂隙扩大、贯通或形成新的裂缝，以此提高媒体的透气性系数。比较传统的方法有钻孔卸压增透法，各项研究或工程实践根据实际开采和地质情况，采用不同的布孔方式，常采用的是密集布孔、网格式抽采、立体交叉、斜交与垂直工作面结合等方法，各大科研机构和工程技术人员也进行了较为广泛的研究。
余长林[1]提出对于单一低透气性、高瓦斯煤层，采用斜交和垂直工作面布孔方式，经实践证明可以达到增透，提高抽采率的效果。目前的研究和应用主要集中在各种布孔方式、不同孔径孔深、不同密集程度等的联合使用上。
另外，在钻孔的基础上进行掏穴或者称为造穴，通过二次扩孔的过程，对周围媒体进行再一次扰动，加大了煤体的膨胀变形，使卸压更加充分，从而使透气性进一步加大，增透效果更加显著。
蔡如法[2]等在底板巷穿层钻孔中进行了掏穴增透强化抽采技术试验。实践证明掏穴后钻孔中瓦斯浓度可以增长5～6倍，瓦斯抽采量明显增长，有些可以达到普通钻孔的5倍左右。掏穴增透强化抽采技术施工简单，不需要过多的仪器设备，但是效果很显著，为提高瓦斯抽采效果提供了一种行之有效的方法，值得推广应用。
1.1.3 高能液体扰动致裂增透技术
此增透技术主要是利用注入高能液体扰动媒体，使应力场重新分布，煤体内的裂缝和裂隙的数量、长度、张开度均得到增加，增大了煤层内裂隙、裂缝和孔隙的连通面积，达到卸压进而改变煤层的透气性系数的目的。有关高能流体扰动卸压增透技术主要包括水力割缝、水力压裂、煤层注水、水力掏槽、水力扩孔、水力挤出以及后来兴起的高压磨料射流割缝等。
水力压裂是以水作为动力，使煤体裂隙畅通的一种措施。水力压裂技术即是通过高压水的劈裂作用，使煤岩体中原有孔裂隙胀开、扩展和延伸，增加了煤体孔隙率，通过原有孔裂隙的延伸、扩展使裂隙之间联通，形成相互交织的裂隙网络，增加了瓦斯的扩散、渗流通道，形成更大范围的卸压区域，煤体整体均匀卸压，吸附瓦斯快速解吸，致使煤体渗透率大大提高[3]。煤体卸压后，小部分瓦斯解吸随水流出煤体，大部分瓦斯通过钻孔抽出。水力致裂在井下保护煤层、单一突出危险煤层中大量使用，实践证明这种技术在这种煤层中提高储层渗透率效果显著，并且由于水力致裂技术的经济性和易操作性，使它成为在井下保护煤层、单一突出危险煤层中最常用的增透技术措施。
水力割缝是在减少钻孔数量的同时，在煤体中切割一定长度的扁平的裂缝，裂缝上面的煤体垮落后，煤体内应力重新分布，导致煤体内裂隙的数目、规模增加，使煤层达到较好的卸压和增透效果。大量实践证明，水力割缝措施可使煤层透气系数增加1～2个数量级，割缝区的钻孔瓦斯抽采量可增加1～2倍[4]。由于水力割缝要求把钻孔之间割通，具有一定施工难度。有学者[5]通过分析煤层巷道煤与瓦斯突出机理，提出了整体卸压理念，开发了高压磨料射流割缝防突技术，并且在煤层巷道掘进工作面进行了实际应用。此法是在煤层开采过程中，利用高压磨料水射流对两侧的实体煤进行冲蚀、切割，随着切割的深入，在两侧煤体内形成一条扁平槽缝，槽缝具有一定的深度，被切割下来的煤体随水流带出钻孔外。通过射流割缝，钻孔内煤体的暴露面积增加，一方面槽缝周围的煤体在地压的作用下向槽缝空间移动，扩大了卸压和排瓦斯的范围；另一方面，从保护层角度考虑，槽缝就相当于开采了一层很薄的保护层，从而层内自我解放，内部卸压，为煤体内瓦斯流动和释放创造条件，增加了煤层的透气性[5]。此技术有几大特点：首先是该技术可用于具有突出或冲击危险的煤层，使煤体得到充分和快速卸压、增透，提高抽采瓦斯的能力；同时还能将掘进面前方的更大区域的媒体中瓦斯和地应力进行快速释放，减少了掘进工作的危险性，使掘进工作环境更为安全；再次是它用水量相对较少、工艺简单、操作方便等；另外还可以减少用于消突的瓦斯排放钻孔的个数。所以它在技术上、安全上和经济上都具有实际应用价值。（节选）
