1.多学科深化注气驱替增流抽采瓦斯理论

　　井下注气驱替增流抽采瓦斯实际是注入气体与瓦斯运移、煤体变形与损伤等多相多场的复杂耦合过程。相关理论、实验研究难度较大，现场工业性试验易受钻孔施工精度、封孔质量、施工周期/成本等因素影响，所得结论可靠性与普适性有待验证，造成注气驱替增流抽采瓦斯理论研究与工程实践经验不匹配。理想的注气驱替增流抽采瓦斯效果应建立在注气驱替增流抽采瓦斯理论与工艺技术深度融合的基础之上。

　　未来的注气驱替理论研究，必然是多元学科交叉融合的过程，应充分运用多元学科技术深化注气驱替增流抽采瓦斯理论。借助多元化理论知识积累优势，构建科学的注气驱替增流抽采瓦斯理论基础；融合工艺技术现场第一手资料，判断工艺技术可行性，形成从理论到工艺技术“自上而下”和从工艺技术到理论“自下而上”双向驱动。以提高注气驱替增流抽采瓦斯效果为目标，坚持理论科学性与工艺技术可行性有机统一，构建理论与工艺技术双向驱动的注气驱替增流抽采瓦斯体系。例如：从理论角度分析地质构造、变质程度、地应力、注抽钻孔施工工艺（钻孔直径、布孔间距、封孔）及注气工艺（注气模式、注气压力、注气源）等影响因素对注气驱替瓦斯效果的影响规律；结合现场实际注气驱替增流抽采瓦斯效果，阐明各影响因素对注气驱替瓦斯效果的影响度及相关性。经过理论与工艺技术相互影响、相互促进、相互依存，完善注气驱替增流抽采瓦斯体系、提升注气驱替增流抽采瓦斯效果。

2.多方法协同注气驱替增流抽采瓦斯技术

2.1单/多组分注气驱替增流时空协同

　　井下注气驱替增流抽采瓦斯技术常采用的注气源包括N2、CO2、空气、工业废气等一元或多元混气。煤体对CO2的吸附能力较强，CO2驱替瓦斯效果好；煤体对N2的吸附能力较弱，N2驱替效果差，但CO2强吸附能力增加了煤层突出危险性。因此，针对具有突出危险性的煤层通常采取预先抽排瓦斯再注气驱替的方式，并且注气阶段可采用先注低压CO2或工业废气，充分发挥其竞争吸附的优势，将吸附态瓦斯置换为游离态，随后注高压N2或空气将已置换出的游离态瓦斯携载出煤体。

2.2多种注气驱替增流技术时空协同

　　关于井下注气驱替增流抽采瓦斯技术，国内外有着长足发展，按注气压力分低压注气、高压注气；按注气孔与煤层关系分穿层钻孔注气和顺层钻孔注气；按瓦斯排放方式分边注边排、边注边抽；按注气持续时间分长期注气、短期注气、持续注气、间歇注气；按注气源分注N2、注CO2、注空气、注工业废气等。通常采用单一注气方式并不能得到最佳的煤层瓦斯驱替效果，适当时间选择合适的注气驱替方式，对于增流抽采瓦斯、提高瓦斯利用率均具有重要意义。

2.3造缝增透与注气驱替增流技术协同

　　造缝增透技术主要应用于硬煤，该技术通过起裂延伸裂缝、形成多级多类裂缝网络增加煤层透气性。煤层造缝增透方式包括水力割缝、水力压裂、深孔聚能爆破等。该技术通过在孔壁周围产生压力场，当孔壁煤体所受拉应力克服地应力和煤体抗拉强度时，煤体产生张性破裂并形成裂缝，达到增透煤体的目的。造缝增透技术实施过后，再注气驱替，可有效提高注气驱替效率与效果，缩短煤层瓦斯抽采达标时间。

2.4增容增透与注气驱替增流技术协同

　　增容增透技术主要应用于软煤，该技术通过增大煤层可容空间，实现煤层增透。煤层增容增透方式包括直接增容增透（水力压裂）和间接增容增透（水力冲孔、水力压冲）。对于软煤来讲，常规水力压裂并不能形成裂缝，只能对煤层形成挤胀或穿刺；持续注入的高压水挤压周围煤体，迫使其向外移动，使得软煤产生微弱膨胀，进而实现煤层增容增透。增容增透技术实施过后，再进行注气驱替，可提高煤层瓦斯注气驱替效率与效果，缩短煤层瓦斯抽采达标时间。

2.5致裂增透与注气驱替增流技术伴生

　　致裂增透与注气驱替增流技术伴生指：致裂增透煤层的同时驱替瓦斯，两者同步进行，不分先后。该技术主要包括注液态CO2、液态N2致裂增透驱替煤层瓦斯等。液态CO2/液态N2作为低温、低黏、相变增压的流体，将其注入煤体后，在冷冲击与相变压力作用下，煤体微观结构产生损伤，增加了煤体透气性，改变了煤体渗透率；与此同时，二者相态转化后，气态CO2、气态N2在其渗流范围内起到驱替瓦斯的作用，达到强化瓦斯抽采，提高瓦斯抽采效率的目的

3.注气驱替增流抽采瓦斯工艺参数精准化

　　我国煤层瓦斯普遍具有分区赋存特点，工作面瓦斯分布具有区域差异性，适用于不同煤层瓦斯赋存条件的注气驱替增流抽采瓦斯工艺参数有所区别，不利于瓦斯的统一治理，注气驱替增流抽采瓦斯技术的工艺参数精准度有待提升。针对不同瓦斯赋存条件的煤层，首先应对注气驱替增流抽采瓦斯技术进行适用性判断，选择最佳注气模式。另外，为提高注气驱替增流抽采瓦斯工艺参数的选取优度，改善传统“以点代面”式布孔，注气驱替增流抽采瓦斯精准性要求我们采用“分时分区”式布孔，优化建立普适性的煤层注气驱替增流抽采瓦斯技术体系，提高注气驱替增流抽采瓦斯技术精准化，达到强化抽采，提升瓦斯灾害治理效率的目的。特别是针对工作面瓦斯富集区采用传统负压抽采技术不能按时完成抽采任务，影响采掘接替进度的难题，可采用注气驱替增流抽采瓦斯技术再配以恰当的协同抽采技术对瓦斯富集区开展注气驱替增流抽采瓦斯工作，以提高区域煤层瓦斯抽采进度，保证工作面瓦斯富集区可在规定抽采时间内抽采达标。

4.注气驱替增流抽采瓦斯装备智能化

　　理想的注气驱替增流抽采瓦斯效果不仅建立在注气驱替增流抽采瓦斯理论与工艺技术深度融合的基础上，还需与之配套的智能化软件/硬件装备作辅助支撑。注气驱替增流抽采瓦斯技术软件/硬件装备智能化目的是实现复杂瓦斯赋存条件与注气驱替增流抽采瓦斯工艺技术合理匹配、注气驱替增流抽采瓦斯系统实时感知抽采对象，完成系统工况参数与最佳目标要求的合理匹配。

　　我国煤矿井下开采作业遇到复杂地质条件的概率大幅提升，应对复杂地质条件的抽采任务时，仍暴露出诸多亟待改进之处。在我国煤矿瓦斯抽采利用相关扶持政策扶持下，研发智能化煤矿钻探抽采软件/硬件装备，形成抽采前-抽采中-抽采后一体化技术与装备，以提升注气驱替增流抽采瓦斯科技创新能力。注气驱替增流抽采瓦斯智能化的内涵包括：数据感知、数据分析、智能决策与调控，这要求我们通过先进传感技术与装备，实时获取注气管网、抽采管网气体流量、体积分数及负压、阀门开度等参数；实时分析相关参数，掌握不同抽采环境下，关键参数的动态变化规律，进行推理分析和预测预警；实时决策/调控系统与装备，实现系统及装备的智能感知与自适应调控。

5.煤层注-抽-掘-采衔接布局协调化

　　煤层注-抽-掘-采衔接布局协调化将注气驱替与采掘在时间、空间、功能上充分协调。时间上，实现注气驱替与矿井安全生产全程协调一致；空间上，实现井下注抽钻孔布置与采掘衔接全过程协调一致；功能上，实现煤层瓦斯地质勘探、采前预抽-煤层增透-注气驱替一孔多用，提升瓦斯与煤炭协调开发程度，逐步实现煤层注-抽-掘-采衔接布局协调化，完善配套工艺技术/设备，实现我国煤矿井下瓦斯综合治理与资源合理开发利用。

来源：《我国低渗煤层井下注气驱替增流抽采瓦斯技术进展及前景展望》