[01360772]高突低透煤层采动增透特性及瓦斯治理关键技术

本项目技术发明属于能源技术领域。 煤炭是我国重要的基础能源和原料,在我国能源结构中占比60%以上,虽然这个比例在逐年下降,但到2020年该比例预计仍将高于50%,甚至高达58%。当前,高突矿井占我国矿井总数的44%,国有重点煤矿中比例更是高达72%,煤矿瓦斯灾害事故数量和危害程度居高不下,严重威胁我国经济社会可持续发展和能源安全。然而,瓦斯是煤矿重大灾害源的同时,又是宝贵的高热值不可再生清洁能源,煤层瓦斯的开发和利用对防治煤与瓦斯突出、减少温室效应、改善能源消费结构及国家能源安全,具有重要的战略意义。为此,本项目以高突低透煤层瓦斯治理技术创新需求为背景,由深部煤岩真实采动渗流应力环境条件出发,以瓦斯治理为主线,从室内试验到现场测试,从理论分析到工程应用,建立了一整套完整的高突低透煤层瓦斯治理理论和关键技术体系,在国家重点基础研究发展计划（2011CB201201）、国家自然科学基金（51134018、51204112）以及国内多个煤矿开采与生产等攻关课题的支持下,围绕高突低透煤层采动卸荷增透特性及瓦斯治理关键技术开展了深入研发,主要取得以下突破性技术发明： 1、发展了增透理论及采动煤岩增透效果定量表征方法,推导出体积应变表达增透特征解析式。结合达西定律、平板流体模型、多孔介质理论以及毛细管理论,在室内、工程尺度验证了增透理论的正确性与适用性,探讨了裂隙分维-连通率-增透率随采面推进的演化规律及相关关系,揭示了开采过程中采面前方增透率空间分布特征,为钻孔的布置提供科学有效的理论与技术支撑。 2、发明了采动裂隙网络实时量测与重构技术。研发了采动裂隙网络高精度实时现场测试设备,提出了针对单孔的增透率算法,建立了采动煤岩体裂隙演化的现场测量方法,并结合现场测出钻孔裂隙空间产状实现了采动裂隙网络三维大空间模型重构,突破了无法从定量的角度评价采动过程中煤层渗透性的变化情况的难题,首次实现工程尺度采动裂隙网络三维重构及可视化,获得采动过程中煤岩体裂隙网络分布特征及演化规律。 3、发明了高突低透煤层增透致裂关键技术。设计了自适应孔路修复式炸药推送装置,提出了二次卸压防治冲击地压的方法,对不同赋存环境和冲击地压类型煤层,采用不同水射流割缝方式对煤岩体割缝装药爆破卸压增透;发明了间歇式负压自动放水器,解决了非自动放水器费工费时、效率低下及相关安全隐患问题,形成了完整的高突低透煤层致裂增透治理技术体系,有效提升了高突低透煤层的致裂增透效果。 4、发明了抽采孔原位成孔、封孔、护孔成套技术与装备。构建了集煤矿瓦斯抽采孔原位成孔、封孔、护孔为一体的成套技术与装备,发明了自动接钻杆或拆钻杆设备、穿层钻孔返渣封孔技术和适用于高突低透松软煤层瓦斯抽采钻孔护孔用钻头与钻杆,建立了适用于高突低透煤层的成套瓦斯抽采钻孔原位成孔、封孔和胡孔工艺方法,提高了高突低透煤层瓦斯抽采效果。 本项目成果已获授权国家发明专利11项、受理申请发明专利7项,授权实用新型专利10项,获得软件著作权4项,出版学术专著3部,在国内外权威期刊共发表相关代表性论文35篇,其中SCI收录论文14篇,EI收录论文20篇,CSCD收录1篇。 本技术发明研发成果创新性强,提供了集理论、室内和现场测试、工程应用于一体,且适用于高突低透煤层的瓦斯治理理论和成套关键技术体系,极大的提高了矿井采掘速度和劳动生产率,节省大量瓦斯防治费用方面的支出,实现“绿色、高效、安全、经济”开采,为企业带来良好的社会及经济效益。本技术发明成果在河南平顶山八矿、十矿和十二矿等典型高突低透煤矿进行了应用,取得了显著的经济和社会效益。该研究成果为我国乃至全球高突低透矿井煤与瓦斯突出防治提供理论和技术指导,具有广阔的应用前景和推广价值。