[00967496]深部高瓦斯煤层群储层联合改造及瓦斯抽采关键技术

中国主要含煤盆地呈现多期成藏特征，70%矿区具有煤层群条件。经过十多年的快速开发，中国中东部地区许多矿井开采深度已达800～1200m，垂向应力可达22～33MPa,煤层瓦斯压力达6MPa以上，煤层瓦斯含量达20m<'3>/t以上，且煤层渗透性不足0.001mD,瓦斯抽采困难。每年由于瓦斯事故死亡350人以上，重特大瓦斯事故未得到根本控制。随着开采深度的增加，煤层群中所有煤层均升级为突出煤层，首采保护层难以选择，煤层群整体区域消突困难。为该项目开展了深部高瓦斯煤层群储层联合改造及瓦斯抽采关键技术研究，建立了煤体卸荷损伤增透模型，提出了优势瓦斯通道构建与工程控制方法，实现了瓦斯抽采立体化综合设计和瓦斯治理过程跟踪与程序控制，保障了深部高瓦斯煤层群的安全高效开采。主要技术内容：研究了不同变质程度煤的吸附解吸特征和深部瓦斯赋存规律，获得了卸荷过程中煤体损伤、裂隙演化及增透作用机制，建立了煤体卸荷损伤增透模型，为深部高瓦斯煤层群储层联合改造奠定了理论基础。获得了首采储层和邻近储层满足卸荷增透效果的抽采钻孔定量化指标，提出了首采层钻孔卸荷与邻近层采动卸荷储层联合改造方法，构建了预置筛管、卸压钻孔和地面钻井相结合的瓦斯导流通道，实现了深部高瓦斯煤层群瓦斯治理的一体化设计和立体抽采。提出了过程跟踪与节点控制相结合的瓦斯灾害防治过程控制方法，研发了卸压增透评价、抽采钻孔定量化和消除突出危险性判定等节点控制指标，构建了瓦斯抽采效果评价指标体系，实现了瓦斯治理过程的程序控制。授权专利情况：获得授权发明专利20项；获得计算机软件著作权2项；编著了《矿井瓦斯防治理论与工程应用》和《矿井瓦斯防治》；在国内外高水平期刊发表SCI收录论文30余篇，EI收录论文50余篇；获得省部级一等奖4项。技术经济指标：项目首次建立了煤体卸荷损伤增透理论模型，深部煤储层钻孔有效卸荷需满足吨煤钻孔长度为0.3～0.5m,邻近储层采动有效卸荷需满足渗透率增加300倍以上并依渗透率分布特征对抽采钻孔的布置进行定量化设计。提出了首采储层和邻近储层优势瓦斯通道的构建方法和一体化高效抽采模式，钻孔成孔有效率达95%以上，初期抽采瓦斯浓度可达60〜80%,高效抽采期可达3个月以上。获得了不同矿区区域与局部敏感指标及临界值和瓦斯治理工程过程跟踪控制的方法。项目的研究突破了高瓦斯煤层群瓦斯抽采困难的技术瓶颈，实现了深部高瓦斯煤层群储层联合改造、一体化设计、立体瓦斯抽采和瓦斯治理过程的程序控制，对中国深部煤层群赋存矿区具有重要的示范和指导意义。应用推广及效益情况：项目研究成果在淮南、淮北、皖北、铁法、沈阳、郑州、窑街等20个矿业集团和澳大利亚Belvedere煤矿得到了全面推广应用。在应用矿区，瓦斯抽采与利用量大幅度增加，实现了高瓦斯煤层群条件下瓦斯的安全高效抽采和利用，保证了煤矿企业的安全生产。项目还培养了大批工程技术人员、博士后、博士及硕士研究生。项目的实施获得了显著的经济和社会效益。