[00111388]高应力构造煤卸荷瓦斯增流机制与高效抽采技术

1. 项目立项背景 强化大型煤炭基地,促进煤炭集约协调发展是我国能源发展的国家战略（《能源发展“十三五”规划》）。随着煤炭行业供给侧结构性改革深入推进,近年来我国大型煤炭企业开采强度不断增大,开采深度逐年快速增加。受限于我国煤炭资源禀赋,煤层地应力、瓦斯压力与含量随采深持续增大,煤与瓦斯突出（简称突出）风险日趋严重,深部煤层瓦斯灾害成为制约煤矿安全集约化生产的现实瓶颈。 大量的理论与实践表明,构造煤是发生突出的必要条件,近年来发生的多起突出事故均发生在构造煤发育的高瓦斯能量异常富集区。构造煤在我国各主产矿区普遍存在,约占已探明煤炭总储量的23.5%。在深部高应力环境,构造煤具有低渗透、弱扩散特性,原位瓦斯抽采十分困难,传统的方法无法有效消除其突出危险性。攻克深部构造煤增流机制,研发造穴卸荷增流技术装备,形成构造煤高效瓦斯抽采关键技术,实现深部构造煤消突与安全生产,是《煤层气（煤矿瓦斯）开发利用“十三五”规划》中凝练的重点研究课题,也是国家在能源和安全领域的重大需求。 2. 主要创新点 本研究在国家自然科学基金及产学研重点项目等课题支持下,突破了“高应力下构造煤卸荷增渗与强化瓦斯扩散机制”、“机械-水力联合造穴一体化装备”及“低渗突出构造煤高效瓦斯抽采关键技术体系”关键科学问题,鉴定表明总体技术达到国际领先水平。主要创新点如下： （1） 发现构造煤卸荷损伤多重剪切裂隙发育对煤基质形状因子的改造作用,破解构造煤卸荷损伤与其瓦斯渗流能力、扩散能力的耦合效应,揭示高应力环境构造煤卸荷扩容基质损伤瓦斯增流机制,为工程技术研发奠定理论基础。 （2） 研发履带式可变径机械-高压水力旋转射流钻扩造穴一体化设备,实现非淹没射流与淹没射流多工况作业,可将钻孔孔径由100mm扩大至800~1200mm,卸荷区煤体渗透率增大2~3数量级,瓦斯扩散能力提升1~2个数量级;突破传统设备仅适用非淹没射流工况制约,相同条件作业时间缩短80%以上,入选河南省装备制造业十大标志性高端装备名单等技术装备政府推广目录。 （3） 基于研发的“新原理”与“新装备”,构建机械-高压水力联合造穴增流高效瓦斯抽采关键技术体系,实现了深部高瓦斯构造煤瓦斯治理的一体化设计和高效立体抽采,瓦斯抽采钻孔工程量减少70%~80%,高浓度瓦斯抽采期延长10倍以上,瓦斯抽采量提高7倍以上,消突时间缩短70%以上,吨煤瓦斯治理成本降低约50%~60%,突破其降能消突困难的技术瓶颈。 3. 知识产权情况 本项目获授权国家发明专利14件,拥有装备与技术体系的核心知识产权。出版学术专著2部,在Rock Mechanics and Rock Engineering、Fuel、煤炭学报等SCI/EI期刊发表论文35篇。 4. 应用推广及效益情况 该技术先后在河南能源化工集团、阳泉煤业集团、平顶山天安煤业、淮北矿业及大屯能源等20多个矿业集团（煤矿）得到全面推广应用,7家应用单位统计近两年累计新增销售额约109.2亿元,累计新增利润约9.1亿元。项目还培养了大批工程技术人员、博士后、博士及硕士。项目实施获得了显著的经济和社会效益。