中国平煤神马集团煤与瓦斯共采及关键技术研究

国家973计划"深部煤炭开发中煤与瓦斯共采理论",针对深部煤炭资源开采中煤与瓦斯共采的共性基础问题,以河南平顶山矿区为研究试验基地,在深刻认识深部煤岩地质环境(深部煤岩体结构与复杂地质条件、裂隙场演化机制)、高应力环境(高地应力特征及高强度开采工程扰动规律)、共性问题(高应力强卸荷下深部多组裂隙煤岩体的力学行为、裂隙场演化规律、瓦斯场的富集及导向流动规律)的基础上,建立适合我国高瓦斯煤层赋存特点的深部煤炭开发中煤与瓦斯共采理论体系。初步形成了具有平顶山矿区特色的煤与瓦斯共采基础理论体系。研究成果为深部高突低透难采煤层的煤与瓦斯共采提供了必要的技术保障。     

典型开采条件下煤与瓦斯共采实践与思考

针对我国煤层瓦斯高应力、高瓦斯压力、高瓦斯含量及低渗透性赋存特点,从煤层瓦斯抽采基础理论、技术方法及环境与安全效益等方面,系统分析总结了我国煤与瓦斯共采理论与技术进展,介绍了松软低透煤层群、高瓦斯原生结构煤层、山区松软低渗突出煤3种典型开采条件下煤与瓦斯共采技术体系与应用实践,进一步指出了我国煤与瓦斯共采面临的问题与挑战,认为我国应坚持煤与瓦斯共采的科学开采方法,从基础理论研究、关键技术及装备研发及示范工程建设方面提高煤与瓦斯精准共采技术整体水平,实现不同开采条件下煤层瓦斯资源的有效开发利用。     

“深部煤炭开发中煤与瓦斯共采理论”专题学术论文编者按

深部煤与瓦斯共采是提升我国煤矿安全高效洁净生产水平的重要途径,对优化我国能源结构、减少温室气体排放具有十分重要的意义。目前,我国煤与瓦斯共采的工程实践规模日趋扩大,构建煤与瓦斯共采基础理论体系可以为我国煤与瓦斯共采工程实践提供有力的理论支撑。以谢和平院士为首席科学家的国家973 计划项目“深部煤炭开发中煤与瓦斯共采理论”,自2011 年立项以来,围绕深部开采条件下煤与瓦斯共采核心科学问题开展了研究,取得了显著的研究进展和丰富的研究成果。本期前25篇论文是从该项目2014年研究进展中,遴选出的部分有代表性的研究成果。研究成果涉及了不同瓦斯压力原煤全应力应变过程中渗透特性,煤粒瓦斯放散的数学模型、实验和数值模拟研究结果,采动过程中煤层支承应力与瓦斯抽采流量及瓦斯流动的耦合效应,深部煤与瓦斯共采中的优质瓦斯通道及其构建方法,单一低透气性煤层卸压增透技术作用下煤体裂纹扩展,煤与瓦斯共采评价指标体系及评价模型的建立等重要研究进展。希望本期“深部煤炭开发中煤与瓦斯共采理论”专题学术论文能够为从事同类研究的学者提供帮助和借鉴。     

煤矿瓦斯防治与利用及碳排放关键问题研究

煤矿瓦斯问题不仅是煤与瓦斯突出的防治问题,还应考虑煤与瓦斯共采及资源利用,温室气体减排和环境保护等。针对我国煤储层具有"高应力、高含气、强吸附、低渗透"的特征,深入分析了煤层变质变形与瓦斯吸附问题、构造煤结构特征与瓦斯赋存问题、深部煤炭开采瓦斯问题和煤矿瓦斯异常区地球物理探测与预测问题等与煤矿瓦斯有关的关键科学问题,系统总结了煤与瓦斯突出及其预防治理、煤与瓦斯共采及其资源利用,煤炭开发中的碳排放及其环境保护等关键技术问题。在此基础上,阐明了导致我国煤矿瓦斯赋存状况复杂、瓦斯灾害防治难度大、煤矿瓦斯开采效果差、利用率低、温室气体碳排放量大等原因,并对完善我国煤矿煤与瓦斯共采和煤系地层多气共采理论体系、技术方法和开发机制进行了论述。最后强调煤矿区瓦斯问题的解决,需要全面体现煤矿瓦斯防治、煤层气资源利用以及温室气体减排等多方面的综合效益。     

我国煤与瓦斯共采:理论、技术与工程

针对我国煤层低渗透、强吸附的特点,系统分析总结了我国煤与瓦斯共采基础理论与关键技术的研究现状与最新进展。在基础理论研究方面,着重阐释了采动力学及瓦斯增透理论的定量评价理论体系;在关键技术研究方面,重点介绍了卸压开采抽采瓦斯技术体系、全方位立体式抽采瓦斯技术体系、深部薄厚煤层瓦斯抽采技术体系的技术组成与最新科研进展。进一步指出了建立煤与瓦斯共采理论体系所面临的难题与挑战,展望了煤与瓦斯共采未来的发展方向。     

淮南矿区煤与瓦斯共采技术的创新与发展

淮南矿区具有低透气性、强吸附性、高瓦斯煤层群赋存特征,针对深部瓦斯灾害日趋严重情况下煤矿面临的安全与效益2大生存问题,通过采用卸压开采抽采瓦斯理论,攻关煤层顺层钻孔"一孔两消"和顶板高位钻孔"以孔代巷"技术,把传统的巷道加钻孔式抽采瓦斯方法优化为钻孔式抽采瓦斯方法,创新煤与瓦斯共采新模式。结果证明:新模式抽采瓦斯效果不仅满足安全生产需要,而且取消了顶、底抽巷,节省了穿层钻孔,降低瓦斯治理成本在30%以上。并针对更深部煤层全部升级为强突出煤层开采条件,引进石油工业侧钻水平井、分支水平井等地面钻井施工技术与工艺,提出地面钻井实现煤与瓦斯共采新方案。     

我国煤与瓦斯共采及钻井技术分析

煤与瓦斯共采就是将煤炭和赋存于煤层中的瓦斯都作为矿井的资源加以开采,实现两种资源的共同开采。该技术经过近10余年的研究,已逐渐丰富和完善起来。本文就煤与瓦斯共采和钻井技术两个方面对煤与瓦斯共采技术体系进行分析,同时介绍"一井三用"地面钻井新技术,对我国煤与瓦斯共采技术和理论研究具有积极意义。     

基于极薄保护层开采的深部煤层绿色开采综合技术

随着煤炭开采进入深部,煤与瓦斯突出对安全生产的危害更为严重。保护层开采是目前广泛使用地、最为行之有效的煤与瓦斯突出防治措施。本文提出了一种基于极薄保护层开采和煤矸石回填的深部煤与瓦斯共采的绿色煤炭开采综合技术,并将其应用于平煤股份十二矿,提高了煤层瓦斯抽采率,减少了温室气体排放;煤矸石回填不仅提高了煤炭质量,减轻了运输系统负担,降低了煤炭开采后地面沉降。     

煤与瓦斯共采需解决的关键理论问题与研究现状

 煤与瓦斯共采是为解决我国煤层瓦斯赋存的低压力、低渗透性和低饱和性等特点导致的开采难题而提出的新技术体系,其目的是实现煤炭与瓦斯双能源的共同开采。本文在介绍煤与瓦斯共采技术体系的基础上,分析了煤与瓦斯共采技术体系的核心问题,指出了实现煤与瓦斯共采需要解决的三大关键理论问题,并简要介绍了国内煤与瓦斯共采研究领域取得的主要成果,最后对煤与瓦斯共采技术体系的前景进行了展望。     

瓦斯治理理念和煤与瓦斯共采技术

基于煤炭在我国能源构成中的重要地位,介绍了当前煤炭工业安全生产情况和科学开采面临的困难,并具体针对低透气性高瓦斯煤层群安全高效开采技术难题,重点分析了淮南矿区先进的瓦斯治理理念和管理理念,阐述了无煤柱煤与瓦斯共采技术的产生背景、发展历程,并详细介绍了无煤柱煤与瓦斯共采理论及基于此的瓦斯治理技术工程实例。最后指出了深入研究的方向。     

晋城矿区煤与煤层气共采研究进展及急需研究的基本问题

晋城矿区是我国最大的无烟煤生产矿区,自投产以来,受制于矿井煤层高瓦斯含量,常规井下抽采难以满足矿井安全高效生产的需要。晋煤集团通过探索地面抽采技术、井下抽采技术和地面与井下联合抽采技术,形成了"采煤采气一体化"的立体抽采模式,称为"晋城模式",并在国内推广应用,取得了好的效果。基于晋城矿区实际,提出了煤与煤层气共采的基本概念,分析了煤与煤层气共采研究现状,介绍了"采煤采气一体化"的煤矿瓦斯治理模式、地面抽采关键技术和井下抽采关键技术,并提出了今后一段时间内的努力方向和急需研究的几个基本问题。     

基于涌出因子分析煤炭矿区甲烷利用及减排

为解析中国煤炭矿区甲烷区域涌出因子,采用原煤产量法,以我国煤炭矿区甲烷排放为例,建立"产量-涌出量模型"。研究我国各个类型矿井的甲烷涌出系数,并根据矿区甲烷在不同区域的分布情况,在分类涌出系数的基础上计算出区域涌出因子。将原煤产量分布与分类涌出系数做矩阵运算,得到我国煤矿甲烷的27个区域涌出因子,计算并预测区域甲烷涌出量。     

深部煤层气勘探开发进展与研究

我国煤层气资源主要分布于深部。鄂尔多斯、准噶尔等盆地部分煤层气井勘探成功表明深部煤层气资源在含气量、含气饱和度、储层压力及临界解吸压力等关键参数方面较浅部有利,开展深部煤层气研究及勘探是重要前瞻性课题。鄂尔多斯盆地东南缘延川南煤层气田的勘探,尤其是万宝山构造带延3井组的成功开发是我国深部煤层气开发获得突破的1个典型实例。一般来说,影响深部煤层气开发的因素较复杂,是一个系统工程,通常可以将这些因素划分为资源地质条件和开采技术条件两大类。延川南煤层气田开发的经验表明,影响深部煤层气井产能的主要因素是受地质条件控制的压裂技术与排采技术,提高深部煤层气单井产量的途径是做好富集高渗区选区评价和预测,加强以压裂为核心技术的工程工艺攻关研究及做好排采管理。     

我国转型煤矿井下空间资源开发利用新方向探讨

随着煤炭资源的长期开采、采矿技术的进步以及能源结构的调整,近年来越来越多的煤矿面临关闭或已关闭。目前针对废弃煤矿采取的主要措施是矿山环境恢复治理,以致遗留许多社会、经济和生态环境问题,且造成了矿区井上下资源的严重浪费。因此,如何科学、高效地解决煤矿关闭后的资源利用问题,实现矿山的成功转型利用,对煤炭工业乃至国民经济的发展具有重要战略意义。分析了转型煤矿资源类型,介绍了我国转型矿山开发利用现状,主要包括废弃工业广场建筑物、废弃土地(工业广场土地、沉陷区土地)的开发利用及建设矿山公园等。并指出国内废弃煤矿资源利用存在开发利用不充分、运行成本高等问题,特别是井下空间资源的开发利用率低。如井筒、巷道、硐室等井下空间资源,在封井后几乎全部浪费。因此,针对转型煤矿井下空间资源利用率低的问题,重点分析探讨了煤矿井下空间资源开发利用新方向,如利用煤矿井下空间资源储存石油、天然气,建设蓄能站以及地下城市等等,为我国关闭矿山的转型开发利用提供思路。     

中国煤中金属元素矿产资源研究现状与展望

煤中金属元素矿产资源的研究是煤地质学领域的关注热点和前沿方向,对于我国煤炭行业转型具有重要的战略意义。为了系统梳理我国煤中金属元素矿产资源现状,促进煤中金属元素矿产资源的综合调查利用,拓展传统煤炭地质行业的发展方向,在系统收集梳理相关地质资料、采样测试、综合研究的基础上,通过研讨总结提出了煤中金属元素矿产资源的概念,总结了我国煤中镓、锗、锂等主要金属元素矿产资源分布特征,并且从物源条件、沉积环境以及后期构造热演化等条件入手,分析了我国煤中镓、锗、锂资源的时空分布规律,受成煤期沉积背景、构造条件等限制,我国煤中锂、镓富集区主要分布在华北石炭—二叠纪和华南二叠纪两个成煤期,煤中锗主要分布在东北早白垩纪和滇西新近纪成煤期,含煤盆地物源和区域性断裂的控制使煤中锗、镓、锂金属元素呈区域性分布的特点,并结合当前煤中金属元素矿产资源前沿研究存在的问题,对我国煤中金属元素矿产资源的下一步研究方向进行了展望,提出要重点加强煤中金属元素测试技术和富集成矿机理的研究,对我国煤中金属元素矿产资源的综合开发利用具有指导意义。     

集成创新 设计世界煤炭第一矿

 摘 要 中国神华布尔台煤矿设计生产能力20.0Mt/a ,创井工矿设计生产能力世界纪录;同步设计入选四矿来煤的群矿型选煤厂31.0Mt/a,创群矿选煤厂设计生产能力世界纪录。该项目设计以优越的煤层赋存条件和良好的开采技术条件为基础,瞄准建设世界矿井领先水平的目标,集成国内外最先进的技术装备优势和生产管理经验,积极探索高科技、集约化、规模化矿井生产模式,创造了5项中国企业新纪录,该项目获得2008年度全国优秀工程咨询成果一等奖。该项目的实施,对于推动中国煤炭工业技术进步,引领煤炭工业规模经营、科学发展具有重要指导意义。     

千米深井保护层协同开采技术研究与应用

为了应对千米深井复杂煤层开采的严峻安全形势,实现千米深井绿色安全高效开采,平煤十二矿通过研究保护层协同开采技术,从3个层面实现了矿井安全高效绿色开采:通过岩石保护层开采进行卸压,提高被保护层瓦斯渗透性与抽放率,实现解放层安全开采;煤矸石井下筛分洗选,矸石不升井,直接经井下洗选系统洗选后回填到采空区,解决矸石地面排放造成的环境污染与破坏的问题;保护层开采的精煤得以回收,被保护层得以解放,抽采的瓦斯得以利用,实现了煤与瓦斯高效共采,提高矿井资源采出率,增加矿井服务年限。     

Technique of coal mining and gas extraction without coal pillar in multi-seam with low permeability

Aimed at the low mining efficiency in deep multi-seams because of high crustalstress,high gas content,low permeability,the compound three soft roof and the trouble-somesafety situation encountered in deep level coal exploitation,proposed a new idea ofgob-side retaining without a coal-pillar and Y-style ventilation in the first-mined key pressure-relieved coal seam and a new method of coal mining and gas extraction.The followingwere discovered:the dynamic evolution law of the crannies in the roof is infl...