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。     

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。     

近距离保护层防治煤与瓦斯突出专项技术研究

煤与瓦斯突出灾害是高瓦斯突出煤层在开拓开采过程中最易发生的事故之一,该文从中峪煤矿近距离煤层群瓦斯赋存状态入手,提出不同区域煤与瓦斯突出防治的区域和局部防突措施,为新建煤矿开拓开采设计提供重要参考依据。     

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。     

刊首语

我国是世界上最大的煤炭生产国,煤炭开采条件最为复杂,高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井约占三分之一.煤矿瓦斯防治工作作为民生工程、生命工程,任务十分艰巨. "十一五"期间,煤矿瓦斯防治工作取得了重大进展,但与先进产煤国相比,我国瓦斯事故总量仍然很高,重特大瓦斯事故没有得到有效遏制.随着矿井开采强度增大、采掘深度增加,瓦斯防治难度增大,瓦斯防治形势依然严峻.做好煤矿瓦斯防治工作,是深入贯彻落实科学发展观的必然要求,是保障煤矿安全、增加清洁能源供应、促进节能减排、保护生态环境的重要举措.     

我国煤矿瓦斯防治技术的研究进展及发展方向

在我国一次性能源消费中煤炭一直占主导地位,瓦斯作为煤炭开采过程中的伴生产物,一直是威胁矿井安全生产的主要灾害之一,并且随着煤层开采条件的变化和开采工艺的变革,瓦斯灾害的防治难度不断增大。基于此,着重从瓦斯预测技术、瓦斯抽采利用技术、煤与瓦斯突出防治技术、瓦斯煤尘爆炸防治技术和瓦斯预警与监测监控技术等方面介绍了瓦斯防治技术的最新进展情况,针对现有瓦斯防治技术存在的问题提出了未来瓦斯防治技术的发展设想。     

保护层卸压瓦斯抽采及涌出规律研究

随着我国煤矿开采深度的增加,煤与瓦斯突出矿井和变出煤层的数量不断增加,利用保护层开采过程中的被保护层的卸压作用对卸压瓦斯进行强化抽采,使被保护层由高瓦斯突出危险煤层变为低瓦斯无突出危险煤层,从而实现煤与瓦斯资源的安全高效共采．系统介绍了基于分源原理的回采工作面瓦斯涌出预测方法,保护层开采及卸压瓦斯强化抽采技术的发展和工程应用．结合淮南潘一矿下保护层和谢一矿上保护层开采及卸压瓦斯强化抽采实例,将保护层工作面瓦斯涌出量预测结果与保护层工作面瓦斯涌出量实测结果进行了对比分析．研究结果表明,由于保护层开采的卸压作用,使被保护层卸压瓦斯抽采率远大于被保护层卸压瓦斯的自然排放率,导致保护层工作面瓦斯涌出量预测结果小于实际瓦斯涌出量．     

煤与瓦斯突出防治措施研究现状综述

随着我国煤炭开采深度的增加和矿井地质条件的复杂化,煤与瓦斯等动力灾害的发生越来越频繁。立足于我国煤矿开采具体条件,研究煤与瓦斯突出的预兆、机理、防治措施,显得愈来愈重要。从矿井煤与瓦斯突出发生机理入手,进而引出煤与瓦斯突出防治措施:区域性防突措施和局部防突措施,并对煤矿具体防突措施进行综述,强调了局部综合防突措施实施的重要性。     

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。     

厚煤层煤与瓦斯共采的关键问题

瓦斯是煤炭伴生的清洁能源,同时也是煤矿重大灾害的隐患.瓦斯单独开采的价值远远低于煤炭本身.但是作为煤炭伴生能源进行开采既可提高矿井开采效益,又可一定程度上消除其灾害隐患.根据我国煤层透气性低、埋深大等特点,利用采动卸压场与裂隙场实现煤与瓦斯共同开采是我国瓦斯能源开采的正确模式,进一步研究采动裂隙场的解吸性、透气性、瓦斯与裂隙场的耦合作用关系、提高瓦斯抽放浓度与完善低浓度瓦斯的利用技术等是实现瓦斯开采和利用的关键问题.     

六盘水煤田上二叠统煤系气成藏特征及共探共采方向

六盘水煤田上二叠统含煤地层中煤层、页岩、砂岩叠置频繁,统筹勘探不同储层中的天然气有助于减少资源浪费,提高开发效益。通过对煤系气储层岩相、厚度、源岩地化、储层物性及空间赋存规律的研究,分析了六盘水煤田煤层气、煤系页岩气和煤系致密气成藏潜力,讨论了煤系气的空间叠置关系和勘探前景。结果显示:区内晚二叠世煤层煤种齐全,厚度较大,变质程度普遍偏高,含气显示优越;页岩和砂岩累计厚度大,有机地球化学和储集物性参数良好;不同岩性的区域和层位分布差异较大,组合类型多样,空间配置关系有利于发育垂向多套天然气藏。煤系页岩气最有利勘探层位为龙潭组下段,煤层气和煤系致密气最有利层位为汪家寨组和龙潭组上段;以此为基础,总结提炼出"源储一体型"独立煤系页岩气藏、"源储紧邻型"煤系"三气"组合气藏、"下生上储型"煤系"两气"组合气藏共3种气藏类型。初步认为晴隆向斜深部为煤系页岩气优先勘探区,青山向斜深部适合煤层气和煤系页岩气共探共采,盘关向斜和格目底向斜深部适合煤层气和煤系致密砂岩气共探共采。     

煤矿瓦斯治理"先抽后采"的实践与作用

分析了“先抽后采”概念的内涵及对煤矿瓦斯治理的作用,在研究煤矿煤层瓦斯赋存特点的基础上,综合分析了煤矿瓦斯抽采方法,结合煤矿瓦斯治理的实例和煤矿重特大瓦斯事故案例,对我国煤矿瓦斯治理提出了以下建议,即在有条件的情况下尽可能优先采用区域性瓦斯治理方法,强突出危险煤层和超大井型高瓦斯矿井必须采用区域性瓦斯治理方法．     

不同煤体结构组合的煤与瓦斯突出临界瓦斯压力

基于能量理论,分析了瓦斯突出瞬间能量的变化,构建了包括煤岩弹性能、瓦斯膨胀能在内的煤与瓦斯突出的正效应数理模型及煤岩抵抗瓦斯突出能量的负效应模型。根据煤岩应力应变试验,拟合得出了煤岩不同变形阶段力与变形量之间的关系,结合正、负效应耦合模型,计算出了寺河矿不同煤体结构组合下煤与瓦斯突出发生的临界瓦斯压力值。结果表明：在其他条件相似的情况下,随着软煤比例的增加,临界瓦斯压力值呈指数减小,煤与瓦斯突出的可能性大幅增加。利用该方法可以对煤与瓦斯突出临界值进行快速判断,从而采取有效措施。     

低透气性煤层瓦斯预抽技术的探讨与实践

红阳三矿煤层埋藏深、变质程度高、瓦斯吸附性强,造成煤层透气性低,在采取开钻场先抽后采措施中,预抽时间长、提前掘送巷道增加维护工作量。针对此,提出了在工作面动压影响带采取中深孔抽放瓦斯工艺。在北一1211工作面可行性试验,结果表明,在工作面日产原煤5000t的情况下,回风流最大瓦斯浓度0.8%,一般介于0.5%～0.6%,效果显著。     

利民煤矿防治煤与瓦斯突出设计要点

涟邵煤田利民煤矿根据矿井瓦斯突出特点,结合原开拓开采系统,确定弱突区先行开采、由中部向井田两侧开采的开拓布局。采用底板瓦斯抽放巷结合其它辅助方法解决掘、采过程中煤与瓦斯突出问题,有效地控制了煤与瓦斯突出事故发生,促使矿井顺利恢复生产。     

贵州典型煤与瓦斯突出事故原因初步分析及对策

在了解贵州煤矿区煤与瓦斯突出典型特征基础上,对2012年以来发生的5起煤与瓦斯突出事故特点和原因进行分析,指出了突出事故频发的客观原因和组织管理原因,并提出了针对性的防范措施,为提高矿井安全管理水平奠定了基础。     

煤与瓦斯突出的影响因素及其预防措施

根据煤矿煤与瓦斯突出的机理和突出的一般规律,提出预防和控制煤与瓦斯突出的技术措施,对保证煤矿正常的安全生产起到了一定的参考作用。     

薄煤层保护层无煤柱煤与瓦斯共采技术研究

针对沙曲矿北翼高瓦斯近距离煤层群安全高效开采的问题,运用理论分析和现场实测相结合的方法,分析了薄煤层上保护层开采的覆岩裂隙分布与演化、卸压机理及采空区瓦斯运移积聚规律,并结合北翼2#薄煤层22201首采保护层工作面的实际情况,介绍了2#薄煤层上保护层无煤柱巷旁充填技术,确定了留巷墙体埋管瓦斯抽采技术参数。现场试验结果表明,采用2#薄煤层上保护层无煤柱煤与瓦斯共采技术,实现了下邻近高瓦斯煤层群的全面卸压,形成了工作面Y型通风系统,大大减少采空区瓦斯涌入工作面,有利于高瓦斯突出危险性煤层群的安全高效回采。     

煤与瓦斯突出机理研究现状

该文简要回顾了煤与瓦斯突出历史,分析了煤与瓦斯突出的动力现象及特征、我国煤矿生产过程中煤与瓦斯突出的特点;阐明了国内外学者对煤与瓦斯突出研究而提出的各种假说。     

煤与瓦斯突出电磁辐射预警技术及应用

针对目前煤与瓦斯突出危险预警在预警实时性、准确性和便捷性方面的需求,分析了煤岩破坏电磁辐射特征、规律及煤与瓦斯突出过程电磁辐射、常规预警指标变化规律及其相关性,开发了煤与瓦斯突出电磁辐射预警装备及软件,建立了煤与瓦斯突出电磁辐射预警准则,实现了煤与瓦斯突出演化过程电磁辐射的自动分析及预警。研究结果表明:电磁辐射指标与常规预警指标具有较高的正相关性,可以反映煤与瓦斯突出危险性,现场煤与瓦斯突出预警应用结果表明,电磁辐射预警技术具有较高的准确性,可以超前13 m或提前2天预警到突出危险。