高瓦斯低透气性煤层卸压增透技术基础研究

本项目针对目前煤矿瓦斯治理过程中存在的世界性技术难题-高瓦斯低透气性松软煤层开采过程中的瓦斯治理，以时空交叉为主要方式，采用点线面、钻孔周围卸压瓦斯流动过程中的宏观与微观现象相结合、定性与定量相结合、穿层钻孔与顺层钻孔相结合的原则，探索卸压增透过程中裂隙场及瓦斯流动场的耦合作用机制，建立高瓦斯低透气性松软煤层抽采时空演化模型；以穿层钻孔和顺层钻孔进行"钻""割""抽"三位一体为技术原理和手段，实现高瓦斯低透气性松软煤层区域卸压增透和瓦斯流动场的可控，以提高高瓦斯低透气性松软煤层瓦斯抽采效率，实现高瓦斯低透气性松软煤层的安全开采。通过研究，形成2-3项国家专利，发表学术论文3-5篇，培养研究生2-3名。

我国煤层赋存条件复杂，瓦斯含量普遍较高，高瓦斯低透气性煤层分布广泛，瓦斯灾害事故时有发生并成为矿井安全的主要威胁。由于高瓦斯低透气性煤层具有煤层透气性差、瓦斯抽采难的特点，严重制约了矿井高效集约化开采和经济效益，因此，高瓦斯低透气性煤层的增透和瓦斯高效抽采具有重要现实意义。本项目通过分析煤体孔隙结构特征，建立了单通道瓦斯流动模型，研究分析了煤层缝槽卸压、孔群割缝卸压及双动力钻进卸压特征和应力演化规律模拟分析了割缝煤体的透气性变化规律，建立高瓦斯低透气性煤层抽采时空演化模型，为结合钻孔的煤层缝槽卸压合理参数和工艺的选择提供科学依据；通过与机械钻进技术结合和关键装置的开发设计，研发了 “钻割”一体化技术和煤层“钻割抽”三位一体卸压增透瓦斯抽采术，并开展了现场工业性试验研究，现场试验效果显著，大大改善了煤层的透气性。理论和实验室研究表明，煤层割缝卸压效果显著，能够扩大钻孔卸压范围，打破钻孔周围瓶颈效应，割缝网络化和双动力钻进都是煤层卸压增透的有效方法。现场试验研究发现，割缝卸压钻孔单孔瓦斯抽采量可提高3-10倍，瓦斯抽采率达60%以上；割缝网络化增透后，煤层透气性提高100倍以上，瓦斯抽采钻孔数减少30-60%，显著提高了钻孔的抽采能力，明显缩减了钻孔瓦斯抽采和安全投入成本，消除了煤层突出危险性，为矿区瓦斯资源化利用和减少温室气体排放做出了重要贡献。项目培养博士研究生5名，硕士研究生12名，发表学术论文50多篇，其中SCI检索3篇，EI检索21篇，ISTP检索4篇，申请专利13项，其中已授权6项，项目研究成果获省部级一等奖3项，省部级二等奖1项。