《煤与瓦斯突出区域防控理论及新技术》

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瓦斯是煤矿第一杀手,煤与瓦斯突出(以下简称突出)和瓦斯爆炸是瓦斯事故的两种主要形式,其中中国突出事故死亡人数约占煤矿瓦斯事故的35-45%。发达国家普遍暂缓开发突出矿井。随着开采深度和开采强度的增加,中国突出矿井数近十年增加了5倍,达1218对,防治突出是难以绕越的坎。突出的区域防控是指在采掘前对将要开采区域通过危险性预测、消除危险性工程措施等手段,避免采掘生产直接面对突出事故的威胁。已广泛应用的开采卸压保护层、先抽瓦斯后采煤等措施是区域防控的主要途径,但60%以上突出煤层不具备开采卸压保护层条件或应用成本很高,且缺乏区域防控的预测预警手段,为此必须研发新的区域防控技术。该项目在6个国家项目支持下,历经10年,从研究突出机理出发,建立了突出力学模型,形成了用于区域突出危险性预测、卸压增渗提高抽采瓦斯效果、突出危险性监测预警等区域防控新技术,取得如下重大创新成果:1、针对突出机理不清、预测预警指标及判识准则缺乏理论指导的难题,提出了煤与瓦斯突出的力学作用机制,建立了诱发突出的定量化能量分析方法,确定了诱发突出的主因及突出危险性判识准则,实现了突出机理由定性向定量化的突破,有效指导了区域防控技术的研发。2、针对预测区域突出危险性核心指标瓦斯含量“测不准、测不深、测不快”的难题,发明了煤层瓦斯含量井下直接快速测定技术及装备,满足区域超前防控和全覆盖要求,孔深达120m,测定时间<8h,误差<7%,达到国际领先水平。3、针对水力压裂不适用于软煤的普遍认识以及软煤缺乏有效卸压增渗技术手段的难题,突破水力压裂脆性致裂的局限,提出了软煤微缝网循环延展塑性固化的致裂机理,研发了中压水力压裂工艺和装备,实现了单孔径向80-100m区域卸压与增渗,透气性系数提高10-26倍,瓦斯抽采效果平均提高3倍以上,达到国际先进水平,为采前区域高效抽采瓦斯预防突出提供了手段。4、针对引发突出因素众多、控制环节复杂,已有单一手段难以准确、及时、全面发现隐患的难题,发明了全过程监测的突出预警方法,创建了多元信息融合的预警指标体系和逐级判识模型,研发了信息自动采集硬件和模块化预警系统,实现了隐患在线监测、智能判识和应急联动控制,预警总准确率85%以上,达到国际领先水平。成果获省部级一等奖5项、国家专利优秀奖1项;制定国家标准1项、行业强制性标准3项;授权发明专利27项、软件著作权12项;专著1部、SCI及EI检索论文21篇;注册商标2项,名优产品1项。在800多对矿井应用,技术销售收入6.4亿元(近3年3.7亿元),为出具证明的应用单位节支24.5亿元。成果为中国向区域“四位一体”为主的防突技术体系重大转变奠定了基础,有效支撑了《煤矿安全规程》、《防治煤与瓦斯突出规定》和《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》等政策法规的制修订,为瓦斯事故大幅下降做出了重大贡献。

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