《不同赋存深度煤岩采动力学行为及深部煤层瓦斯高效抽采关键技术》

1.主要技术内容:

煤炭在中国能源结构中占比60%以上,未来中国能源的主体依旧是煤炭,然而浅部资源已经逐步枯竭,深部开采将成为未来中国煤炭资源开采的主旋律,在深部开采环境下,所面临的挑战是前所未有的,严重威胁着资源开采的安全性。由浅部进入深部后,地质构造变得复杂、自重应力增大,煤岩内积聚大量的能量,非突矿井向突出矿井转变,使得深部煤岩的破坏更具冲击性和突然性。平顶山矿区开采深度向深部不断延伸,开采深度逐年增加,深部特征灾害日益突出,极具代表性。该项目在平顶山矿区开展了针对不同赋存深度对岩石物理力学性质的影响研究,以深部低透气性突出煤层安全高效开采为目标,围绕采动裂隙的获取与增透效果定量表征开展系统研究:提出反映赋存深度影响的“双因素”岩石力学试验法,集成多种测试手段,定量分析不同赋存深度煤岩基本力学特性及其差异性规律,揭示不同赋存深度煤岩采动力学行为和采动破坏裂隙网络空间分布特征;构建考虑赋存深度影响的煤岩损伤本构模型,阐明模型参数的物理意义及其随深度的演化规律,揭示考虑赋存深度影响的煤岩破坏机理;发展基于平板流体模型的深部采动煤岩体增透率理论与计算方法,创新性集成采动裂隙“分维-连通率-增透率”三位一体的定量表征方法,建立增透效果评价体系。为不同赋存深度煤岩采动力学行为及深部煤层瓦斯高效抽采关键技术提供了重要理论支撑,丰富了中国深部采矿学的基础理论水平。

2.专利及论文情况:

该项目共获得国家发明专利7项,实用新型专利1项,软件著作权1项,发表SCI、中文核心论文8篇。

3.技术经济指标:

提出千米深级巷道区域全方位立体矿压监测的工程采动监测方法,构建了矿压立体监测-覆岩离层位移监测体系,揭示了千米级矿井全区域立体矿压显现规律;构建“采动影响范围主控区段-强化抽采区段-强化预抽采区段”三位一体的千米深级煤层瓦斯高效抽采关键技术,开发了包括钻进、爆破、监测、抽采的成套技术装备。

4.应用推广及效益情况:该项目来源于平顶山矿区乃至全国煤矿安全生产的重大科技需求,直接服务于煤矿安全生产。项目推广应用于中国平煤神马能源化工集团有限责任公司八矿、十矿、十二矿和平宝公司等突出矿井,提高了矿井瓦斯灾害防治的技术水平,保障了煤矿的安全生产,提高了单产、单进水平,增加了原煤产量和瓦斯抽采量,减少了瓦斯抽采钻孔,降低了吨煤成本。累计创综合经济效益达7989.19万元,增强了煤与瓦斯突出矿井的安全基础,经济、社会效益显著。研究成果可为平顶山矿区乃至全国的深部突出矿井安全高效生产提供技术指导,具有良好的推广前景。

成果说明

随着我国煤炭资源逐渐走向深部,深部不同深度煤层的力学性质和瓦斯赋存条件还未可知,煤层通常兼具极高的煤与瓦斯突出风险和极低的瓦斯渗透能力,煤与瓦斯共采实践面临棘手的工程技术难题,瓦斯灾害事故频发,极大的影响了煤炭资源安全高效采出,也对我国能源安全和经济社会可持续发展构成严重威胁。本项目以不同深度煤岩的采动力学性质和突出煤层瓦斯治理为背景,从理论分析到工程应用,建立了一整套完整采动力学行为分析理论和突出煤层瓦斯治理关键技术体系,项目技术成果指导中国平煤神马能源化工集团有限责任公司多个深部煤矿的力学行为的分析和

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