煤层瓦斯安全高效抽采关键技术体系及工程应用 - 科学技术研究院.doc

附件 国家科学技术进步奖推荐项目简介 一、基本情况 项目名称：煤层瓦斯安全高效抽采关键技术体系及工程应用 主要完成人：、、、、刘应科、贺志宏、夏同强 主要完成单位：中国矿业大学、河南理工大学、平安煤矿瓦斯治理国家工程研究中心有限责任公司、淮南矿业（集团）有限责任公司、西山煤电（集团）有限责任公司 申报奖励等级：2016年度国家。 煤炭是中国的主体能源和重要的工业原料，长期以来，煤炭在我国一次能源消费结构中的比重一直在60%以上。但是我国煤炭资源赋存条件差，煤矿井下灾害严重，瓦斯灾害是煤矿事故第一威胁，一旦发生瓦斯事故，常为群死群伤的重特大事故，人员伤亡及经济损失极为惨重，社会影响巨大。国家煤矿安全监察局为治理煤矿瓦斯事故，提出必须先抽后采。该项目针对煤矿井下瓦斯抽采存在工程设计依赖经验、产出投入比低、钻孔“钻不深、留不住、封不严”、抽采管网“易堵塞、联不畅、能耗高”等一系列重大工程难题，首次定义了瓦斯抽采效率准则和安全准则，发展了研发了建立了瓦斯抽采系统多目标优化理论模型，构建了瓦斯抽采智能调控系统和标准化联管系统， 该项目研究成果创新性强，为攻克煤层安全高效抽采这一世界难题提供了基础理论、技术体系和工程示范，研究成果已在一百多座煤矿成功应用，相关技术产品得到多家科技企业产业化推广，取得显著的经济与社会效益。 2016年 三、项目简介 瓦斯是煤矿安全生产的首要灾害，也是丰富的清洁能源。井下瓦斯抽采是灾害治理和资源化利用的根本措施。我国煤层瓦斯含量大、压力高，但煤层透气性极低，煤质松软，导致瓦斯抽采效率低，并且瓦斯抽采失当会诱发自燃煤层燃爆事故，因此亟需开展瓦斯安全高效抽采关键技术的攻关研究。 井下瓦斯抽采工程主要包括方案设计、打钻成孔、孔口密封和联网抽采四个环节，但长期以来一直存在工程设计依赖经验、产出投入比低、钻孔“钻不深、留不住、封不严”、抽采管网“易堵塞、联不畅、能耗高”等重大共性难题。为此，本项目从瓦斯流动与致灾机理、钻护封联一体化技术、成套装备及工程示范等方面开展了系统深入的研究，创新成果如下： （1）首次定义了瓦斯抽采效率准则和安全准则，考虑实际煤层瓦斯抽采漏风引起的煤自热效应，发展了煤体应力场、裂隙场、瓦斯-空气混流场和能量传输场的多场耦合模型，定量揭示了煤（岩）裂隙场中瓦斯与煤自燃耦合致灾机制，开发了瓦斯抽采工程设计方案优选计算软件，实现了瓦斯抽采效率、安全度和达标时间的定量计算与评价，从根本上改变了瓦斯抽采工程设计依赖经验的局面。 （2）提出了双动力排渣和涡流松透钻进技术，开发了系列高效排渣钻杆；发明了护孔管与钻杆协同钻进-护孔方法，研发了钻进时依靠磁吸闭合、通管时借助护管推力弹开的牙片式钻头，设计了杆内无变径、不卡管的内衬导向管式通管钻杆和匹配瓦斯流量的阶梯式护孔管，大幅延长了软煤钻进深度，增加了钻孔瓦斯抽采流量。 （3）发现了钻孔孔外裂隙漏气是瓦斯抽采浓度快速衰减的根本原因，为此研发了高压注浆密封钻孔近孔漏气裂隙和固相颗粒体密封远孔漏气裂隙技术，开发了系列高压注浆封孔装置和粉料颗粒输送装置，研制了封堵裂隙的微细膨胀粉料，实现了孔内空间和孔外漏气裂隙的区域性密封，提升了钻孔密封质量，大幅提高了瓦斯抽采浓度。 （4）以瓦斯抽采流量、浓度和能效比为约束条件，建立了瓦斯抽采管网的多目标约束优化模型，确定了最低能耗工况下管网的最优布局；发明了联管标准件，消除了建设过程中漏气和堵管隐患；建立了抽采管网运行期间的负压动态调配系统。从布局-建设-运行系统降低了管网能耗，提升了抽采效率。 该项目已获授权国家发明专利25件，软件著作权2项，发表学术论文23篇，其中被SCI检索收录14篇。获省部级科技进步一等奖3项。制定企业技术标准1项。 研究成果已在安徽、山西、贵州、宁夏、河北等省区上百座煤矿推广应用，大幅度缩短了抽采达标时间，缓解了矿井采、掘、抽比例失调的局面，显著降低了瓦斯超限次数，有力保障了安全生产；增大了可利用瓦斯资源量，促进了节能减排。 四、客观评价 （1）中国煤炭工业协会等单位组织专家对项目的关键技术成果鉴定认为：松软煤层瓦斯抽采钻进关键技术和瓦斯抽采钻孔区域裂隙密封技术达到国际领先水平，瓦斯抽采封孔及联孔技术达到国际先进水平。 （2）瓦斯安全高效抽采理论成果受到国内外同行的广泛关注，成果（《煤炭学报》2013年第38卷）入选2014年度“中国精品科技期刊顶尖学术论文”；所建立的煤层瓦斯抽采工程设计多场耦合模型，考虑了瓦斯抽采漏风引起的煤自燃升温热效应，被德国宇航中心遥感数据中心首席专家Kuenzer Claudia教授（《Int J Coal Geol》2014年第133卷）评价为迄今为止最有效预测煤自燃方法。 （3）2015年固相颗粒封堵远孔裂隙技术被国家安全生产监督管理总局评价为 “安全科技攻关主要突破项目