国家科技计划矿井瓦斯防治技术成果_中国煤炭行业知识服务平台

国家科技计划矿井瓦斯防治技术成果

来源：《煤炭科学技术》2020年第10期

煤矿瓦斯不仅具有燃烧、爆炸危险性，且具有煤与瓦斯突出危险性，瓦斯事故是影响煤矿安全生产的“第一杀手”。2019年，我国煤矿共发生27起瓦斯事故，死亡118人，占全国煤矿总事故死亡人数的37.3%，居各类煤矿事故死亡人数之首。因此，加强矿井瓦斯防治尤其重要。

近年来，随着煤炭资源的大规模开发，煤矿开采强度和深度越来越大，地应力、瓦斯压力、瓦斯含量等越来越高，煤与瓦斯突出危险性日趋严重且复杂。深部开采工作面的瓦斯超限、动力现象显现、煤与瓦斯突出等现象愈加频繁，成为制约矿井安全高效生产的主要因素。

为解决煤矿瓦斯防治方面存在的突出问题，近年来，国家科技部、国家基金委等针对瓦斯防治与利用设立了多项科研项目，各科研院所、企业也进行了大量技术攻关，在煤层瓦斯赋存、煤层增透及瓦斯高效抽采、煤与瓦斯突出监测预警及防治理论与技术，以及瓦斯利用等方面取得了丰硕成果。

《煤炭科学技术》作为全国煤炭行业重要的科技窗口和学术交流平台，一直积极跟踪报道国内外煤矿瓦斯治理与利用成果。为促进煤矿安全生产形势稳步好转，本刊组织策划了“国家科技计划矿井瓦斯防治技术成果专题”，共收到国家科技计划项目资助成果论文80余篇，限于篇幅，本期刊登论文12篇。专题内容涉及煤层瓦斯地质、瓦斯抽采、瓦斯爆炸防治、煤与瓦斯突出防治及瓦斯开发利用等领域。衷心感谢各位专家学者为专题撰稿;特别感谢中国矿业大学、西安科技大学、河南理工大学、黑龙江科技大学、辽宁工程技术大学、贵州大学、中煤科工集团重庆研究院有限公司、中煤科工集团西安研究院有限公司等单位在专题出版过程中给予的大力支持!

行业视野: 煤层气
类别; 54个
关键词; 51位
专家; 12篇
论文; 6608IP
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超临界CO2作用下CO2渗流特性与煤层增透效果研究

作者(Author)：吴迪, 王翰阳, 苗丰, 翟文博, 刘雪莹

摘要：为了研究超临界CO2对煤层的增透效果，利用自主研发的吸附渗流试验装置开展考虑注入压力和温度影响的煤层中超临界CO2渗流、吸附试验研究，对比试验前后煤样纵波波速变化以及渗透率变化，分析超临界CO2对煤样的增透效果。试验结果表明：煤样所受体积应力为36 MPa时，渗透率随着温度的升高而降低，随孔隙压力的升高而增大，注入超临界CO2比注入CO2后的煤样渗透率平均增长93%。利用修正后的D-R模型对吸附数据进行拟合，发现煤样对超临界CO2的过剩吸附量最大值出现在8MPa左右，之后随着吸附压力的升高而减小，温度每升高10℃，吸附量平均下8.3%。当CO2未达到超临界状态时，煤样中的CO2过剩吸附量和绝对吸附量数值相近且变化趋势一致。当CO2达到超临界状态时，绝对吸附量随着压力的升高而增加，绝对吸附量和过剩吸附量两者差值随温度的升高而增大。超临界CO2作用后纵波在煤样中的传播速度明显变小，煤样渗透率平均提高了53.34%。超临界CO2能有效促进煤样内部的孔裂隙发育，对煤层具有明显的增透效果，在35℃时增透效果最好。

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煤炭科学技术

2020年第10期

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超高压水力割缝煤层增透成套装置研制及应用

作者(Author)：张永将, 陆占金

摘要：现有割缝（扩孔）装置对于中硬或坚硬煤层割缝效率低，配套安全防护措施相对较少，未能实现远程操控割缝作业。为了解决中硬或坚硬煤层安全、高效割缝增透难题，亟需研制更高压力的割缝成套装置。在综合考虑设备效率、割缝深度及割缝排渣所需流量的基础上，研制了高压清水泵；通过分析钻孔流场分布规律，依据水射流理论，研制了高低压转换割缝器；依据钻孔排渣原理，采用整体加工工艺，研制了浅螺旋整体钻杆；依据窄缝黏性流体流动理论，采用间隙密封设计，研制了超高压旋转水尾；基于煤矿井下巷道条件的多变性，根据高压清水泵的额定压力、额定流量确定了溢流阀的设计要求，研制了高压远程操作台；综合分析耐压性及远距离割缝作业沿程阻力损失，研制了超高压液压软管。通过关键部件的研制，成功研制了ZGF-100(A)型超高压水力割缝装置，成套装置工作压力达100MPa，具备钻割一体化功能，可实现100m以上远程操控，并配套研制了安全防护装置，形成了超高压水力传输的安全防护系统，同时，对成套装置空载运行、工作压力、工作流量、密封性能、耐压性能等8项内容进行了安全检测，检测内容均符合国家相关检测要求。现场应用结果表明：采用超高压水力割缝装置对煤层进行卸压增透，穿层钻孔割缝平均单刀出煤量0.85t，割缝半径1.78～2.18m，可提高钻孔瓦斯抽采纯量2.0倍以上，缩短抽采达标时间50%以上；顺层钻孔在钻孔工程量减少47%条件下，单孔抽采纯量提高2.0～2.5倍，缩短掘进循环施工周期60%以上，说明该方法割缝效率高，割缝后煤层卸压增透效果显著。

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2020年第10期

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低温液氮作用下煤体瓦斯吸附特性试验研究

作者(Author)：秦雷, 林海飞, 兰世瑞, 赵鹏翔, 严敏

摘要：液氮致裂煤层增透技术具有良好的发展前景，而针对低温液氮作用下煤体瓦斯吸附特性研究目前尚不完善，大部分研究处于初步研究阶段；为了对液氮冻融作用及试验初始温度作用下的煤体瓦斯吸附特性变化规律及变化趋势进行研究，选取新疆硫磺沟煤矿煤样作为研究对象，利用PCTPro高压气体吸附仪对试验煤样在不同液氮冻融时间(0、30、60、90、120min)及不同试验初始温度(30、40、50、60、70℃)条件下的吸附特性进行了研究，得出了不同液氮冻融时间及不同试验初始温度条件下煤体瓦斯吸附量、吸附增量及煤体瓦斯饱和吸附量的变化，并根据试验结果选取了3种吸附理论模型对试验结果进行拟合，分析拟合效果对吸附理论进行优选。归纳煤体在2个变量影响下吸附特性的变化。研究结果表明：煤体瓦斯吸附量随液氮冻融时间增加而逐渐增大、随试验初始温度增大而逐渐减小；煤体瓦斯饱和吸附量随液氮冻融时间增加呈上升趋势、随试验初始温度增加呈下降趋势。在2个变量条件下进行不同理论模型拟合，结果表明Langmuir理论模型拟合效果最好，其拟合度最高，误差范围小；2个变量影响条件下，Langmuir理论模型中吸附常数b无明显规律，其影响因素包含多种，而吸附常数a随液氮冻融时间增加逐渐增大、随试验初始温度增加逐渐减小。

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基于水合物分离法提纯高浓度CO2瓦斯的相平衡研究

作者(Author)：张保勇, 于洋, 吴强, 刘传海

摘要：高浓度CO2瓦斯水合物相平衡的确定是基于瓦斯水合物分离法的瓦斯抽采利用关键问题。利用可视化瓦斯水合物相平衡装置，结合恒容温度搜索法和观察法，首先测定了不同温度、压力下3种高浓度CO2瓦斯气样的相平衡条件，在试验基础上提出了高浓度CO2瓦斯水合物相平衡温度与压力关系式，此外，对比分析了高浓度CO2瓦斯气样与纯CO2、纯CH4气样水合物相平衡的差异。结果表明：高浓度CO2瓦斯水合物形成条件较温和，0.44℃下相平衡压力最低，为1.58MPa；高浓度CO2瓦斯水合物相平衡温度与压力呈二项式关系；高浓度CO2瓦斯水合物相平衡曲线位于纯CH4和纯CO2水合物相平衡曲线之间，且更为接近纯CO2相平衡曲线；较低温度、压力(0.44～4.94℃，1.58～2.80MPa)下，气样中CO2浓度上升能降低高浓度CO2瓦斯水合物相平衡压力，改善其相平衡条件，而较高温度、压力(4.94～7.80℃，2.80～4.02MPa)下，气样中CO2浓度变化对水合物相平衡条件影响较小；高浓度CO2瓦斯水合物相平衡温度与压力关系式得到的压力计算值与实测值之间差值较小，平均相对误差为2.33%，能较准确地预测高浓度CO2瓦斯水合物相平衡条件。高浓度CO2瓦斯相平衡测定结果可为瓦斯水合分离技术中温度和压力选取，基于水合物分离法的CO2捕集与封存技术提供试验参考和理论基础。

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