“国家科技重大专项煤矿区煤层气开发成果”专题（2022）

专题来自于《煤炭科学技术》2022年第12期，共9篇研究成果。专题综述类文章报道了我国煤矿区煤层气与煤炭协调开发基础理论与机制模式，以及山西矿区、两淮矿区等不同条件下煤层气开发利用的技术体系等研究进展；关键技术与示范工程应用类文章报道了我国煤矿区煤层气抽采技术与方法、钻进技术与装备、增渗技术与应用等研究成果，全面呈现了我国煤矿区煤层气抽采利用的技术现状、装备水平与应用成效。

行业视野: 煤层气
类别; 49个
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专家; 13篇
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《煤炭科学技术》2022年第12期封面

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煤炭科学技术

2022年第12期

507

538
《煤炭科学技术》2022年第12期目次

作者(Author)：《煤炭科学技术》

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煤炭科学技术

2022年第12期

331

254
《煤炭科学技术》2022年第12期编者按

摘要：　　煤层气是重要的清洁能源。据统计，我国煤层气地质资源量达 36.8 万亿 m3 ，其中煤矿区煤层气(又称煤矿瓦斯)资源量超过 16 万亿 m3 。煤矿区煤炭开采与煤层气抽采密切相关、相互影响，实现煤矿煤层气与煤炭协调开发、煤炭和煤层气两种能源资源共采，对提高煤矿区煤层气资源化开发利用水平、减少温室气体排放和防治煤矿瓦斯灾害具有重要意义。　　　　煤层气与煤炭协调开发的关键在于协调煤炭开采与煤层气开发的时空关系，并通过关键核心技术突破提高煤层气抽采量、抽采率和利用量、利用率。2008 年以来，国家设立“大型油气田及煤层气开发”国家科技重大专项，连续 3 个五年支持煤矿区煤层气开发利用技术装备研发。煤矿区煤层气开发利用由“瓦斯抽排”“煤层气抽采”“地面井下结合”逐渐发展到“煤与瓦斯共采”“采煤采气一体化”，并形成“煤矿区煤层气与煤炭协调开发”的重大理论和技术突破。截至 2020 年，煤矿区煤层气井下抽采量稳定至 130 亿 m3 左右，利用量增长至 57 亿 m3 ，利用率提升至近 45% ，煤矿区煤层气抽采量、利用量、利用率均大幅增长，为保障国家能源安全生产，增加清洁能源供给贡献了重要力量。“十四五”期间，国家将持续加大煤层气开发利用支持力度，煤矿区煤层气地质精细探查、关闭煤矿煤层气抽采、煤系气协同共采等将成为重点方向。　　　　为集中报道我国煤矿区煤层气领域在基础理论、关键核心技术与装备、示范工程与应用等方面的先进成果，《煤炭科学技术》于2022年第12期策划出版“国家科技重大专项煤矿区煤层气开发成果”专题。专题综述类文章报道了我国煤矿区煤层气与煤炭协调开发基础理论与机制模式，以及山西矿区、两淮矿区等不同条件下煤层气开发利用的技术体系等研究进展；关键技术与示范工程应用类文章报道了我国煤矿区煤层气抽采技术与方法、钻进技术与装备、增渗技术与应用等研究成果，全面呈现了我国煤矿区煤层气抽采利用的技术现状、装备水平与应用成效。　　　　在此，衷心感谢各位专家学者为专题撰稿！感谢评审专家对专题稿件的认真评审！特别感谢中国煤炭科工集团有限公司、煤炭科学研究总院有限公司、晋能控股集团有限公司、淮河能源(集团)股份有限公司、淮北矿业(集团)有限责任公司、重庆能投渝新能源有限公司、中煤科工西安研究院(集团)有限公司、中国煤炭科工集团重庆研究院有限公司、煤炭科学技术研究院有限公司、中国煤炭科工集团沈阳研究院有限公司、重庆大学、中国石油大学(北京) 、中国矿业大学、河南理工大学、山西焦煤集团有限责任公司、山西阳泉煤业(集团)股份有限公司、山西潞安矿业(集团)有限责任公司等单位给予专题组织过程中的大力支持！　　　　煤矿区煤层气开发项目组

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煤炭科学技术

2022年第12期

264

211
煤矿区煤层气与煤炭协调开发机制模式及发展趋势

作者(Author)：孙海涛, 舒龙勇, 姜在炳, 胡健

摘要：煤层气与煤炭协调开发的关键在于协调煤炭开采与煤层气开发的时空关系。"十一五"至"十三五”期间，依托国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”项目的总体实施，煤矿区煤层气与煤炭协调开发机制取得巨大进展。煤矿区煤层气开发由最初为保障煤矿安全生产的“瓦斯抽排”“煤层气抽采""地面开发和井下抽采相结合"等形成"煤矿区煤层气与煤炭协调开发"的技术开发新机制。通过界定煤层气与煤炭协调开发范围、建立煤层气与煤炭协调开发评价方法、形成煤层气与煤协调开发优化决策平台，提出基于"协调开发、提质增效、技术支撑、平台决策、集成示范"的煤矿区煤层气与煤炭协调开发理念，依托煤层气与煤炭协调开发技术体系等成套技术系列，形成山西矿区煤层气“四区联动”全域协调开发模式、两淮矿区煤层群煤层气立体联合开发模式、松藻矿区复杂松软煤层超前增透协调开发模式、新疆矿区大倾角多煤组”三位一体”协调开发模式、进而带动全国煤矿区信尽气开发实践。煤矿区煤层气与煤炭协调开发机制、模式与应用引领了我国煤矿区煤层气行业科技创新，显著提升煤矿区煤层气开发利用水平。随着国家能源战略的调整，“双碳”战略的实施和生态文明建设等新形势新要求，煤矿区煤层气发展面临新需求新挑战，指出需重点推进煤矿区煤层气地质精细探查、并下煤层气高效开发、废弃矿井煤层气抽采、煤系气协同共采等技术研发，构建煤矿区煤层气与煤炭清洁高效开发的新技术体系。

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煤炭科学技术

2022年第12期

583

564
煤矿区煤层气“四区联动”井上下联合抽采模式与技术体系

作者(Author)：李国富, 张遂安, 季长江, 李军军, 王朝帅

摘要：为了更好地实现高瓦斯矿区煤炭与煤层气2种资源的安全高效协调开发，在"十一五""十二五”研发的煤层气“三区联动”立体抽采模式基础上，依托“十三五”国家科技重大专项持续攻关，并紧密结合山西重点煤矿区生产实际，创新研发了全矿区、全层位、全时段的煤矿区煤层气"四区（规划区、准备区、生产区、采空区）联动"并上下联合抽采模式（新晋城模式）和系列技术体系，在山西重点煤矿区得到广泛应用并取得了良好效果。煤矿规划区煤层气地面抽采技术早期主要采用垂直井、定向井、水平井等技术，现已发展至以分段压裂水平井为主导的井工厂化集约开发模式与技术。经十五年的地面超前预拍，晋能控股寺河矿东五盘区3号煤层平均降幅超过55%，该盘区的5310、5311工作面已顺利完成安全高效采煤，实现了高瓦斯煤层的低瓦斯开采。准备区煤层气井上下联合抽采技术充分利用了压裂影响区渗透率大幅提升和井下开放空间抽采生产压差增大的优势，构建了立体抽采网络，提高了煤层气抽采效率，有效缓解了矿井抽掘采接替紧张，促进了高产高效。基于生产区采动活动剧烈和井下工程全开放特点，运用定向钻机精准完成区域递进式顺层钻孔、穿层钻孔、高位定向长钻孔等，精准均衡抽采生产区煤层气，有效解决了常规钻孔轨迹不可控、易形成抽采盲区、抽采效果差等难题，实现了生产区井下抽采精准达标，确保万无一失。针对煤炭采空区煤层气资源赋存规律不清、资源量评估困难、安全钻采技术缺乏等难题，创建了采空区煤层气资源量计算方法，研发了煤矿采空区地面钻采系列技术，已在晋城、西山、阳泉等山西重点煤矿区完成了129口井的示范推广，累计抽采利用煤层气1.28亿m³，相当于减排二氧化碳192万t。“四区联动”井上下联合抽采模式和系列技术体系在山西重点煤矿区的成功，有效实现了煤层气“减少温室气体排放、保障煤矿安全生产、补充绿色气体能源”三重功效，为我国煤层气产量由2006年的25.8亿m³提升到2020年的191.7亿m³提供了有力的支撑，同时也为山西重点煤矿区煤炭采深逐年加深、矿井生产条件日趋复杂、生产矿井数量持续减少、煤炭总产量稳步增长提供了有效的保障。

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煤炭科学技术

2022年第12期

631

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淮南矿区松软低透煤层煤层气开发利用技术与思考

作者(Author)：孔祥喜, 唐永志, 李　平, 王传兵, 陈　建, 李琰庆, 袁本庆, 陈本良, 叶　敏

摘要：为解决准南矿区松软低透气性突出煤层群条件下煤层构造复杂、多源瓦斯涌出、抽采流量衰减快、岩巷与钻孔成本高、低（超低）浓度煤层气利用率低等制约煤层气资源高效开发难题，通过分析煤层群条件下保护层卸压井上下立体抽采煤层气开发模式，提出较为适用的、与淮南矿区煤层群开采条件下煤与煤层气协调开发模式配套的六大关键技术，即：地面水平分段压裂井煤层气抽采技术，煤层气抽采巷道盾构快速施工技术，井下松软煤层煤层气强化抽采技术，地面采动区井卸压煤层气抽采技术，“以孔代巷”施工技术，低浓度煤层气梯级利用技术。配套关键技术应用表明：形成的碎软煤层顶板水平并分段压裂工艺及精细化排采技术，有效提高煤层气预抽产量：煤矿深井未道全断面硬岩掘进机大幅提高巷道掘进效率，实现硬岩掘进自动化、少人化；井下水力压裂加砂、铝高压水力割缝实现井下大区域卸压增透；Ⅱ、Ⅳ型地面采动区井在煤层群采动卸压瓦斯治理方面可以取代顶板高抽巷，且减少其他措施工程量，减小投入成本和工期："以孔代巷"技术显著提升了复杂顶板中高位定向钻孔成功质量；低浓度煤层气梯级利用技术大幅减少了煤层气排放量；六大关键技术保障了淮南矿区安全生产，提高了煤、煤层气产量与煤层气利用水平。最后，针对地面水平井水力压裂煤储层改造技术作业成本高、产量低、范围小与采动井存在破断风险、超低浓度煤层气梯级利用规模小等问题，提出了深部煤层气精准地质导向、超大规模高效储层体积改造、抽采效果评价技术、采动区地面井稳定持续抽采技术、井下大面积智能水力化增透技术、“一井多用”协同抽采煤层气技术、全浓度煤层气综合利用技术的发展方向。

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煤炭科学技术

2022年第12期

520

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煤矿井下旋转地质导向钻进技术装备研究

作者(Author)：姚　克, 李泉新, 方　俊, 方　鹏, 王龙鹏, 田东庄, 陈　龙, 许　超

摘要：针对煤矿区井下瓦斯抽采定向钻孔施工技术装备存在的自动化程度低、目标地层钻遇率低、岩层钻进速度慢、钻孔直径小等局限性，开展了煤矿井下旋转地质导向钻进技术装备研发工作，突破了定向钻机无线遥控操作、机械自动加杆、实时参数监测与故障诊断、随钻煤岩识别、轨迹旋转调控等核心技术难题，研制出ZDY25000LDK型电液控制定向钻机、BLY800/12型高压力大流量泥浆泵车、YSG（A）型矿用动态方位伽马地质导向随钻测量系统、0133mm液驱推靠式旋转导向钻进系统和配套钻具，其中定向钻机的最大转矩25000N-m、自动加卸钻杆时间小于55s，泥浆泵车的额定流量800L/min，地质导向随钻测量系统的自然伽马测量误差小于±5%、随钻地层探查距离≥0.5m，旋转导向钻进系统的适用转速范围80~200 r/min、造斜力达到1.4t；开发了煤矿井下近水平孔地质导向钻进技术和旋转导向钻进技术，详细介绍其技术特点与工艺流程。在内蒙古唐家会煤矿进行了现场试验，在煤层和岩层中实钻定向钻孔共4个，最大成孔深度820m，总进尺2419m，定向成孔直径172mm，煤层中综合钻进效率提高25%以上，岩层中综合钻进效率提高30%以上，实现了煤矿井下定向钻进从“几何导向”到“旋转地质导向”的跨越，提升了煤矿井下定向钻进智能化水平和钻孔成孔质量，为煤矿井下瓦斯高效抽采和智能矿井建设提供了技术装备支撑。

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煤炭科学技术

2022年第12期

275

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超高压水力割缝技术在中等硬度低透气性煤层的应用

作者(Author)：唐永志, 李　平, 朱贵旺, 陈　建, 陈德忠, 丰安祥, 唐志华, 杨　洋, 叶　敏

摘要：为提高高瓦斯低透气性中硬煤层瓦斯预抽效率，探讨了水力冲孔、水力压裂、水力割缝增透技术适用条件和优缺点。基于超高压水力割缝技术原理，研制了一种穿层钻孔超高压水力割缝装置，主要由金刚石水力割缝钻头、水力割缝浅螺旋钻杆、超高压旋转换头、超高压清水泵、高低压转换器、超高压橡胶管等组成，水压达到60~100MPa，可实现钻进、切割一体化，使用简单方便。采用该装置在丁集煤矿1361（1）运输巷底板抽采巷11-2煤层穿层预抽钻孔中开展现场试验，煤层瓦斯压力1.43MPa，瓦斯含量为8.05m²t，透气性系数为0.013m²（MPar-d），煤层坚固性系数为0.79；1361（1）运输巷底板抽采巷11号～15号钻场区域单元长度227m，采用高压水力割缝增透措施，1361（1）运输巷底板抽采未6号～10号钻场区域单元长度213m，采用矿井低压水冲孔增透措施。结果表明：超高压水力割缝钻孔平均单刀割缝时间为10.7min，单刀出煤量为0.31t，等效割缝半径达1.38m，煤孔段割缝密度为1刀/m，平均每孔割缝2.6个；超高压水力割缝钻孔平均瓦斯抽采浓度56.97%，是低压冲孔的2.37倍；单孔平均瓦斯抽采纯量0.012m3mmin，是低压冲孔的2.99倍；瓦斯抽采达标时间约23d，分别比普通钻孔和水力冲孔技术抽采达标时间缩短了74.4%和54.9%。相较于普通钻孔和水力冲孔技术，超高压水力割缝技术在低透气性中硬煤层中瓦斯增透抽采效果更为理想。

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煤炭科学技术

2022年第12期

375

482