煤与煤层气共采及煤矿区煤层气抽采总结与思考OA

【背景】为从源头遏制煤矿瓦斯事故发生,开采低碳清洁的煤层气资源,保护大气环境(煤矿区甲烷减排),作者团队配合晋城无烟煤矿业集团,并与相关科研院所、高校等单位密切合作,经过二十多年的原始创新、集成创新、跨界创新(跨越流体与固体矿产两大产业)、理论探索、技术研发及工程实践,逐步形成了具有明晰概念和科学内涵的煤与煤层气共采理论、技术体系及矿业范式。煤与煤层气共采,是一个不断发展的采矿理论、采矿技术体系和工业范式。受国家需求、经济条件、工业基础、科技水平、专业人才及认知水平等因素影响,煤与煤层气共采经历了由“采煤不采气”到“先抽后采”,再发展到“先采气、后采煤、采气采煤一体化”等不同阶段。【进展】针对二十多年探索与实践所取得的成果进行系统总结,主要创新点及进展是:(1)明晰煤与煤层气共采的宗旨,即通过全矿区、全层位、全时段煤层气(煤矿瓦斯)抽采,实现安全、高效、协同开发煤(固体)与煤层气(流体)两类同源、同生、同体的共伴生矿产资源,从源头遏制煤矿瓦斯事故的发生,实现煤与煤层气共采的多重效益-安全-资源-环境等;(2)凝练出煤与煤层气共采的理念,即“先采气,后采煤,采气采煤一体化”,根据煤与煤层气共采的全生命周期,运筹和实现抽-掘-采的时空协同;(3)提出协同共采的核心节点,即煤矿的若干关键安全生产阈值(安全掘进和安全生产的最大容许瓦斯含量和瓦斯压力);(4)总结出一套煤层气抽采的技术逻辑和工业范式,即全矿区、全层位、全时段的“四区”联动井上下联合立体抽采;(5)阐述创新形成的煤层气抽采技术体系,即煤矿规划区的规模化地面抽采(包括煤层气商业化开发和煤矿瓦斯超前地面预抽两条技术路径),准备区的井上下联合抽采,生产区的井下规模化精准抽采,采动区/采空区的地面或井下卸压抽采(井下施工的高位钻孔群组采动区抽采被称为“以孔代巷”抽采)等;(6)重大理论创新点包括:二级渗流理论(煤基质孔隙内非达西渗流与裂隙系统内达西渗流);采动区多源瓦斯暴涌理论;以及采矿活动对煤层气储层物性的扰动效应(在不同采动影响程度下,煤层气储层分别呈现原始态、扰动态和半开放态)。【展望】本文基于作者近年来在煤与气原位流态化开采方面开展的理论探索和工程实践,提出煤与煤层气共采的未来发展方向-煤与煤层气原位流态化开采,并进一步凝练形成包括物理法、化学法、生物法和热力法的流态化开采技术路径。作者已围绕煤与煤层气原位碎浆化开采方法的理论体系、关键技术及工程适用性开展了创新性探索与现场试验。这些研究和工程实践表明,煤与煤层气原位流态化开采技术路线可行,是真正意义的煤与煤层气共采。