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中国能源报 2017年10月09日 星期一

瓦斯治理技术遭遇深部环境难题

本报记者 李灿 《 中国能源报 》( 2017年10月09日   第 20 版)

  “随着煤矿开采深度的增加,开采过程中最大的威胁和隐患仍然是瓦斯。”中国工程院院士袁亮在日前召开的中国国际矿业大会上开门见山地表示,深部煤层气开采仍是瓦斯开采技术面临的主要难点。

  面临深部抽采环境

  随着煤炭开采深度的变化,煤炭开采环境也在不断变化,岩层压力显著增大,巷道容易发生位移,由地热﹑重力﹑地球自转速度变化共同产生的地应力大幅增加。

  “随着煤炭开采深度的增加,煤层气抽采技术将面临深部抽采环境。”北京科技大学教授何学秋说。

  据了解,中国的煤矿深井定义在800-1500米,超过1500米叫特深矿井。数据统计显示,1000米以浅、1000-1500米和1500-2000米的瓦斯地质资源量分别占全国瓦斯资源地质总量的38.8%,28.8%和32.4%。可见,1000米以上瓦斯地质资源量占比超过总量的一半,高达61.2%。

  袁亮表示,我国煤炭资源禀赋与长期的旺盛需求导致我国煤炭开发以每年10-25米的速度快速向深部转移。

  在何学秋看来,1000米以下的储量资源已经开采的差不多了,中国煤矿和煤层气下一步最主要的问题是深部,今后必然面临一个深部开采的环境。

  据袁亮介绍,目前,中国煤矿瓦斯比较成熟的关键技术装备有低透气性煤层全立体市煤与瓦斯共采技术及装备、首采层瓦斯抽采消土技术及装备、深孔预裂爆破增透瓦斯抽采技术、二氧化碳致裂增透瓦斯抽采技术、无煤柱沿空留箱煤与瓦斯共采技术及装备、无煤柱Y型通风留巷口孔法抽采瓦斯关键技术等7种。“这些技术消除了煤炭瓦斯的突出问题,取得了很好的效果。”

  但对于深部开采环境,“瓦斯治理技术也面临深部瓦斯如何抽采、利用的问题。”何学秋说。

  四大挑战并存

  随着开采深度的逐年增加,瓦斯压力与地应力逐渐增大,使煤层及围岩的透气性变差、煤层容易变形。

  对此,何学秋认为,“地应力大幅增大使煤炭瓦斯流变性越来越强烈,煤炭瓦斯抽采技术面临新挑战。”

  在他看来,新挑战主要来自于地应力增大导致的煤层高流变性和低渗透性。

  他认为,挑战一是高地应力突出,冲击地压危险加大。在冲击地压危险区域掘进,每推进一个循环,压力就向前递推,应力重新进行分布,所以一般要求每循环都要进行监测,加大监测频率。二是高地应力导致煤层渗透性随着开采深度快速下降。也就是说,随着煤层开采深度的增加,煤层透气性随之减小,致使煤层气预抽难以实施,效果很差,从而严重影响煤层瓦斯的抽采率和瓦斯抽采效果。

  三是高应力导致抽放巷道、钻孔难施工。主要原因是高应力软岩巷道围岩容易变形,难控制。四是高应力强流变导致采动影响范围和空间增大,开采时,工作面瓦斯涌出量会急剧增加,这样会加大钻孔封孔困难。

  对如何解决上述问题,何学秋认为,“在深部开采煤炭时,一定要加强抽采一体化的理论与技术的研究,特别是要根据强流变条件下煤层瓦斯抽放的新特征、新规律来研发新技术和装备。”

  据了解,从“九五”到“十三五”国家一直重视支持瓦斯领域的研究,煤与瓦斯共采理论是具有代表性的成果之一,提出走煤与瓦斯共采,先抽瓦斯后采煤的路子,变传统瓦斯治理“风排”为主为高效“抽采”瓦斯的新构想,关键技术是让煤体松动卸压,增加透气性,实现卸压开采抽采瓦斯。

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