[01709071]含夹矸复杂结构煤层高效钻孔增透抽采瓦斯关键理论技术与应用

我国是世界上最大的产煤国,同时也是发生煤矿灾害事故最严重的国家,其中瓦斯灾害是造成我国煤矿灾害事故严重的主要原因并且瓦斯灾害也是煤矿“五大灾害”中一次导致死亡人数最多的灾害。另一方面,瓦斯作为一种清洁能源,对其合理的抽采利用可有效解决我国石油、天然气资源贫乏的难题。 若煤层内含有夹矸层后,煤层的完整性将被破坏,煤层的非均匀性将增加,煤层在局部范围内可能形成封闭结构而导致瓦斯局部积聚,这些变化将严重劣化这些非均匀煤层内瓦斯的赋存和流动特性,进而有可能增加煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸等涉及瓦斯灾害的发生。当瓦斯被作为一种能源时被称为煤层气,煤层气采收的关键科学问题主要包括气井影响半径和有效抽采时间,而煤储层含有夹矸层后产生的诸多变化,势必将劣化气井影响半径并缩短气井的有效抽采时间。 目前,我国煤矿总体瓦斯抽放效果不佳, 具体表现为瓦斯抽放率低。导致我国煤矿瓦斯抽放率低的原因来自两个方面：一方面是客观原因,因为我国95 % 以上的高瓦斯和突出矿井所开采的煤层属于低透气性煤层,夹矸层的存在进一步加剧了煤层结构的复杂性和渗透的不均衡性,降低了煤层的透气性,导致瓦斯抽放（特别是预抽）难度非常大;另一方面是主观原因,主要表现为抽放时间短、钻孔工程量不足、封孔质量差、钻孔稳定性差、抽放系统不匹配和管理不到位。 本次登记的《含夹矸复杂结构煤层高效钻孔增透抽采瓦斯关键理论技术与应用》项目从机理上探讨了煤层、含夹矸复杂结构煤层中瓦斯解析/吸附、放散、流动、运移路径的规律,研究了动力扰动对复杂结构煤层中瓦斯流动特性影响及通过动力扰动实现煤层结构改变从而达到精准增透目的,研发了瓦斯钻孔稳定性监测、支撑装置,复杂结构煤层瓦斯钻孔钻进增透一体化装置,解决了含夹矸复杂结构煤层瓦斯抽采率低的难题。本项目是赵洪宝、倪小明等科研团队联合研发,经过近十年的不懈努力所得成果的集成,共发表科技论文50余篇,发明专利28项,实用新型专利9项,出版专著5套。研究成果可用于含夹矸复杂煤层、构造发育复杂煤层等条件下的煤层增透、瓦斯抽采和瓦斯抽采钻孔的稳定性维护等方面,在潞安集团、山西焦煤霍州煤电集团、山西煤炭进出口集团和冀中能源峰峰有限公司等复杂结构煤层的瓦斯抽采工作中得到应用。截止2017年底,为相关企业增收节支3亿余元。