[00932193]基于储层采动裂隙网络模型的煤层气安全高效开采关键技术及应用

项目所属的科学技术领域为矿山安全技术。该项目综合采用理论研究、物理与数值模拟、实验室试验与现场工业试验等手段，深入研究了煤层与煤层气资源开发过程中，采动煤岩体应力分布特征、采动裂隙岩体渗透特性及煤层综放采场工作面煤层气运移规律，提出了合理可行的储层煤层气资源综合抽采技术方法及技术参数，系统地解决了高强度开采工作面中的瓦斯积聚与超限关键技术难题，这对促进煤炭资源与煤层气安全高效开采具有重要的理论和现实意义。 项目主要获得以下三个方面的关键技术创新： 创新点一：获得了煤层覆岩应力时空演化规律及采动作用影响下断裂带内发育规律与分布特征，描述了应力恢复过程力学路径。以此为基础，构建了断裂带离散裂隙网络模型，并定义了控制模型形态的主要三类参数。 创新点二：推导了应力恢复过程中的应力-渗透性耦合关系，探讨了不同有效应力作用下岩样渗透率的改变，以裂隙开度的变化为桥梁，建立了描述应力恢复作用下的应变-渗透率模型，并通过实验数据对模型进行了验证。 创新点三：建立了基于理想气体状态方程、质量守恒方程和渗流速度控制方程的裂隙岩体煤层气(瓦斯)流动基本控制方程，并开展了相关数值模拟，获得了煤层气采空区流场在三维空间中的浓度分布规律及流动汇集特征。以此为基础，优化了多种煤层气抽采措施的合理技术参数，并在试验矿区进行应用。 项目部分成果项目经鉴定，达到国际先进水平。基于该项目的研究成果共授权国家发明专利5项、实用新型专利3项、软件著作权1项，另有4项国家发明专利已申请并受理；发表学术论文30余篇，其中SCI检索9篇，EI检索8篇，他引150余次。 项目在潞安矿区高河矿、阳泉矿区新景矿得到了推广应用，大大提高了工作面的煤层气抽采量和抽采率，累计抽采煤层气纯量2734.9万立方米，利用量达2250万立方米，累计增产原煤90万吨，项目创造的直接经济效益达3.61亿元，其中煤层气在发电、民用方面利用收益4600万元，新增煤炭产值约3.15亿元，经济效益显著。同时，基于该项目提出的工程方法，使得煤层气抽采过程中煤层工作面回风流甲烷浓度降至0.4%～0.6%以下，大大缩短了煤层工作面上隅角和采空区甲烷积聚的治理工期，提高了工作面单产，保证了抽掘采接续和安全生产，带来了良好的安全效益。此外，由于煤层气的主要成分甲烷是一种重要的温室气体(GWP约为25)，该项目抽采利用的煤层气产量相当于减少排放 35.86万吨的CO₂，这为低碳环保、节能减排做出了重要贡献，环境效益十分显著。最后，项目的开展还培养了相关岗位的青年科技人才约20余人，收获了良好的社会效益。 综上所述，该项目在经济、安全、环境、社会等方面均取得了显著的效益，为中国清洁能源利用、能源安全与节能减排方面作出了重要的贡献。