低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术新闻发布稿

发布人：袁 亮 淮南矿业集团常务副总经理、总工程师，煤矿瓦斯治理国家工程研究中心主任，中国煤炭学会副理事长，中国岩石力学与工程学会副理事长，教授，博导，“低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术”课题组负责人

女士们、先生们、新闻界各位朋友：
    下午好！
    首先，我代表煤矿瓦斯治理国家工程研究中心，代表中国煤炭学会，代表淮南矿业集团，对新闻界各位嘉宾的光临指导，表示热烈的欢迎；对朋友们长期关心支持淮南煤矿的建设与发展，表示由衷的感谢！
    今天请新闻界各位朋友莅临淮南，主题是发布一个拥有中国人自主知识产权的重大技术创新项目：低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术。这一项目研究成功，是煤矿安全高效开采领域的一项重大技术革命。其重要意义在于：解决了我国煤矿高瓦斯、高地应力、低透气性煤层群开采条件的安全高效开采技术难题；保证了高瓦斯煤矿采煤工作面安全生产，实现了煤与瓦斯共采，采煤和瓦斯治理成本大大降低；提高了煤炭资源回收率；改善了煤矿安全状况，发展了先进生产力、保护了生命、保护了资源、保护了环境，产生了巨大的经济效益、社会效益和环境效益。
    2002年以来，淮南矿业集团针对矿区和全国煤矿高瓦斯矿井安全高效开采面临的突出问题，在充分调研国内外煤炭开采现状后，于2004年提出了“低透气性煤层群无煤柱快速留巷Y型通风煤与瓦斯共采课题”并立项研究，2005年完成实验室模拟、相关材料、系统设计研究，2006年开始进行井下工业性试验并取得成功，2007年底项目申报,日前通过了行业鉴定。
鉴定委员会的专家对研究成果评价为：“低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术取得重大突破，达到国际领先水平”。并总结指出：该研究课题采用无煤柱沿空留巷Y型通风卸压开采抽采瓦斯，实现煤与瓦斯共采，解决了深井高瓦斯、高地应力、低透气性煤层群煤与瓦斯共采技术难题。创造了沿空留巷综采月产36万吨的世界纪录，采区的瓦斯抽采率高达70%以上。研究成果集成创新了沿空留巷Y型通风煤与瓦斯共采关键技术所涉及的理论、技术、材料、装备及工艺系统，在淮南顾桥矿、新庄孜矿，以及皖北卧龙湖等煤矿成功实施了该技术，取得了显著的经济、社会和环境效益。
    1998年特别是2003年以来，淮南矿业集团吸取瓦斯爆炸事故教训，开展了卓有成效的瓦斯治理技术攻关，创新了“可保尽保，应抽尽抽”等一系列瓦斯治理理念，坚持“一先进三保护”发展观，发展先进生产力，保护生命，保护资源，保护环境，率先研究成功卸压开采抽采瓦斯理论与技术体系，取得了一大批创新成果，找到了解决瓦斯治理技术这一世界性难题的方法和途径，在行业内产生了广泛影响和示范作用，全国高瓦斯煤矿安全高效开采实现了历史性的新的技术突破。
    众所周知，淮南矿区研发创新的矿井浅部依托岩巷工程抽采瓦斯的治理技术是成熟的，但是当矿井进入深部开采以后却受到了严峻的挑战，因为大量的瓦斯治理岩巷的实施难度越来越大，突出表现为：
    一是深部开采面临的安全威胁和技术难题需要突破。我国大多数煤矿构造复杂、高瓦斯、高地应力，煤层透气性低。淮南矿区是其中的典型代表，煤层瓦斯含量高(12～36 立方米/吨)，煤质松软(坚固性系数 f 为0.2～0.8)，煤层透气性低(渗透率为0.001毫达西)，瓦斯压力大(高达6.2兆帕)。淮南矿业集团大部分生产矿井的开采深度已达-700～-1000米，且开采深度正以每年20～25米的速度增加，新建矿井首采区多在距地表800 米以下的深度。未来十年，煤与瓦斯突出威胁继续增加、软岩支护困难、采空侧小煤柱地压大等很多问题日趋严重，深部开采面临巨大的技术挑战。
    二是地面钻井开采低透气性煤层群煤层气技术没有解决。我国大多数煤矿煤层气赋存具有低压力、低渗透率、低饱和度及非均质性强的“三低一强”的特性，尤其是低渗透率和非均质性，很不利于直接抽采。1991年以来，先后有华北石油地质局、中国煤田地质总局、西安煤科分院、美国安然公司、德士古公司等在安徽两淮煤田进行过煤层气勘探评价工作，共计施工14口井，采气量最大的达到1000立方米/天，绝大多数只有几百立方米，且迅速衰减，有的基本采不出气(非均质性)。因此，在现有技术工艺条件下，直接从地面开采煤层气还有相当大的难度，也不符合我国大多数矿区煤层赋存条件。
    三是低透气性煤层群高瓦斯煤矿井下瓦斯治理技术是世界性难题。在低透气性高瓦斯突出危险煤层直接进行原始煤体抽采瓦斯消突，需钻孔布置密集、抽采时间长，效果差，严重影响瓦斯治理的效率和高瓦斯煤矿安全高效开采。
    高地应力松软煤岩巷道支护难度更大。例如淮南矿区，探明大于3米落差断层达2970多条，水平地应力大，实测-820米水平的最大主应力为21.5兆帕，软岩遇水膨胀，岩层松软破碎，裂隙发育，属于典型的软岩矿区，深部岩巷的掘进和支护制约因素日益突出。进入深部以后留煤柱及小煤柱掘巷围岩变形显著增加，成为制约综采面快速推进的主要障碍。
    传统的U型通风方式无法解决深部高瓦斯采煤工作面上隅角瓦斯超限问题，安全威胁极大。从安全开采角度看，煤矿应先采瓦斯后采煤，即将高瓦斯煤层抽采到低瓦斯状态再开采煤炭。但是，以淮南矿区为例，煤层瓦斯含量最高达36立方米/吨，要抽采到8立方米/吨以下，一是采用地面开采煤层气不能实现，二是采用井下岩巷预抽的传统技术能够实现，但需抽采10～20年。煤炭是我国主体能源，国民经济发展对能源需求较大，而东部地区煤炭作为国家主要能源基地长期不可替代，按照传统技术方法，像淮南矿区等大多数煤矿将无法正常生产，导致煤炭产量大幅下降，显然不能满足国家社会经济发展对能源的需求。
    因此，煤矿瓦斯治理国家工程研究中心、淮南矿业集团结合低透气性煤层群开采面临的诸多技术难题，决定立项研究，同时组织安徽建筑工业学院、中国矿业大学、沈阳天安公司、安徽理工大学等进行产学研研发。总结出一整套深井低透气性煤层群煤与瓦斯共采关键技术。项目研究成功，破解了低透气性高瓦斯煤层群无煤柱煤与瓦斯共采世界性技术难题，实现了安全高效开采。这既是开发深部煤、气资源的技术需要，也是贯彻落实国家能源政策和实现煤矿安全高效开采的客观需求。
    “低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术”研究课题正是在这样的背景下提出，将高瓦斯、高地压、低透气性煤层群的技术难题统筹考虑，研究探索，以沿空留巷的方式一体化解决高瓦斯、高地压、井巷失稳、瓦斯突出等开采技术难题，通过通风降温、简化采掘接替、实现连续开采，并为连续高效抽采采动卸压瓦斯，治理煤层群瓦斯提供最佳的工作空间，提出基于无煤柱快速留巷Y型通风抽采卸压瓦斯的煤与瓦斯共采的技术路线。
    女士们、先生们、朋友们：
    这项技术研究，充分采用了实验室相似材料模拟、数值模拟、围岩结构理论分析等综合手段，结合淮南矿区几种典型的高瓦斯、高地压煤层群开采的工业性试验，实现了低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采技术的集成，获得了自主知识产权，申请专利7项。主要技术成果是：
    1、系统地提出无煤柱留巷钻孔法煤与瓦斯共采新理论。根据煤层群赋存条件，首采关键卸压层，沿采空区边缘沿空留巷实施无煤柱连续开采，在留巷内布置上（下）向高（低）位钻孔，抽采顶（底）板卸压瓦斯和采空区富集瓦斯的煤层瓦斯开采技术，并通过创新快速构建沿空留巷巷旁充填墙体技术，形成与综采工作面同步推进的煤与瓦斯共采的开采方法，以及替代多条岩巷的抽采卸压瓦斯的煤与瓦斯共采技术体系。
    2、创新了三项无煤柱留巷钻孔煤与瓦斯共采技术。第一项技术：沿空留巷围岩结构稳定性控制技术。在对沿空留巷内外层围岩结构稳定性科学分析基础上，提出了沿空留巷巷内合理支护形式为锚杆支护；提出包括巷道破裂围岩体强度强化、锚杆支护承载性能强化和围岩承载结构强化的沿空留巷巷内锚杆强化支护技术原理；新型锚杆强化支护技术是指超高强度杆体、高预紧力、系统高刚度为核心的“三高”锚杆支护技术。选择超强杆体、高刚度护网、超大托盘、超强大扭矩阻尼螺母，实施大扭矩安装、维持锚杆的荷载，并向围岩扩散，形成高强主动高阻稳定的锚杆支护围岩承载结构；提出采用仿液压支架结构作为巷内辅助加强支护、巷旁充填材料的性能要求有良好的泵送性能，能满足复杂高程变化条件下的远距离泵送要求，拆模时间应满足综采工作面快速推进的要求，保证沿空留巷支护墙体能紧随工作面及时快速构筑。
    第二项技术：巷旁充填材料研制与快速留巷充填工艺系统集成创新。成功研究制备了CHCT新型充填材料，该材料能满足矿压显现规律和巷道变形特性要求，具有良好的承载特性和变形性能且适宜远距离泵送施工；集成创新了快速留巷巷旁充填工艺系统。快速留巷巷旁充填工艺系统包括：地面干混充填料制备系统、干混充填料由地面至井下泵站运输系统、干混充填料送至充填泵料斗上料系统、充填料浆的制备与泵送系统和充填模板支架系统；研发了集装料箱式自动卸料至上料系统的高效充填材料的输送系统，自主研发了充填模板支架，缩短了立模时间。
    第三项技术：留巷钻孔抽采卸压瓦斯技术。包含：低位钻孔抽采采空区富集瓦斯技术，利用留巷形成的聚集瓦斯的采动裂隙“竖向带状裂隙区”进行采空区高浓度瓦斯抽采，有效解决了工作面留巷回风流瓦斯超限问题和矿井高浓度瓦斯抽采利用的问题；高位钻孔抽采顶底远程卸压煤层瓦斯技术，在留巷内布置上向穿层钻孔抽采上部远程卸压煤层瓦斯，下向穿层钻孔抽采下部远程卸压煤层瓦斯；留巷钻孔抽采瓦斯的保障技术，通过控制采空区埋管抽采管道口的数量和开启程度控制采空区瓦斯抽采量和抽采瓦斯浓度，因此，Y型通风对瓦斯管理具有安全可靠性。
    3、取得了两种典型煤层群条件下的工业性试验成功。第一种典型条件：远距离煤层群煤与瓦斯共采工业性试验。顾桥煤矿首采关键卸压层沿空留巷Y型通风煤与瓦斯共采实践表明：1115(1)综采工作面采用沿空留巷Y型通风抽采卸压瓦斯技术，取得了较好的瓦斯治理效果，留巷回风流瓦斯浓度在0.4%以下，消除了上隅角瓦斯超限现象，综采生产的安全可靠性显著提高。工作面日推进度10.5米、日产原煤16000吨，创同类工作面日产新高、日开采煤层气30946立方米，抽采率超过70%。
    第二种典型条件：近距离煤层群煤与瓦斯共采工业性试验。通过实施沿空留巷Y型通风技术，优化抽采钻孔布置，研究并实施了倾向钻孔抽采顶底板被保护煤层(高瓦斯强突出煤层)卸压瓦斯，保护层工作面回采期间瓦斯抽采量占工作面总的瓦斯量比例最高达85%，平均为75%。通过近距离煤层群煤与瓦斯共采工业性试验，留巷卸压煤气共采，首采卸压煤层安全回采煤炭40万吨，解放上覆B11b煤层煤量46.95万吨；解放下伏B8煤层煤量24.36万吨；总计解放煤量71.41万吨。经济效益和社会效益显著。
    女士们、先生们、朋友们：
    我国70%左右的矿区类似淮南资源条件，即低透气性高瓦斯、高地应力煤层群开采的矿区治理瓦斯必须走卸压开采无煤柱沿空留巷Y型通风煤与瓦斯共采的道路：即利用煤层群开采条件，首采关键卸压层，采用无煤柱连续开采技术，实现全面卸压开采，增加煤层透气性，抽采卸压瓦斯，消除煤柱应力集中，真正实现大面积区域消除瓦斯威胁。以最经济、最简捷、最易实施的优越性替代浅部专用巷道法为主的抽采瓦斯技术；变工作面传统的U型通风方式为Y 型通风方式，实现了瓦斯治理治得住、治得快、治得省。
    广泛应用低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术，符合国家“先抽后采”安全开采方针和“煤气共采”能源战略，对我国安全高效开发深部煤炭和煤层气资源，保障生命安全，保障能源安全，保护生态环境，加快中国煤炭工业安全发展、节约发展、可持续发展步伐，均具有十分重大的现实意义和深远的历史意义！
    为保障该项技术安全可靠应用，煤矿瓦斯治理国家工程研究中心、淮南矿业集团针对我国煤层群赋存条件的差异，已集中优势力量，开展本课题的扩大推广运用研究，将逐步形成该项技术的标准和规范，指导全国类似条件矿井安全高效生产。
    女士们、先生们、朋友们：
    淮南矿区近十年来，坚持技术创新，坚持发展先进生产力，保护生命，保护资源，保护环境，取得了以瓦斯治理为主的安全高效开采技术的重大突破，使企业发生了翻天覆地的变化，让一个50多年产量在千万吨徘徊的老煤矿企业，经过短短5～6年时间超常发展，已经具备8000万吨煤炭生产规模。低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术实现了瓦斯抽采最大化和瓦斯利用最大化，采煤工作面瓦斯抽采率达70%以上。淮南矿区年度抽采瓦斯由500万立方米猛增到2亿立方米以上，抽采率由5%增加至48%，瓦斯利用率达70%以上，抽采出浓度10%以上的瓦斯直接用于发电，浓度30%以上的瓦斯作为民用和锅炉燃烧，瓦斯利用的成本大幅度降低，并率先研究成功低浓度瓦斯安全输送和利用技术；同时采煤机械化程度由28%提高到91%，综采单产效率增加了5倍，百万吨死亡率由4.01降至0.15，实现了安全高效生产；并且坚持创新发展，和谐发展，规模发展电力、资本产业，培育煤化工、煤机和环保产业，由此，百年矿业构筑了以“煤电能源”为本的百年产业体系，初步建成了一个具有中国特色和时代特点的新型能源企业，走出了一条科学发展、和谐发展、创新发展的成功道路！
    女士们、先生们、朋友们：
    我们将不辜负国家重托，建设好煤矿瓦斯治理国家工程研究中心，利用淮南矿区特殊的煤层瓦斯地质条件，加倍努力，继续创新，战略目标是，把煤矿瓦斯治理国家工程研究中心建设成为中国煤矿技术创新的先行者，世界煤矿难点技术的攻关者和中国煤矿技术产业化的奠基者。争取在深井高瓦斯、高地应力、低透气性煤层群、构造复杂的矿区建成世界首个亿吨级新型能源基地，为国家实施能源安全战略，为煤炭工业推进安全高效可持续发展，提供源源不断的技术保障、技术支持和创新动力！在此也真诚地希望新闻界朋友们一如既往地给予关心、支持和帮助！
谢谢大家！