[01202719]高瓦斯突出危险煤层群卸压瓦斯抽采技术优化及防突可靠性研究

所属科学技术领域：矿山科学与安全技术领域。 立项背景与意义：我国多数矿区都具备煤层群的开采条件,均可利用保护层开采及卸压瓦斯抽采技术消除煤层的突出危险性,防治煤与瓦斯突出。但从应用现场来看也还存在一定的问题需要解决比如技术优化问题、防突可靠性问题。通过本项目的开展,旨在进一步完善保护层开采及卸压瓦斯抽采技术,提高该技术的防突可靠性,实现保护层开采及卸压瓦斯抽采技术的科学实施和瓦斯治理效果的最大化,进而促进保护层开采技术的推广应用。 主要技术内容及创新点： ①建立了采动煤岩体的气固耦合模型,研究获得了保护层的最小开采厚度,提出了以当量相对层间距为指标的保护层分类及判定方法。归纳提升出了保护层开采及瓦斯抽采技术体系,并给出具体的瓦斯抽采模式及瓦斯抽采模式的适用条件和应用效果,实现了保护层开采及卸压瓦斯抽采技术优化。 ②建立了包括基本指标、瓦斯抽采参数设计指标、保护范围划定指标、卸压增透效果指标、瓦斯抽采效果指标、效果检验指标和效果验证指标7个一级指标和相对应的20个二级指标的两级指标体系,并给出了相应的指标临界值,部分指标优于国家现有指标。 ③提出了保护层开采及卸压瓦斯抽采技术的可靠性评价指标,建立了保护层开采可靠性评价体系,构建了保护层开采技术可靠性评价的层次分析法计算模型,并得到了实践应用。 ④提出了煤矿瓦斯治理过程控制理论,建立了采用施工参数、瓦斯抽采和排放参数等子过程的跟踪控制和过程节点控制相结合的瓦斯治理过程控制方法,并设计和实现了瓦斯治理过程控制的支撑系统。 知识产权情况：①编制了行业强制性标准《保护层开采技术规范》;②批准获得了4项发明专利,另4项发明专利进入实审阶段;③编著出版了《矿井瓦斯防治理论与工程应用》一书,该书获全国第三届“三个一百”原创图书出版工程奖;④在“International Journal of Coal Geology”、“International Journal of Green house Gas Control”、中国矿业大学学报、煤炭学报等期刊发表SCI论文3篇,EI论文30余篇。 技术经济指标：通过优化保护层开采及卸压瓦斯抽采技术、建立保护层开采两级指标体系和防突可靠性评价方法及开发应用瓦斯治理过程控制支撑系统,其瓦斯治理效果及防突可靠性大幅度提升。在煤层群条件下,通过开展保护层开采及卸压瓦斯抽采,煤层透气性系数增加成百上千倍,卸压瓦斯抽采率可达65%以上,煤层残余瓦斯压力将至0.5MPa以下,残余瓦斯含量将至6m3/t以下,煤巷月掘进300m以上,工作面日产量在5000-10000t,实现了突出煤层群的安全高效开采,取得了显著的经济和社会效益。 应用推广情况：上述成果在淮南、淮北、皖北、沈阳、窑街、阳泉、郑州、徐州等矿区得到了大面积的推广应用。在应用矿区,瓦斯抽采量大幅度增加,消除了煤与瓦斯突出事故,瓦斯超限事故大幅度下降,取得了显著的安全效益和经济效益。以淮北矿业集团为例,2011年瓦斯抽采总量为1.83亿m3,彻底消除了煤层的突出危险性,瓦斯超限事故仅为6次,安全生产原煤3373万t。该项目完善优化了保护层开采及卸压瓦斯抽采技术,进一步提高了我国煤与瓦斯突出矿井的防突可靠水平。