[01085898]瓦斯抽采钻孔带压钻屑回填高效封孔关键技术与装备

项目所属国民经济行业为采矿业；所属学科分类为矿山安全学科(440.75)。 中国煤矿瓦斯灾害严重，大量瓦斯排放造成严重的环境污染，同时煤层瓦斯也是国家能源战略的重要组成部分。煤层瓦斯抽采是主要的解决技术手段，具有安全、能源、环保多重效应，其高效开采与利用对国家能源安全战略具有重要的影响。但中国多数高瓦斯突出煤层为低渗煤层，在采取相关增透措施后，瓦斯抽采率和抽采浓度长期受制于较低的封孔质量，使煤层瓦斯抽采与利用一直处于较低水平，封孔质量成为制约煤层瓦斯高效抽采与利用的技术瓶颈。在国家煤矿安全监察局将禁止煤矿井下使用高分子封孔材料的背景下，研发新型封孔材料和封孔技术装备，突破封孔质量的关键技术对国家能源战略具有重要意义。 项目在国家“973”计划、河南省科技创新人才计划等课题的资助下，经过八年的研究与技术应用，形成了“2项创新理论、1种新型注浆材料、2项关键技术及装备”的瓦斯抽采钻孔带压钻屑回填高效封孔关键技术装备体系，并在河南、山西等主要煤炭企业推广应用。项目研究取得的主要创新成果如下： (1)基于受载含瓦斯煤微纳米工业CT动态扫描技术，定量表征了煤体全应力应变过程中的裂隙动态演化特征及渗流规律；创新性地揭示了巷道-钻孔双重卸压下围岩裂隙演化规律，发明了抽采钻孔合理封孔深度原位测定技术及装备。 (2)基于“相似相溶”的原理，首次提出并研制了以钻孔煤屑为基料的新型绿色封孔材料；研究了不同组分浆液的流动性能、固结时间和强度等特性，揭示了浆-煤固结劣化机制，得到了性能优良的煤基浆液配比。 (3)研究了裂隙煤体注浆裂隙演化和浆液流动的耦合关系，综合考虑应力、浆液流动扩散、浆液颗粒迁移沉积等对煤体裂隙的封堵作用，首创了裂隙煤体注浆变质量渗流模型，阐明了煤体注浆浆液流动扩散规律，揭示了注浆封孔堵漏降渗机制，优化了煤层瓦斯抽采钻孔封孔注浆参数。 (4)发明了多级承压二次注浆技术和多级承压式渗透型封孔方法及装备，形成了多级承压钻屑回填封孔技术及装备体系，攻克了瓦斯抽采钻孔多级长效固结封孔难题，延长了抽采钻孔的使用寿命。 (5)项目形成了封孔深度原位快速测定、多级注浆封孔器、便携式注浆泵等系列产品，实现了瓦斯抽采钻孔带压钻屑回填高效封孔技术及装备的集成；核心技术已实施专利许可，研究成果在河南、山西等煤炭企业推广应用，取得重大经济和社会效益，具有广泛的推广应用前景，对煤矿安全科技进步具有重要的推动作用。 研究成果总体鉴定为国际领先水平。项目核心技术累计实施专利许可转让金额135万元，协助企业申请安标产品4套，产品取得显著经济和社会效益。研究成果推广应用于焦作煤业(集团)新乡能源有限公司、义马煤业集团孟津煤矿有限责任公司、河南大有能源股份有限公司新安煤矿、山西霍尔辛赫煤业有限责任公司、平顶山天安煤业九矿有限责任公司、鹤壁中泰矿业有限公司等9个煤炭企业。应用结果表明，相比传统封孔技术，瓦斯抽采浓度提高了1.48倍，抽采纯量提高了1.87倍，近3年新增销售额9.14亿元，新增利润3.59亿元，取得了重大的经济和社会效益，可在类似高瓦斯及突出矿井进行广泛推广应用。相关成果获中国专利优秀奖、河南省专利奖二等奖、中国煤炭工业科学技术奖二等奖。该项目累计授权发明专利30余项，实用新型专利20余项，在国内外高水平学术期刊发表论文60余篇，培养博士生4名、硕士生32名，获河南省优秀硕士论文3篇。1人入选国家“百千万人才工程”并授予“有突出贡献中青年专家”、国务院特殊津贴专家、中原千人科技创新领军人才、河南省优秀专家，1人入选河南省高校科技创新人才，1人入选中原千人青年拔尖人才。