[00760661]复杂煤层水力网络化防治煤与瓦斯突出技术及装备

煤炭是我国主体能源，其安全高效开采是保障我国能源供给的重大需求。但我国煤炭陚存条件极为复杂，构造发育、瓦斯压力大、含量高、透气性极低，70%以上矿井具有煤与瓦斯突出危险性。传统防突技术适用地质条件受限、卸压范围小、消突盲区多，导致防突工程量大、成本高、达标周期长、煤炭开采效率低。如何针对煤层构造区和非构造区不同的地质条件，高效、低成本的消除复杂煤层煤与瓦斯突出危险，已成为制约复杂煤层煤炭安全高效开采的世界性难题！研究团队基于不同地质条件防突理论，提出非构造区割缝导向压裂、构造区高压振荡水射流造缝等水力网络化消除复杂煤层煤与瓦斯突出的研究思想，经过10余年的努力攻关，在水力网络化消突理论方法、技术及装备取得重大突破，主要创新性成果如下： 1)掲示了复牵煤层割縫导向水压裂缝起裂、扩展及瓦斯运移机理，发明了非构造区割缝导向水力压裂网络化增透防治煤与瓦斯突出技术。建立了割缝导向水力压裂裂缝起裂准则，揭示了缝槽间裂隙区降低有效应力诱导水压裂缝扩展机理，突破了以原始地应力为主控因素的传统压裂控制理论，实现了裂隙大范围有序扩展，构建了瓦斯快速流通网络，消除瓦斯抽采盲区，降低起裂压力，减少顶底板损伤，保证煤炭后续安全开采，解决了非构造区煤层消突成本高、时间长等难题，该技术属国内外首创。 2)建立了高压振荡射流破碎煤岩及造缝卸压增透理论，发明了构造区高压振荡射流造缝防治煤与瓦斯突出技术。系统开展了高压振荡射流破碎煤岩及造缝卸压防突机理研究，利用高压振荡射流脉动冲击及空化气蚀在煤体中切槽造缝，构造出卸压自由面，改变原位应力场，高效释放煤体弹性能，大幅度增强煤层透气性，高效抽采瓦斯，释放煤体瓦斯内能，快速消除煤与瓦斯突出。针对不同地质条件煤与瓦斯突出主控因素，建立了“非构造区割缝导向水力压裂-构造区高压振荡射流造缝”复杂煤层全方位防突体系，解决了构造区煤体弹性能难以快速释放和非构造区消突工程量大、成本高的难题，实现了煤矿井下防突区域治理全覆盖，开辟了煤与瓦斯突出灾害防治新模式。 3)发明了水力化造缝压力-流量自适应调节方法，研发出复杂煤层水力网络化防治煤与瓦斯突出集成装备。实现了钻孔与割缝自动切换、割缝导向压裂压力-流量自适应调节，保证煤层防突精准定位，有效改善作业环境，保证施工安全，降低工人劳动强度。全套装备成本低廉、操作便捷，已实现产业化并推广至全国矿区。 该项目成果已被列为财政部国家重大成果转化项目及国家安监总局“四个一批”重点研发和推广新技术,在重庆、贵州、河南、安徽、辽宁等矿区推广应用，与传统技术相比，瓦斯（煤层气）抽采量提高3~5倍，防突工程量减少32%以上，采煤工作面单产提高57%，且未发生瓦斯灾害事故。近3年，为应用单位创造经济效益24.14亿元，实现了煤矿突出灾害防治及煤层气开采双贏。已获得省部级一等奖2项，煤炭工业协会一等奖1项，授权发明专利26项，发表SCI、EI论文86篇，制定国家行业标准1项，地方企业标准2项。