創(chuàng)新點

(1) 從煤炭開采的采前、采中、采后的全生命周期角度，闡述了煤礦全生命周期煤氣共采的概念內涵：1) 廣義資源理念。在開采煤炭資源的同時考慮對瓦斯資源的開發(fā)與利用，特別是廢棄采空區(qū)瓦斯資源開發(fā)。2) 基于巖層移動規(guī)律理念。利用采動過程中巖層移動引起的瓦斯卸壓與裂隙發(fā)育，是煤氣共采的基本手段。3) 全生命周期理念。在礦井設計階段，評估構造分布情況以及煤炭開采巖層破斷運動對瓦斯的影響程度，合理規(guī)劃瓦斯抽采方案；在煤層開采過程中，充分利用采動卸壓與強化抽采技術手段，提高瓦斯抽采效果；在采空區(qū)或礦井封閉后，采用適宜的抽采技術對廢棄采空區(qū)或廢棄礦井的瓦斯資源進行開發(fā)利用，實現(xiàn)礦井全生命周期煤氣共采。

(2) 針對陽泉礦區(qū)煤層賦存條件，提出了煤礦全生命周期煤氣共采的技術模式，建立了以煤礦規(guī)劃區(qū)復雜構造帶地面直井壓裂靶向預抽、煤礦開拓區(qū)底抽巷穿層鉆孔液態(tài)二氧化碳相變致裂預抽、煤礦生產區(qū)本煤層超前卸壓瓦斯二次封孔強化抽采、廢棄采空區(qū)瓦斯地面鉆井抽采為代表的煤礦全生命周期煤氣共采技術體系。

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突出礦井全生命周期煤氣共采技術模式與實踐

作者：胡國忠^1,2, 秦偉, 許家林^1,2, 李國君, 袁梅, 楊南, 李康

單位：1. 中國礦業(yè)大學 礦業(yè)工程學院; 2. 中國礦業(yè)大學 煤炭精細勘探與智能開發(fā)全國重點實驗室; 3. 中國礦業(yè)大學 安全工程學院; 4. 貴州大學 礦業(yè)學院

引用格式：

胡國忠，秦偉，許家林，等. 突出礦井全生命周期煤氣共采技術模式與實踐[J]. 綠色礦山，2026，4(1)：70?78.HU Guozhong，QIN Wei，XU Jialin，et al. Technical models and practices of coal and gas co-mining across the full life cycle of outburst coal mines[J]. Journal of Green Mine，2026，4(1)：70?78.

摘要

隨著煤礦采深增加，越來越多的開采煤層逐漸轉為突出煤層，并具有地質構造復雜、無開采保護層、透氣性低、地應力高等特點，造成煤層瓦斯抽采難度增加，而煤氣共采是解決上述難題的有效途徑。以陽泉礦區(qū)為例，從煤炭開采的采前、采中、采后的全生命周期角度，闡述了煤礦全生命周期煤氣共采的概念內涵與技術模式；建立了以煤礦規(guī)劃區(qū)復雜構造帶地面直井壓裂靶向預抽、煤礦開拓區(qū)底抽巷穿層鉆孔液態(tài)二氧化碳相變致裂預抽、煤礦生產區(qū)本煤層超前卸壓瓦斯二次封孔強化抽采、廢棄采空區(qū)瓦斯地面鉆井抽采為代表的煤礦全生命周期煤氣共采技術體系。結果表明，以人工增透與采動卸壓為手段的煤氣共采成套技術的成功應用，使陽泉礦區(qū)的煤礦規(guī)劃區(qū)地面直井單井抽采量提高了7倍、煤礦開拓區(qū)本煤層瓦斯抽采量提高了5.7～8倍、煤礦生產區(qū)工作面超前卸壓瓦斯抽采量提高了184%、廢棄采空區(qū)地面鉆井產氣量平均達3 504 m/d，有效提高了深部開采煤層的瓦斯抽采效果。研究成果將有助于煤礦企業(yè)從礦井全生命周期角度進行科學的瓦斯抽采規(guī)劃，以促進瓦斯災害事故預防、瓦斯利用與減排。

引言

在傳統(tǒng)的煤礦開采過程中，煤層瓦斯是引發(fā)瓦斯爆炸和煤與瓦斯突出的基本物質，常被人們視為一種災害性氣體。然而，煤層瓦斯還是一種潔凈能源，可用于居民生活、發(fā)電和工業(yè)原料等。其次，煤層瓦斯的主要成分甲烷是一種比二氧化碳的溫室效應大20倍的氣體，煤礦瓦斯的大量排放嚴重污染了大氣環(huán)境。在采煤的同時，將瓦斯作為一種資源抽采出來并加以利用，實現(xiàn)煤氣共采，是解決瓦斯災害防治、促進瓦斯利用與減排的根本途徑。煤氣共采作為煤礦綠色開采技術體系的主要內容之一，已成為采礦與安全學科的研究熱點。

山西陽泉礦區(qū)是我國典型的煤礦瓦斯災害較為嚴重的礦區(qū)之一。隨著煤層開采深度增加，山西陽泉礦區(qū)煤層的地質構造復雜、不具備保護層開采條件、透氣性低、地應力高等問題日益突出，造成煤層瓦斯抽采困難。在“采前”瓦斯抽采中，常規(guī)地面煤層氣井預抽效果差，造成復雜構造帶煤巷掘進與突出短兵相接；同時，由于大多數(shù)突出礦井不具備開采保護層的條件，且受制于煤層低滲特性，井下鉆孔預抽效果差，嚴重制約了礦井采掘接替。在“采動”卸壓瓦斯抽采中，雖然利用煤壁前方煤體的“卸壓增透”效應來提高本煤層抽采量已成為共識，但超前支承壓力在提高煤層滲透率的同時也破壞了鉆孔氣密性，使瓦斯抽采濃度降低。開采后封閉的廢棄采空區(qū)匯聚著大量卸壓瓦斯，具有巨大的資源開發(fā)價值，但目前缺乏有關廢棄采空區(qū)瓦斯抽采的基礎理論與工程經驗。

因此，以山西陽泉礦區(qū)為例，針對煤礦全生命周期過程中瓦斯資源抽采存在的技術難題，建立了覆蓋煤礦規(guī)劃區(qū)、開拓區(qū)、生產區(qū)與廢棄采空區(qū)的全生命周期煤氣共采的概念內涵與技術模式，并進行了工程實踐，對實現(xiàn)煤與瓦斯的安全高效共采、促進瓦斯利用、減少礦區(qū)溫室氣體排放具有重要的理論意義與應用價值。

部分圖片

圖1 煤礦全生命周期煤氣共采技術體系

圖2 陽泉礦區(qū)煤礦全生命周期煤氣共采技術模式

圖3 規(guī)劃區(qū)構造帶地面直井壓裂靶向消突法

圖4 突出煤層復雜構造帶地面直井井位選擇方法

圖5 穿層鉆孔液態(tài)二氧化碳預裂工藝

圖6 不同時刻條件下煤體爆破裂紋擴展過程^[15]

圖7 預裂鉆孔布置方案

圖8 本煤層超前卸壓瓦斯抽采技術原理

圖9 超前卸壓區(qū)順層鉆孔二次封孔工藝^[17]

圖10 超高水膨脹漿液貫入阻力曲線^[16]

圖11 廢棄采空區(qū)瓦斯儲量評價模型^[23]

圖12 廢棄采空區(qū)連通區(qū)域劃分

圖13 廢棄采空區(qū)地面鉆井井身結構設計^[20]

圖14 試驗鉆井的瓦斯抽采效果

作者簡介

胡國忠，中國礦業(yè)大學二級教授、博士生導師，現(xiàn)任江蘇省礦山地震監(jiān)測工程實驗室副主任。國家自然科學基金聯(lián)合基金重點項目負責人，國家煤炭工業(yè)技術委員會煤礦通風與安全專委會委員，中國有色金屬學會采礦學術委員會委員。先后榮獲全國煤炭青年科技獎，江蘇省“六大人才高峰”高層次人才，江蘇省“青藍工程”中青年學術帶頭人，新疆領軍人才。

研究方向

長期從事煤與煤層氣共采、微波破煤巖、巖層移動與綠色開采等領域的科研與教學工作。

主要成果

主持了國家自然科學基金項目（聯(lián)合重點、面上、聯(lián)合培育、青年）、“十四五”國家重點研發(fā)計劃子課題等5項，企業(yè)創(chuàng)新課題70余項。獲山西省科技進步獎二等獎、貴州省科技進步獎二等獎、中國煤炭工業(yè)協(xié)會科學技術獎一等獎、中國職業(yè)安全健康協(xié)會科技進步獎一等獎等省部級科技獎勵9項，發(fā)表論文90余篇，出版專著2部，授權發(fā)明專利10余項。

編輯丨李莎

審核丨常明然

煤炭科學研究總院期刊中心擁有科技期刊21種。其中，SCI收錄1種，Ei收錄5種、CSCD收錄6種、Scopus收錄8種、中文核心期刊9種、中國科技核心期刊11種、中國科技期刊卓越行動計劃入選期刊4種，是煤炭行業(yè)最重要的科技窗口與學術交流陣地，也是行業(yè)最大最權威的期刊集群。

期刊簡介

為深入貫徹習近平生態(tài)文明思想，踐行“綠水青山就是金山銀山”理念，搭建綠色礦山建設領域高端學術交流平臺，2023年5月，經國家新聞出版署批準，由中國煤炭科工集團主管、煤炭科學研究總院有限公司主辦的中文科技期刊——《綠色礦山》（Journal of Green Mine）應運而生。《綠色礦山》為季刊，國內統(tǒng)一連續(xù)出版物號為：CN10-1912/TD，ISSN號：2097-3357，由《綠色礦山》編輯部負責策劃、出版、發(fā)行。

刊登范圍

綠色勘查、綠色開采、礦山地下空間利用、綠色選冶、礦山環(huán)境保護、低碳技術及節(jié)能減排、數(shù)字礦業(yè)、綠色低碳經濟政策與評價等。

期刊主頁

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投稿網址

https://lsks.cbpt.cnki.net/EditorAN/index.aspx?t=1

聯(lián)系：常明然

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