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科技破局守护矿井安全 —记低渗突出煤层煤与瓦斯共采技术创新团队

2025-03-13 来源:研究总院

  在煤炭开采领域,低渗突出煤层的煤与瓦斯共采是极具挑战性的课题。瓦斯灾害不仅严重威胁煤矿安全生产,还制约着煤炭资源的高效开发。河南能源集团研究总院勇挑重担,组建了低渗突出煤层煤与瓦斯共采技术创新团队,致力于攻克这一难题,为煤炭行业的安全、高效发展提供坚实的技术支撑。

  应势而生,聚焦痛点,精准发力

  河南能源集团在河南省内的矿井面临着严峻的自然灾害风险,焦作、阳、鹤壁等矿区地质构造复杂,煤层条件差,且主采煤层多为单一低渗突出煤层,瓦斯含量高、压力大、透气性低,这使得瓦斯治理难度极大。为破解这一难题,研究总院整合优势资源,组建跨学科创新团队,锁定四大研究方向,围绕瓦斯抽采地质保障技术、低渗突出煤层煤与瓦斯高效共采理论与技术、水力扰动卸压增透关键技术及装备和井下瓦斯抽采系列技术及装备开展科技研发与创新工作。团队自成立以来,便以解决瓦斯灾害治理难题、实现煤与瓦斯安全高效共采为使命,在技术研发的道路上砥砺前行。

  多年来团队通过理论突破、装备革新与工程实践的三维联动,在集团公司高突矿井建成示范工程多处,实现了自主研发技术及装备的规模化推广,形成了煤与瓦斯共采高效消突技术体系,持续提升矿井瓦斯治理水平,助力高效安全生产。

  技术攻坚,从理论到实践的创新跃升

  瓦斯抽采地质保障技术

  精准的地质信息是瓦斯抽采的基础。团队深入研究瓦斯地质规律,构建了一套全面且精准的瓦斯抽采地质评价指标技术体系。通过对煤层赋存状态、地质构造、瓦斯含量及压力分布等多因素的综合分析,能够提前预测瓦斯富集区域,为瓦斯抽采钻孔的布置提供科学依据。例如,依据项目研究成果,在新田矿采用穿层钻孔+松动爆破钻孔协同立体空间交叉石门揭煤法、底抽巷实施下向穿层钻孔机械破煤造穴增透技术后,瓦斯抽采纯量和瓦斯抽采浓度大幅度提高,并有效缩短了揭煤时间,降低了瓦斯治理成本,采煤效率得到大幅度提升,产生了显著的安全经济效益。

  水力扰动卸压增透关键技术及装备

  针对低渗煤层透气性差的问题,团队研发了水力扰动卸压增透关键技术及装备,其核心技术包括钻冲一体化卸压抽采瓦斯、冲压协同增透瓦斯抽采技术、超高压水力切割卸压增透技术和机械水力切割洞穴卸压瓦斯抽采技术。利用高压水射流、机械刀具等增透方式对煤层进行扰动,在煤层中形成大量裂隙,有效提高煤层的透气性,从而增强瓦斯抽采效果。团队自主研发的水力扰动装备,包括钻冲一体化钻头、冲压一体化作业机、水压控制式可变径机械造穴刀具等都具有可靠性高、增透效果显著等优点。在多个矿区的应用实践表明,采用该技术后,煤层透气性系数提高了5倍以上,瓦斯抽采浓度和流量均大幅提升,为瓦斯治理和利用创造了有利条件。

  井下瓦斯抽采系列技术及装备

  团队在井下瓦斯抽采技术及装备研发方面也成果丰硕。自主研发的钻冲压一体化钻机实现了钻孔、冲孔、压裂联合连续作业,显著提高了井下水力压裂工作效率,实现了低成本快速化规模化冲压联合技术目的。同时,团队瓦斯抽采钻孔多级囊袋凝胶封孔装置,以绿色、环保、可降解的复配型密封材料为封孔介质,配合自动补液系统,可实现钻孔密封全过程的精准控制和回收利用,延长瓦斯抽采时间,提高瓦斯抽采浓度。此外,团队还开发了穿层钻孔精准设计、冲孔、评价系统,有效解放煤矿在瓦斯治理设计上投入的大量人力、物力和精力,而且还能够有效防控瓦斯抽采空白带隐患,提高钻孔合格率及施工效率,减少补孔数量及额外的瓦斯治理成本和时间。

  人才引育,创新生态的底层支撑

  低渗突出煤层煤与瓦斯共采技术创新团队拥有一支高素质、富有创新精神的人才队伍。团队现有专职科研人员 10余人,其中高级职称人员占比80%,均为硕士学历以上人员。团队成员涵盖了采矿工程、安全工程、地质工程、机械工程等多个专业领域,形成了多学科交叉融合的创新团队。在团队建设过程中,注重人才引进与培养,积极与国内外知名高校、科研机构开展合作交流,为团队成员提供广阔的学习与发展空间。同时,团队建立了完善的内部激励机制,充分调动科研人员的积极性和创造性,营造了良好的创新氛围、构建创新生态的底层支撑。

  未来蓝图

  低渗突出煤层煤与瓦斯共采技术创新团队作为河南能源集团在瓦斯灾害治理领域的先锋队,正以科技创新为引领,用创新实践守护矿井安全。未来,这支“科技先锋队”将继续以技术为矛、以安全为盾,在保障能源安全与推动绿色转型的征程中书写新的篇章。团队负责人郭瑜表示,“我们将继续秉承创新驱动发展的理念,不断加大技术研发投入,致力于实现这三个目标:一是进一步深化煤与瓦斯共采技术研究,不断完善现有技术体系,推动技术成果的广泛应用与转化,为更多煤矿企业提供技术支持与服务;二是在科研成果方面,力争在国内外高水平学术期刊上发表更多具有影响力的学术论文,申请更多国家发明专利,提升团队在行业内的知名度和影响力;三是加强科研平台建设,积极参与国家级、省部级科研项目,打造具有国际先进水平的煤与瓦斯共采技术研发平台。”(熊俊杰)