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晋能控股集团创新煤与煤层气共采技术

时间:2022-05-11  点击:8次

2022年4月26日,晋能控股集团成庄矿四盘区4319工作面日产优质无烟煤超万吨,同时在该矿当日抽采煤矿瓦斯折纯约45万标准立方米,持续创造着高瓦斯矿区煤与瓦斯共采绿色开采的新纪录。在邻近的晋能控股集团岳城矿一盘区1303采空区的YCCD-02井,自2014年至今累计产气折纯量已超过4116万立方米,昨日产气约1万立方米,单井产气支撑了一个2MW燃气发电站的运行。

晋能控股煤业集团成庄矿作为山西省级绿色开采试点煤矿中唯一的一座煤与瓦斯共采试点矿井,顺利通过项目验收,标志着山西省乃至全国煤与瓦斯共采技术取得突破,标志着晋能控股集团煤与煤层气共采国家重点实验室依托国家科技重大专项等高端科研项目,经多年的持续攻关研发的“全矿区、全层位、全时段煤与煤层气共采“四区联动”井上下联合抽采模式及系列技术”在生产实践中开花结果,填补了全球高瓦斯矿区绿色开采行业空白。

煤矿瓦斯是煤层中赋存的甲烷气在采煤过程中被释放出来与空气等混合后的俗称,当甲烷浓度在5—16%时遇明火会发生爆炸,长期以来是煤矿的“第一杀手”,被当作有毒有害气体依靠通风稀释至甲烷浓度1%以下后排放到大气中。这样虽然保证了采煤工作面不发生瓦斯事故,但既浪费了甲烷绿色气体资源,同时由于甲烷是严重的温室气体,又污染了大气环境。我国作为世界第一采煤大国,在世界范围内因采煤的甲烷气排放被诟病很大。

针对煤与煤层气两种同源共生资源安全高效、协调开发难题,煤与煤层气共采重点实验室及相关合作单位依托“十三五”国家科技重大专项等高端项目,结合山西省重点煤矿生产实际,持续开展了煤与煤层气共采理论和关键技术攻关。结合生产实际,重点实验室创新研发了全矿区、全层位、全时段的煤与煤层气共采“四区联动”井上下联合抽采模式。

重点实验室执行副主任李国富博士介绍:“规划区是指在5年至10年甚至更长时间以后才进行采煤作业的矿区,留有充分的煤层气预抽时间,我们借鉴页岩气开采技术,突破了碎软低渗煤层地面预抽的世界性难题;准备区是指矿区3年至5年内将进行的回采区域,主要通过井下定向长钻孔与地面压裂影响区沟通,实现井上下联合抽采安全高效;生产区是指煤矿现在的回采区域,基于该区采动活动剧烈和井下工程全开放特点,采用区域递进式顺层钻孔、穿层钻孔、高位定向长钻孔等技术,抽采现有生产区域工作面煤层气;采空区是指回采覆盖过的区域,在采空区因为遗煤和邻近层等原因,局部仍然有遗留大量的煤层气,重点实验室研发采空区煤层气的地面钻采技术,可实现地面钻采实现消患减排。”

以晋能控股寺河矿为例。经过10多年的连续抽采,该区瓦斯含量降幅达到49.1%,通过实施地面与井下‘两条腿走路’的煤与煤层气共采模式,真正实现了“先采气、后采煤”,煤与煤层气协调开发。近年来,该矿每年井下抽采的瓦斯保持在8亿立方米左右,相当于每年减排二氧化碳1200万吨。矿井瓦斯超限次数由最高年份的28次,减少到2021年的次。除了寺河矿外,赵庄矿、成庄矿、寺河矿均应用了该模式的相关技术,单孔抽采量提高5倍以上,掘进工作面预抽达标时间缩短57%,有效缓解了抽掘采接续紧张。

随着我国煤炭开采深度和强度的提升,高瓦斯矿区产出的煤炭占比不断提高,瓦斯成为制约煤炭行业实现“双碳”目标的关键。目前,该技术成果已逐步推广到山西阳泉、西山、汾西、潞安和甘肃窑街、河南平顶山等高瓦斯矿区,对保障我国煤炭安全生产、保护大气环境、补充绿色气体能源、助力能源革命转型发展等具有积极意义。