采空區(qū)下煤層氣地面抽采關(guān)鍵技術(shù)突破并應(yīng)用
來源：科技日報 時間：2025-01-14 16:55
1月10日，記者從山西煤與煤層氣共采全國重點實驗室獲悉，該實驗室研發(fā)的“煤炭采空區(qū)下伏煤層煤層氣地面抽采關(guān)鍵技術(shù)與示范”（以下簡稱“采空區(qū)下煤層氣地面抽采關(guān)鍵技術(shù)”），在獲得山西省科技進(jìn)步獎一等獎之后，又獲中國技術(shù)市場協(xié)會金橋獎二等獎。
“這項成果形成了適用于過采空區(qū)、抽采下組煤煤層氣的關(guān)鍵理論及成套技術(shù)，并在山西晉城礦區(qū)大規(guī)模應(yīng)用，為我國煤炭采空區(qū)下組煤的煤層氣地面預(yù)抽提供了理論依據(jù)和示范樣板?！痹撝攸c實驗室研究室主任季長江博士表示。
采空區(qū)下煤層氣地面抽采技術(shù)研發(fā)依托晉城礦區(qū)煤與煤層氣共采實踐開展。季長江說，晉能控股集團(tuán)寺河礦區(qū)經(jīng)多年開采煤炭后，3號煤層形成了面積約為169平方公里采空區(qū)。煤層采空卸壓后，給采空區(qū)下方的9號、15號煤層開采及煤層氣地面預(yù)抽，帶來了巨大技術(shù)挑戰(zhàn)?！叭绻鉀Q不了，就會嚴(yán)重阻礙制約礦井后續(xù)資源接替與采掘銜接，影響煤礦安全生產(chǎn)和產(chǎn)能釋放，也會造成大量瓦斯氣體排放污染大氣環(huán)境。”季長江表示。
如何安全高效穿越3號煤層采空區(qū)，是下組煤煤層氣地面預(yù)抽亟須解決的難題?！按┰酱笠?guī)模采空區(qū)抽采下組煤的鉆井過程中，使用常規(guī)鉆井液鉆井，在穿越采空區(qū)時，鉆井液漏失嚴(yán)重，無法正常循環(huán)造成鉆井失?。皇褂每諝忏@進(jìn)工藝，雖能解決漏失，但部分空氣可能會沿裂隙逸入井下，極易導(dǎo)致煤層自燃，增加煤礦安全隱患，因此需要研發(fā)安全高效的鉆完井技術(shù)?！奔鹃L江說，此外，3號煤層采空卸壓后，上覆巖層的應(yīng)力分布、裂隙發(fā)育情況和采空區(qū)空間形態(tài)特征、采空卸壓后對下伏煤巖層的滲透性影響、下組煤的煤層氣賦存狀態(tài)及運(yùn)移情況、適用的壓裂改造技術(shù)及配套的排采技術(shù)等，均需要研究清楚并探索研發(fā)相適應(yīng)的解決措施。
研發(fā)人員確定了3號煤開采形成的頂部垮落帶、裂隙帶、彎曲下沉帶及相對應(yīng)的區(qū)域“三區(qū)三帶”范圍，并開展了采空區(qū)形態(tài)、下組煤煤層氣賦存狀態(tài)及運(yùn)移規(guī)律、滲透率變化特征、鉆完井關(guān)鍵技術(shù)、壓裂改造及排采技術(shù)攻關(guān)。“我們創(chuàng)新設(shè)計了過采空區(qū)煤層氣井的井身結(jié)構(gòu)，研發(fā)了氮氣介質(zhì)潛孔錘鉆進(jìn)、跟管鉆進(jìn)等安全高效鉆完井成套技術(shù)工藝，使用惰性氣體氮氣代替鉆井液和空氣，解決了常規(guī)鉆井液鉆進(jìn)、空氣鉆進(jìn)帶來的難題?！奔鹃L江補(bǔ)充說，還創(chuàng)新設(shè)計了采空卸壓區(qū)煤層差異化壓裂改造技術(shù)、采空卸壓區(qū)煤層差異化排采控制技術(shù)，減少了對煤層的傷害，最大程度地釋放了煤層氣井產(chǎn)能。
這一成果對煤炭采空區(qū)下伏煤層的煤層氣地面高效抽采，實現(xiàn)保障礦井安全生產(chǎn)、補(bǔ)充清潔能源、降低溫室氣體減排三重效益具有重要現(xiàn)實意義。據(jù)介紹，該成果已通過了山西省科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化促進(jìn)與數(shù)據(jù)監(jiān)測中心組織的科技成果評價，科研水平達(dá)到了國際領(lǐng)先。
目前，該成果已在山西寺河、岳城等礦區(qū)進(jìn)行了推廣與應(yīng)用，截至2022年底，累計施工投運(yùn)煤層氣井203口，日產(chǎn)氣量約54.7萬立方米，累計產(chǎn)量6.37億立方米，創(chuàng)造產(chǎn)值10.83億元，相當(dāng)于減排二氧化碳955.5萬噸。（趙向南）
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