近日，在中国煤炭工业协会、中国煤炭学会对2020年度“中国煤炭工业协会科学技术奖”的评审中，西山煤电集团申报的《近距离煤层群瓦斯精准抽采关键技术与工程应用》获一等奖。
瓦斯不治，矿无宁日。我国高瓦斯和煤与瓦斯突出矿区，多数分布着瓦斯赋存条件复杂的近距离非稳定煤层群，瓦斯治理难度大。采用工程经验确定的瓦斯抽采方法与瓦斯赋存条件的匹配度存在较大技术偏差，抽采工程参数精准度不高，导致瓦斯治理工程量大、成本高和效率低。从 2010 年起，西山煤电集团、煤矿瓦斯治理国家工程研究中心和中国矿业大学组建研究团队，历经十余年联合攻关， 形成近距离煤层群瓦斯精准抽采理论与关键技术体系。
该项目建立了煤体瓦斯分数阶扩散与损伤裂隙瓦斯渗流的多物理场演化模型， 揭示了全时间尺度下非均质煤的瓦斯解吸动力学特征，可将煤层瓦斯含量测定精度提高 20%以上。
该项目发明了吸附分离与同位素分析的瓦斯溯源定量分析技术，高效分离了超低浓度瓦斯（<1%）中的甲烷与空气，突破了传统技术仅能对浓度高于 10%的瓦斯定量溯源的瓶颈，实现了回风巷等井下所有地点、全浓度范围的瓦斯定量溯源，揭示了西山矿区回风巷与采空区 50%以上的瓦斯来自开采煤层、高位抽采巷瓦斯 60%以上来自上邻近煤层，精准确定了回采工作面瓦斯的重点抽采目标。
该项目研发了瓦斯抽采方法精准选择技术：综合考虑瓦斯压力、煤体渗透率、瓦斯涌出量等 25 种影响抽采效果的因素，发展了抽采方法与抽采对象的优选匹配模型， 建设了 5种抽采对象（巷道掘进区域、 本煤层工作面、采空区和上/下邻近层）与 28 种抽采方法（回风隅角埋管、高位抽采巷等）的映射关系库， 实现了各类瓦斯抽采方法的精准匹配。
该项目提出了瓦斯抽采工程布置参数精准确定方法， 开发了煤矿瓦斯抽采达标评价、 采空区瓦斯流场模拟等软件，阐明了瓦斯流量、浓度和效率等参数全抽采周期的演化规律，定量评价了瓦斯抽采效果，精准确定了最佳的布孔间距、钻孔长度、终孔位置、抽采负压等参数，彻底扭转了以往抽采工程参数设计依赖经验的不利局面。
该项目共申请发明专利 15 件（12 件已授权），获软件著作权 3 项，制定企业标准 1 项，发表代表性论文 27 篇（SCI 论文 15 篇，中文论文 12 篇）， 项目成果在西山矿区进行了 8年的工程应用， 井下瓦斯抽采总量由项目实施前的 1.03 亿 m³/年增加到 2019 年的 2.63 亿m³/年，瓦斯利用量由 3477 万 立方米/年提高至 10271 万 立方米/年（瓦斯发电量近 2.0 亿度/年），基本杜绝了瓦斯超限，瓦斯灾害得到根本性控制，新增安全煤量最高达 1200 万 t/年， 取得了显著的经济效益和社会效益。
该研究成果已在西山煤电集团下属所有突出和高瓦斯矿井推广应用，使西山矿区实现了瓦斯治理由从“治得住”向“治得精”和“治得省”的转变，取得了抽采工程量减少、瓦斯治理水平提高的显著效果：矿区每年可节省抽采钻孔工程量约 16 万 m，减少高位抽采巷工程量约3000m； 西山矿区瓦斯抽采量不断攀升，由 2009 年的 1.03 亿m³提高到 2015 年的2.63 亿 m³，提高了约 1.6 倍，此后一直稳定在 2.6 亿 m³左右；瓦斯超限次数大幅度下降， 2011 年的超限次数比 2009 年降低了 92.6%，此后多个年份实现了全年瓦斯“零”超限；此外，自 2009 年之后西山矿区未发生一起瓦斯事故；释放生产能力最大为 1200万 t/年，且矿井开拓煤量、准备煤量、回采煤量更加均衡。项目成果还在汾西矿业集团、 淮南矿业集团等企业近距离非稳定煤层群赋存矿区推广应用。
经中国煤炭工业协会组织专家鉴定，该项目达到国际先进水平。项目成果提供了瓦斯精准抽采的技术与工程示范，提高了我国煤矿瓦斯治理水平并丰富了瓦斯治理体系，对我国煤炭事业的健康可持续发展具有重要意义。
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