《喀斯特地貌矿区瓦斯高效抽采关键技术及应用》

项目公示材料

项目名称：喀斯特地貌矿区瓦斯高效抽采关键技术及应用

推荐等级：贵州省科学技术进步奖一等奖、二等奖

主要完成人：李冰、曹建波、杨程涛、刘晓、闫本正、熊俊杰、姜沛汶、刘高峰、穆朝元

主要完成单位: 贵州豫能投资有限公司、河南工程学院、河南能源集团研究总院有限公司、河南理工大学

项目简介：

贵州素有“江南煤海”之称，煤炭资源保有储量居全国第五，同时也是我国典型的高瓦斯矿井集中分布区和喀斯特岩溶发育区。瓦斯高效抽采是实现该区域煤炭资源安全高效开发的核心保障。受强烈岩溶作用影响，区域地质条件复杂，煤层瓦斯分布高度不均。传统抽采模式下，存在瓦斯抽采地质理论缺失、瓦斯多尺度运移行为预测不准、岩溶地层增透与密封工艺低效、抽采工程设计与地质条件脱节等系统性难题，导致煤与瓦斯突出灾害频发，严重制约区域煤炭资源安全高效开发进程。

为此，在国家自然科学基金、河南能源集团和贵州豫能投资有限公司科技研发计划、河南省科技攻关等项目的支持下，历经多年系统攻关与工程实践，围绕“地质规律－运移机理－工艺技术－智能系统”全链条开展协同创新，攻克了喀斯特地貌矿区瓦斯分布主控因素与抽采地质理论构建、瓦斯多尺度运移全过程高精度模拟、岩溶地层高效增透与钻孔长效密封、以及抽采工程智能设计与动态优化四大技术难题。形成了从地质诊断、理论建模、工艺创新到智能决策的完整瓦斯抽采技术体系，实现了瓦斯抽采由经验判断向精准调控的跨越，保障了喀斯特地貌矿区高瓦斯矿井的安全高效开采，有力支撑了贵州煤炭“富矿精开”。

主要创新成果如下：

（1）揭示了喀斯特地貌矿区瓦斯分布规律与主控因素，创立了瓦斯抽采地质理论，破解了岩溶发育区瓦斯富集规律不清、现有地质理论指导抽采不力的难题。发现了喀斯特地貌矿区煤层有效埋深与地应力场突变是瓦斯分布的主控因素，建立了四级瓦斯抽采地质单元划分与评价方法，形成了指导喀斯特地貌矿区瓦斯高效治理的工程部署方案和技术规范，无效巷道和钻孔进尺减少了15%。

（2）阐明了瓦斯吸附/解吸-扩散-渗流运移机理，构建了瓦斯运移全过程耦合数学模型，突破了多尺度瓦斯运移行为难以精确预测的理论瓶颈。揭示了地温场、地应力场、瓦斯压力场和多尺度结构控制瓦斯储-运特性的分形演化机理，建立了煤化学结构、孔隙结构归一化、三维裂隙体积与迂曲度分形计算模型和瓦斯吸附/解吸-扩散-渗流分形动力学模型。经多矿区验证，该模型预测准确率达90%。

（3）研发了适应岩溶地层条件的“水力强化增透-智能注浆封孔-负压精准调控”一体化抽采技术，解决了瓦斯抽采效率低、钻孔密封性差及抽采稳定性不足的工程难题。研发了水力扰动卸压增透瓦斯抽采系列装备及配套工艺体系，发明了自适应岩溶裂隙的智能注浆封孔技术，建立了基于瓦斯浓度实时感知的抽采负压智能调控与预警系统，钻孔密封合格率≥95%，相同抽采周期内单孔瓦斯抽采纯量和浓度平均提高30%。

（4）创建了基于喀斯特地貌矿区地质模型的瓦斯高效抽采智能决策平台，突破了传统抽采设计依赖经验、难以适配复杂地质条件的技术瓶颈。形成了集地质诊断、抽采技术优选、钻孔参数智能设计、定压封孔自动调控、抽采效果模拟为一体的瓦斯抽采综合决策机制，实现了“一孔一工程”的精细化管控，钻孔设计效率平均提升60%，补孔工程量减少20％，单面减少相关技术管理人员5人，抽采达标工期缩短约20%。

主要知识产权和标准规范等目录：