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2023年袁亮院士 袁亮院士：煤与瓦斯共采 领跑煤炭科学开采 发布日期：2023-5-9 16:53:48 浏览量：74 【字体：大 中 小】 2023年11月18日，由中国工程院、国家能源局举办的首届中国能源论坛明确提出：我国将“坚持以煤炭为主体、电力为中心、油气和新能源全面发展的能源战略”，20302050年煤炭年需求达35亿吨，在能源结构中的比例仍占50%。可见，在相当长的时期内，煤炭作为我国主导能源和基础能源的地位无法替代。 然而，我国煤炭开采难度大，-1000米以下煤炭资源量占总资源量的53%，全国95%以上的煤矿为井工开采，瓦斯、水、火、地压、地温等自然灾害严重，特别是瓦斯问题尤为突出，国有重点煤矿70%以上是高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井，且大部分为低透气性煤层。长期以来，我国在低透气性煤层中开展的地面煤层气开采一直未能取得突破，国家曾引进美国技术在两淮矿区实施数口地面钻井开采煤层气，试验均告失败。同时，在煤矿井下引进德国、澳大利亚钻机直接在煤层中抽采瓦斯的尝试也没有成功。上述研究至今仍未取得进展，因此，自上世纪80年代以来，随着煤矿开采深度增加，瓦斯灾害升级，此类煤矿瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出事故频繁发生。 淮南矿区是瓦斯危害最典型的矿区之一，历史上是全国煤矿瓦斯事故重灾区。近十多年来，我们针对低透气性煤层瓦斯治理状况，即地面煤层气开采和地下直接抽采瓦斯均走不通的客观事实，大胆从煤矿井下开采源头来解决低透气性高瓦斯煤层瓦斯治理难题，依靠井下采场卸压开采来增加煤层透气性，并抽采卸压瓦斯的煤与瓦斯共采理论。解决了低透气性煤层煤矿瓦斯治理这一世界性、历史性的难题，杜绝了瓦斯爆炸事故，大大解放了矿区生产力。十多年淮南矿区及全国类似条件安全开采瓦斯治理实践已证明，煤与瓦斯共采是实现煤炭科学开采的必由之路。 把“老虎”关进笼子里 淮南矿区资源丰富，探明资源量500亿吨，其中-1200米以浅国家批准的总体资源量285亿吨，煤层气资源近7000亿立方米，是我国东部和南部最大的一块整装煤田，占我国东部煤炭储量的50%，占安徽省煤炭储量的74%。 然而，淮南煤炭赋存条件差，为低透气性煤层群开采条件，渗透率极低地质条件极为复杂，煤层瓦斯含量高，每分钟瓦斯涌出量达1100立方米，居全国前列，是我国开采难度最大的煤田之一，瓦斯事故多发。几十年来，被瓦斯这只“猛虎”所束缚，矿区煤炭产量一直徘徊在1000万吨左右，丰富的煤炭资源和良好的区位优势难以发挥。 众所周知，低透气性煤层瓦斯治理是世界性难题，传统的治理办法是“拼刺刀”，即直接在低透气性高瓦斯、煤与瓦斯突出煤层进行治理措施和采掘活动，对瓦斯是“堵”而不是“疏”。这个路子已经证明是行不通的，大量瓦斯仍然存留在煤层之中，治理效果差。要想降伏瓦斯这只“拦路虎”，消除瓦斯威胁，实现安全生产，就必须走出一条新路子。 1996年4月，通过大量试验研究和理论论证，我提出了“卸压开采煤与瓦斯共采”的技术原理：打破传统自上而下的开采顺序，首先开采瓦斯含量相对较低的薄煤层，造成上下岩层移动，膨胀卸压，从而增加煤层透气性，使得相邻煤层的瓦斯被解析为游离瓦斯，再通过预先布置的巷道和钻孔“抽采”到地面。这样，实现了煤与瓦斯共采，煤层得以在低瓦斯状态下安全开采，抽采到地面的瓦斯通过地面永久抽采系统进行综合利用，实现低碳经济。 这一理论提出之后，当时在推广实施的过程中却遇到了很大的阻力，因为煤矿技术创新不像其他行业的技术创新，如果失败风险很大，不但耗费人力、物力、财力，还极有可能威胁到安全生产。因此，需要大胆设想，小心求证。1996年10月，淮南煤矿举行了“卸压开采煤与瓦斯共采技术”专家论证会。当与会人员听懂这个方案后，一片哗然，不约而同地提出了质疑。有的人认为这是异想天开，其中一位专家说：“对于卸压开采，我们在50年代就已经搞过，都没有成功。”另外一位专家担心：“卸压瓦斯不进入钻孔，在巷道里四处乱窜，从而给安全造成巨大的威胁。” 淮南煤矿已经别无选择，我们还是决定开展实验室研究和现场验证试验，并力推该项新技术，在新区的潘一矿和老区的新庄孜矿各选择一个工作面进行试验。 1998年9月，令人惊喜的消息传来。“卸压开采抽采瓦斯煤与瓦斯共采技术”取得了巨大的成功，仅潘一矿一条巷道就抽出了1000多万立方米的瓦斯，煤层透气性增加了2880倍，低透气性煤层卸压增透后，煤层中60%以上瓦斯被抽采出来，瓦斯威胁得到了解除，实现了高瓦斯煤层在低瓦斯状态下的安全开采。 2000年之后，该技术逐步成熟并在淮南矿区全面铺开，形成了井上下立体的卸压开采抽采瓦斯、煤与瓦斯共采和先抽瓦斯后采煤的工程技术体系。瓦斯，这只昔日吞噬多少矿工生命的“老虎”终于被温顺地关进了笼子里。 科学开采面临的问题与思考 我国煤矿95%以上是井工开采，平均开采深度近500米，且每年以2030米的速度增加，将有一批矿井陆续进入深部开采。在我国煤炭资源储量中，近一半埋深在-1000米以上。据最新一轮的全国煤田预测结果，我国-2000米以浅的煤炭资源总量为5.57万亿吨，其中埋深在-1000米以下的为2.95万亿吨,占煤炭资源总量的53%。随着开采深度的增加，开采所遇到的难度并不是线性增加，而是几何级增加，超过浅部开采的几倍，甚至数十倍、上百倍，高瓦斯、高地温、高地压、高承压水“四高”等急难技术问题日益突出，成为世界性难题。瓦斯压力、含量快速升级，煤与瓦斯突出灾害日趋严重，瓦斯治理的难度越来越大；在高承压水作用下，突水危险趋于严重；随着开采深度的增加，热害威胁增加；深部地应力大，冲击地压现象急剧增加，破坏性很大；矿井生产规模逐步扩大，开采强度增大，生产系统日趋复杂，危险性不断增大，一旦发生事故，其灾难性、破坏性更大，且增大了事故应急救援的难度。 应清醒地看到，我国煤炭行业还存在着一系列管理上的严重问题。一是部分煤矿企业对瓦斯、水、火等井下灾害认识不够，管理标准低，在安全没有保证的情况下盲目组织生产，为煤矿安全埋下重大隐患。二是技术落后、基础薄弱。煤矿深部开采理论研究不够，实时动态的灾害预防技术缺乏，煤矿开采设计、安全技术标准低，高瓦斯复杂地质条件矿区采场内构造场、应力场、裂隙场和瓦斯场不清楚，基础研究严重不足，已经在很多大事故中反映出来。三是安全投入存在历史欠账。由于过去煤矿企业经济困难，安全投入不够，装备得不到及时更新，许多矿区仍然使用落后的装备，达不到深部开采的安全标准。四是煤炭行业办矿门槛低，煤矿员工队伍整体素质与高危行业的灾害威胁和严格的作业要求差距较大，相当一批企业人才匮乏，煤炭行业高等教育距离培养高素质人才的要求有较大差距。 今后相当长的时期内，煤炭作为我国主导和基础能源的地位不会改变，煤矿实现科学产能是保障煤炭能源安全和煤炭工业全面协调可持续发展的关键所在。 建议国家和地方政府加大煤炭行业的科技攻关力度，开展煤矿瓦斯治理、水害防治、地压治理、深井开采、生态环保等重大技术难题的攻关研究。尤其是煤与瓦斯共采技术与理论要在全国煤矿进一步推广，需要对不同矿区、不同煤层地质条件等技术问题进行深入研究，使煤与瓦斯共采技术能够适用于我国各类条件的煤矿。 淮南矿区依靠技术创新尝到了甜头，但是煤炭深部开采的许多重大科学和技术难题没有解决。因此，国家和地方政府要重点引导和支持创新要素向企业集聚，加快建立以企业为主体、市场为导向、产学研相结合的技术创新体系。企业是技术创新的主体，煤炭行业面临的技术难题在企业，企业要有解决安全发展急难课题的迫切需求与动力，要开创资金、人才等国家级研究平台，组织科研院校和企业开展行业技术创新工作。特别提出，投入是煤炭实现安全高效开采和瓦斯治理的物质基础。没有高投入，不发展先进生产力，就没有瓦斯等重大事故的有效控制。高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井安全费用提取标准应不低于50元/吨煤，其中瓦斯治理费用应不低于35元/吨煤。煤炭行业科研和技术装备投入应不少于销售收入的2%3%，资金保障是提高企业技术创新能力和装备水平的关键。最后，建议国家和地方政府应高度重视煤炭科学产能，加快实现煤炭科学开采。 袁亮院士 中国工程院 袁亮院士在晋城煤业集团的讲话 向“港大院士”袁苏妹学习 个人事迹(袁晓亮) 袁亮带领村民致富典型材料 “荣誉院士”袁苏妹材料作文写作指导及优秀习作 袁亮 学习执行力心得体会 袁亮 学习执行力心得体会 测绘院士 院士见解