双碳战略中煤气共采技术发展路径的思考

自提出“双碳”目标以来,我国生态文明建设已进入以降碳为重点战略方向的关键时期。煤炭作为兜底能源的地位短期内不会改变,能耗“双控”向碳排放总量和强度“双控”转变的核心即为CH_(4)-CO_(2)协同减排。在精准分析碳达峰、碳中和阶段煤矿CH_(4)-CO_(2)双重碳减排面临挑战的基础上,明确了双碳战略中煤气共采技术发展需结合现状需求-技术攻关-政策驱动的核心原则,制定了双碳战略中煤气共采技术的发展路径,论述了其中的关键技术问题。碳达峰阶段,CH_(4)减排以排放源管控为基础视角,核心为瓦斯抽采-利用全周期碳减排关键技术,包含瓦斯富集区靶向精准抽采技术、低渗煤层增透及注气驱替增流抽采技术、关闭矿井瓦斯逃逸通道封堵减碳技术、瓦斯富集-提浓-利用一体化技术,目的是大幅提升高浓度瓦斯抽采-利用效率,减少低浓度及通风瓦斯碳排放;CO_(2)减排以“CCUS+生态碳汇”全域负碳排放技术为核心,包含煤层CO_(2)封存、工业固废采空区充填协同CO_(2)地质封存、煤矿碳封存区域土壤-地表-大气异常监测及生态碳汇技术,进一步吸纳烟道气或纯CO_(2)排放。碳中和阶段核心任务是实现CH_(4)-CO_(2)(近)零碳排放,CO_(2)减排应当由技术攻关示范工程转变为规模化应用阶段,并建立全生命周期煤矿CH_(4)-CO_(2)排放智能监测及动态管控技术体系,实现监测管控技术手段与碳排放环节深度匹配、碳排放监测管控云平台与煤矿全局监控系统深度对接。最后对未来煤气共采体系绿色低碳发展提出了自身见解与思考:(1)继续深化“高效精准抽采+全浓度梯级利用”煤矿CH_(4)零排放技术模式;(2)持续攻关“CO_(2)工程封存+生态碳汇”CO_(2)零排放技术体系;(3)积极探索煤矿“零碳智慧园区”综合解决方案,形成激励和倒逼并重的煤矿碳减排政策支持体系。

低透气性煤层群无煤柱煤气共采理论与实践

在淮南矿区复杂地质条件低透气性煤层群卸压开采抽采瓦斯多年创新和实践的基础上,提出了首采卸压层无煤柱沿空留巷Y型通风煤气共采新思路;通过对采空区边缘岩体结构变形破坏和裂隙演化规律的分析,揭示了采动影响区内顶底板岩层裂隙的动态演化规律、Y型通风方式下采空区的空气压力场分布及卸压瓦斯的流动规律,通过分析沿空留巷围岩大小结构的变化规律,提出了基于锚杆支护的"三位一体"留巷围岩控制技术;研发成功新型CHCT充填材料、强支撑自移模板液压充填支架、干混料集装箱以及充填泵上料系统,建立机械化快速构筑充填墙体工艺系统,发展和创新了低透气性煤层群无煤柱煤气共采的理论及关键技术。

单一低透突出煤层底抽巷煤气共采技术及实践

针对单一低透突出煤层存在瓦斯灾害严重、开采效率低等问题,在分析回采工作面应力分布和渗透率分布的基础上,提出了单一低透突出煤层底抽巷煤气共采模式,即采前未卸压区水力冲孔抽采、采中影响区的应力降低区瓦斯抽采和采后的采空区瓦斯抽采模式。李沟煤矿的工程应用结果表明:3种抽采方法互相协调、互为补充,不但消除了工作面突出危险性,而且大大地增加了瓦斯抽采量,实现了单一低透突出煤层煤与瓦斯的安全高效开采。

突出煤层群保护层开采快速留巷“Y”型通风煤气共采关键技术

以神华宁煤集团乌兰煤矿为例,开展了无煤柱快速沿空留巷"Y"型通风的工业试验,并对该技术体系支撑下的回采工作面瓦斯治理进行了探讨,研究结果表明:实施沿空留巷后采用"Y"型通风可以解决上隅角瓦斯聚集和超限问题;可少掘1条巷道,减少了突出危险性,降低了成本,提高了安全性;可利用留巷抽采采空区卸压瓦斯并可向下区段工作面进行打钻消突,解决工作面消突预留时间长的难题,缓解采掘接续紧张的局面。通过保护层2次卸压抽采,消除了煤层突出危险性,减小了煤层瓦斯含量,消除了被保护层的煤柱损失,提高了资源回收率。

小回沟井田煤与煤层气共采模式研究

基于当前煤层气矿权与煤炭矿权大面积重叠的条件下,以小回沟井田煤层气地面开发方案为例,通过数值模拟的手段,研究了利用煤层气地面抽采技术对高瓦斯矿井采煤工作面瓦斯治理的效果;在探讨了煤炭与煤层气生产企业间优势互补而共采的基础上;评价了合作共采煤层气与煤的经济指标。综合研究结果表明,遵循煤矿采掘接替关系并借助煤矿企业的成熟有利条件,在高瓦斯煤矿区地面抽采煤层气,既能降低煤矿瓦斯事故风险、提高煤炭生产效益,又能确保煤层气开发的基本效益,从而达到煤炭与煤层气共采的目的,扭转当前煤炭与煤层气企业的对立局面。

瓦斯变废为宝——煤与瓦斯共采技术现状

瓦斯一直作为一种灾害存在于煤矿开采领域,随着能源结构的调整以及对瓦斯资源利用技术的发展,瓦斯已经从煤矿的一种灾害转变为重要资源,煤与瓦斯共采技术的出现是实现这一转变的重要支撑,同时也是煤矿开采领域重大的技术进步。煤与瓦斯共采的提出满足国家的重大需求,给出了煤与瓦斯共采技术的范畴,抛砖引玉的综述了目前较为先进的煤与瓦斯共采技术,促进煤与瓦斯共采技术的科学发展。

邻近层卸压瓦斯抽采与通风相互作用现象分析

本文通过对13个回采面及矿井主扇风机不同运行状态与瓦斯抽采的历史数据的统计分析，对矿井卸压瓦斯的运移、分布规律、物理性质进行探讨，表明提高瓦斯抽采率是实现煤气共采安全高效的关键。

中国煤矿区煤层气开发及其技术途径

在介绍我国及重点煤矿区煤层气资源量分布利用情况以及煤矿区煤层气开发原则的基础上,分析了煤矿区煤与煤层气一体化开发的时空协调关系及煤气共采实现的技术途径。从煤层采动引起的岩层移动时空规律、煤层采动对煤层气钻井(孔)布设的影响和采煤活动对煤矿区煤层气开发的促进作用3个方面分析了煤炭开采对煤层气开发的影响;从煤层气开发对煤炭开采顺序和效率的影响、煤层气抽采对煤矿瓦斯治理的促进作用以及煤层气地面开发存在的安全隐患3个方面,分析了煤层气开发对煤炭开采的影响。最后介绍了煤矿区煤层气开发的效果,指出煤与煤层气一体化协调开发是开发和利用煤矿区2种资源,预防和治理煤矿瓦斯事故的有效途径。

改革通防系统 确保通风可靠

鹤壁八矿是一个早期设计、长期服役的矿井。针对该矿地质条件差,瓦斯大,煤炭自然发火期短,生产工艺比较落后的问题,提出了改革采煤工艺和通风方式,实现高产高效、合理通风的战略方案。并引入沿空留巷、煤气共采等概念,为该矿科技人员指出了攻关方向。

“采煤采气一体化”市场化模式及扶持政策研究

国家为解决煤层气矿权重叠提出了"采煤采气一体化"模式,但没有达到预期的效果。首先介绍了"采煤采气一体化"政策实施现状,分析当前政策的不足,认为可从市场化角度推进"采煤采气一体化",并构建市场化运作模式,最终提出政府参与该模式需要的政策建议。