采空區下煤層氣地面抽采關鍵技術突破并應用
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，該實驗室研發的“煤炭采空區下伏煤層煤層氣地面抽采關鍵技術與示范”（以下簡稱“采空區下煤層氣地面抽采關鍵技術”），在獲得山西省科技進步獎一等獎之后，又獲中國技術市場協會金橋獎二等獎。
“這項成果形成了適用于過采空區、抽采下組煤煤層氣的關鍵理論及成套技術，并在山西晉城礦區大規模應用，為我國煤炭采空區下組煤的煤層氣地面預抽提供了理論依據和示范樣板?！痹撝攸c實驗室研究室主任季長江博士表示。
采空區下煤層氣地面抽采技術研發依托晉城礦區煤與煤層氣共采實踐開展。季長江說，晉能控股集團寺河礦區經多年開采煤炭后，3號煤層形成了面積約為169平方公里采空區。煤層采空卸壓后，給采空區下方的9號、15號煤層開采及煤層氣地面預抽，帶來了巨大技術挑戰?！叭绻鉀Q不了，就會嚴重阻礙制約礦井后續資源接替與采掘銜接，影響煤礦安全生產和產能釋放，也會造成大量瓦斯氣體排放污染大氣環境?！奔鹃L江表示。
如何安全高效穿越3號煤層采空區，是下組煤煤層氣地面預抽亟須解決的難題。“穿越大規模采空區抽采下組煤的鉆井過程中，使用常規鉆井液鉆井，在穿越采空區時，鉆井液漏失嚴重，無法正常循環造成鉆井失?。皇褂每諝忏@進工藝，雖能解決漏失，但部分空氣可能會沿裂隙逸入井下，極易導致煤層自燃，增加煤礦安全隱患，因此需要研發安全高效的鉆完井技術?！奔鹃L江說，此外，3號煤層采空卸壓后，上覆巖層的應力分布、裂隙發育情況和采空區空間形態特征、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及運移情況、適用的壓裂改造技術及配套的排采技術等，均需要研究清楚并探索研發相適應的解決措施。
研發人員確定了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的區域“三區三帶”范圍，并開展了采空區形態、下組煤煤層氣賦存狀態及運移規律、滲透率變化特征、鉆完井關鍵技術、壓裂改造及排采技術攻關。“我們創新設計了過采空區煤層氣井的井身結構，研發了氮氣介質潛孔錘鉆進、跟管鉆進等安全高效鉆完井成套技術工藝，使用惰性氣體氮氣代替鉆井液和空氣，解決了常規鉆井液鉆進、空氣鉆進帶來的難題。”季長江補充說，還創新設計了采空卸壓區煤層差異化壓裂改造技術、采空卸壓區煤層差異化排采控制技術，減少了對煤層的傷害，最大程度地釋放了煤層氣井產能。
這一成果對煤炭采空區下伏煤層的煤層氣地面高效抽采，實現保障礦井安全生產、補充清潔能源、降低溫室氣體減排三重效益具有重要現實意義。據介紹，該成果已通過了山西省科技成果轉移轉化促進與數據監測中心組織的科技成果評價，科研水平達到了國際領先。
目前，該成果已在山西寺河、岳城等礦區進行了推廣與應用，截至2022年底，累計施工投運煤層氣井203口，日產氣量約54.7萬立方米，累計產量6.37億立方米，創造產值10.83億元，相當于減排二氧化碳955.5萬噸。（趙向南）
責任編輯：沈馨蕊
