中煤科工集团重庆研究院:煤层瓦斯测定技术十年研发路

2018年08月07日08:44  来源:重庆日报
 

中煤科工集团重庆研究院的科研人员在矿井下做试验。(受访者供图)

  瓦斯被称作“煤矿第一杀手”,准确测定煤层瓦斯含量,不仅能有效控制瓦斯事故,还能高效开发煤气资源。

  在国家自然科学基金重点项目、国家“十二五”科技支撑计划项目、重庆市科委项目等支持下,中煤科工集团重庆研究院有限公司(以下简称“煤科院”)历时10余年研发“煤层瓦斯含量井下直接测定技术及装备”,研究成果达到国际领先水平,被广泛应用到全国各地的矿井和瓦斯隧道中。

  为此,在前不久揭晓的2017年度重庆市科技成果奖励名单中,该项目获得了重庆市科技进步奖一等奖。

  解决“测不准、测不深、测不快”的难题

  瓦斯又称为煤层气,是一种非常规天然气资源,我国埋深在2000米以浅的煤层气蕴藏量为36.8万亿立方米,非常丰富。

  不过,瓦斯容易造成煤矿事故,在2006年该项目立项以前,我国瓦斯事故造成的年死亡人数达到2000多人,占一次死亡百人以上煤矿事故的92%。

  一直以来,我国都高度重视瓦斯事故的预防及瓦斯资源的抽采利用。而准确测定瓦斯含量是有效控制瓦斯事故、高效开发煤层气资源的基础。

  “过去的技术存在‘测不准、测不深、测不快’三大问题。”项目负责人胡千庭介绍,测定瓦斯含量有直接法和间接法两种,直接法就是钻孔取样直接测定瓦斯含量,以前这种方法的测定时间在一周左右,测定误差仅能控制在30%以内,从专业角度来看测定存在较大误差;间接法测定一个数据要花30天以上,又无法实现快速测定。而且,这两种测定方法的测定深度都小于50米,随着煤矿开采往深处发展,也越来越不能满足现实需要。

  为此,2006年,煤科院启动了“煤层瓦斯含量井下直接测定技术及装备”研究,目的就是准确掌握煤层瓦斯灾害的严重程度,确定是否需要瓦斯抽采,以及评判瓦斯抽采效果是否达标,保证能够实现“测得准、测得深、测得快”。

  在超过40℃的井下呆18个小时做试验

  由煤科院研究的测定技术及装备是怎样解决上述难题的?

  “我们仍然采用的是直接法,但跟过去有所不同。”胡千庭表示,从煤层条件来看,硬煤比较好取样,但软煤就难以取样。为此,他们发明了适用于软煤的正负压联合栓流定点取样装置成孔工艺,用螺旋异形钻杆压风排渣工艺及大功率高转速钻机具施工钻孔取样,让取样深度由过去的50米提高至120米,而且取样时间从过去的40分钟大幅缩短至2分钟。

  取样过程中的瓦斯损失量是造成测定误差的根源所在。为此,他们发明了适用于硬煤的风水联动低损失量取样装置及取样方法,提升了取样的成功率,也避免了取样过程中因摩擦产生热量,显着降低了瓦斯损失量。

  在上述取样工艺基础上再通过构建瓦斯损失量高精度补偿模型,准确推算瓦斯损失量使瓦斯测定的误差从原来的30%以内大幅缩减至7%以内。

  取得这样的成果,并非易事。研究过程中,他们经常和矿工一样,到矿井下去做试验,最长一次在井下一呆就是18个小时。不论冬夏,井下温度都超过40℃,他们依然坚持在一线做试验。

  艰辛和努力,换来了8项国家发明专利,2项软件着作权,3部编着。经鲜学福、彭苏萍、袁亮等院士评定,该项目成果达到国际领先水平。

  产品应用到全国85%的高瓦斯突出矿井

  该项目成果被原国家安监总局作为先进适用技术推广,并被《煤矿安全规程》《防治煤与瓦斯突出规定》《煤矿瓦斯抽采基本指标》《煤矿瓦斯等级鉴定暂行办法》等行业法规采纳。

  自2008年以来,其相关产品已经应用到全国700多对矿井,技术应用到全国500多对矿井和47条瓦斯隧道,市场份额占85%。

  “重庆所有矿井都应用了我们的技术。”胡千庭说,这让煤科院实现产品创收1.6亿元、技术创收3.2亿元,提升了应用单位的瓦斯隐患排查能力和措施效果评价的可靠性,使其工作面瓦斯超限次数降低37%-80%,促进了瓦斯抽采利用及矿井安全生产,矿井采掘效率提高10%-20%,也产生了明显的经济效益。

  “不仅是‘测得准、测得深、测得快’,目前我们还在做进一步研究,对产品及技术做改进。”胡千庭表示,一方面是原位测定,也就是说,不用取样出来,直接就在煤层中测定;另一方面是降低成本,减少瓦斯测定的辅助工程,普通工人经过培训就可以操作设备测定瓦斯含量,让煤矿企业“测得起”。

  重庆日报记者 张亦筑

(责编:秦洁、张祎)

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