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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

王家臣教授团队提出急倾斜煤层流态化开采技术

2022-01-19

  急倾斜煤层是开采难度最大的煤层,尽管其储量只占全国煤炭储量的5%左右,但其煤种往往都是焦煤等稀缺煤种,因此研究急倾斜煤层安全高效绿色开采具有重要意义。

  

  根据煤层厚度和倾角不同,目前开采急倾斜厚煤层常用三种技术是水平分段综放开采、走向长壁综采和走向长壁综放开采。近日,矿大(北京)王家臣教授团队总结分析了上述三种技术现状;根据急倾斜煤层的赋存特点,提出了现代煤炭地下气化开采技术、新式水力采煤技术两种流态化开采技术构想,并详解了两种开采技术未来的重要研究方向。相关研究成果以《急倾斜煤层开采技术现状与流态化开采构想》(点击下载原文)为题于1月19日在《煤炭科学技术》进行了网络首发。

  

  水平分段综放开采是指将急倾斜厚煤层自上而下分为若干个水平采煤分段,在每个分段内进行综放开采。工作面两巷布置在分段下部靠近顶底板的煤层内。研究认为:水平分段综放技术还需要在采放工艺、合理分段高度、顶煤冒放性与端头放煤、智能开采等几个方面进行深入研究,以进一步提高顶煤采出率和开采效率。

  

  走向长壁综采技术适用于煤层厚度小于5 m、煤层倾角小于65°的急倾斜煤层,目前已有一些成功案例,如四川广能集团绿水洞煤矿、李子垭煤矿、黑龙江双鸭山东保卫煤矿等。研究认为:走向长壁综采技术还需继续研究工作面布置、设备的防倒防滑与开采工艺等问题。

  

  走向长壁综放技术适用于煤层厚度介于5~20 m,煤层倾角小于60°的急倾斜煤层。研究认为:走向长壁综放技术需要科学合理地利用放煤规律并制定合理的采放工艺,以提高工作面支架稳定性和顶煤采出率。

  

  煤炭原位气化(或煤炭地下气化)开采集建井、开采和转化于一体,利用化学方法将赋存于地下的煤炭直接转化为气态含能组分后输送到地表,是一种基于化学反应的煤炭原位绿色开采方法。

  

  急倾斜煤层原位气化的核心为选择正确的进气和排气系统,根据煤层条件、煤层地质条件选择合理的气化工作面及推进方式,创造有效的气流运动和反应强度,实现最大的能量利用效率。

  

  研究人员以创造有效气流运动、理想反应强度及最高能量利用效率为思想,提出了针对急倾斜煤层的两种气化炉型:单气化面线性开采气化炉和双气化面U型地下气化炉:

  

王家臣图15(小).jpg

单气化面线性开采气化炉


王家臣图16.jpg

双气化面U型地下气化炉


  线性开采气化炉由注气井和生产井构成,注气井为一条长距离直斜井,生产井由一系列垂直钻孔构成,沿煤层倾斜布置。将注气井与最低水平的生产井对接并连通。在生产井底部煤层点火,之后注入含氧气化剂将注气井两侧的煤进行气化开采,实现气化开采面沿煤层倾斜方向自下而上推进开采。所有备用生产井可以同时用作监测井,采用直接测量和间接测量的方法,获取气化面的信息。线性开采气化炉主要沿注井气方向对煤层进行开采,类似倾斜长壁采煤法。开采长度依据煤层倾斜长度及煤层水文地质条件确定,长度可达500 m及以上。该气化炉建炉成本低,有望用于近距离煤层群的开采。

  

  双气化面U型地下气化炉,注气井为两条长距离直斜井,生产井为一条长距离直斜井。注气井和生产井在末端对接。将煤层在对接井附近引燃后,通过注气点后退实现煤层反向燃烧,通过主动控制煤层的气化开采层位,将注气井和产气井之间的煤炭进行气化开采,气化开采面沿煤层倾斜自下而上移动。该炉型双气化开采面宽度可达60 m,有望支持规模化气化开采。

  

  研究总结了急倾斜煤层气化开采仍需深入研究的关键技术,包括气化过程的控制与强化、气化反应空间管理、气化工作面探测技术、地下水污染防治与控制。

  

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  急倾斜厚煤层水力开采巷道布置示意

  

  针对煤层厚度较大但不能进行水平分段开采的急倾斜煤层,研究认为可尝试水力开采。

  

  急倾斜煤层水力采煤的核心是巷道布置,即如何形成既满足水力切割落煤,又可以实现水力运输和提升,并且能够确保安全开采的系统。研究提出,未来急倾斜煤层水力开采的方向应该是机械化、自动化,甚至智能化,即通过布置更合理的开采系统,研发远程可控或智能的高压落煤水枪,然后辅助可移动的支护装置、安全设施、监控监测手段等,实现安全高效的开采。

  

  这项研究得到了国家自然科学基金、河北省自然科学基金项目的资金支持。

  

引用格式:王家臣,杨胜利,刘淑琴,等.急倾斜煤层开采技术现状与流态化开采构想[J/OL].煤炭科学技术:1-13[2022-01-19].[http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2402.TD.20220118.1508.113.html]


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  责任编辑:宫在芹
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