采空區(qū)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(fā)的“煤炭采空區(qū)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(qū)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(qū)、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(qū)大規(guī)模應用，為我國煤炭采空區(qū)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(qū)下煤層氣地面抽采技術研發(fā)依托晉城礦區(qū)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(qū)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(qū)。煤層采空卸壓后，給采空區(qū)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(zhàn)。“如果解決不了，就會嚴重阻礙制約礦井后續(xù)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(huán)境?！奔鹃L江表示。
如何安全高效穿越3號煤層采空區(qū)，是下組煤煤層氣地面預抽亟須解決的難題?！按┰酱笠?guī)模采空區(qū)抽采下組煤的鉆井過程中，使用常規(guī)鉆井液鉆井，在穿越采空區(qū)時，鉆井液漏失嚴重，無法正常循環(huán)造成鉆井失敗；使用空氣鉆進工藝，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(fā)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(fā)育情況和采空區(qū)空間形態(tài)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(tài)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(fā)相適應的解決措施。
研發(fā)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(qū)域“三區(qū)三帶”范圍，并開展了采空區(qū)形態(tài)、下組煤煤層氣賦存狀態(tài)及運移規(guī)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(chuàng)新設計了過采空區(qū)煤層氣井的井身結構，研發(fā)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(guī)鉆井液鉆進、空氣鉆進帶來的難題?！奔鹃L江補充說，還創(chuàng)新設計了采空卸壓區(qū)煤層差異化壓裂改造技術、采空卸壓區(qū)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(qū)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(jiān)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(qū)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(chuàng)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
