项目名称

煤层突出危险动态可视化精细探测与区域水力消突关键技术

主要完成人

宋大钊，张健，陈鹏，王恩元，邱黎明，何志龙，穆朝元，孙谦，陈西华

主要完成单位

贵州豫能投资有限公司，中国矿业大学，北京科技大学，华北科技学院

推荐单位

贵阳市科学技术局

推荐等级

贵州省科学技术进步奖 一、二 等奖。

项目简介

煤炭能源产业是贵州省的重要支柱产业。贵州地区煤矿瓦斯地质赋存条件极为复杂，构造应力大，煤层瓦斯含量高，高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井占比近80%，突出灾害严重制约着煤矿安全高效生产和贵州经济社会健康发展。目前，煤矿突出危险尚未实现动态、可视化探测，导致突出防治措施针对性不强，消突效率不高；当前以打钻取芯检验瓦斯参数为主的消突效果“点检验”技术方法不能从时间和空间上全面反映消突措施效果，煤矿现场对系统、可靠、高效的突出危险区域性探测与防治技术的需求极为迫切。其中，研发高可靠性的物理方法进行突出危险区域扫描成像，实现区域动态可视化探测与消突效果检验，是瓦斯灾害防治领域长期致力突破的瓶颈问题。

项目组在科技部、国家自然科学基金委、中国博管会和煤炭企业的大力支持下，历经多年攻关，攻克了多项煤与瓦斯突出灾害防治关键技术难题，研发形成了煤层突出危险精细探测与精准消突技术体系，并成功实现了推广应用。主要创新成果如下：

（1）研究揭示了煤层突出危险区域演化特征与直流电法精细探测机理

研究揭示了煤体受载破裂过程的能量耗散特征，建立了采动空间突出危险区域能量平衡及熵平衡方程，揭示了危险区域的能量耗散与裂隙结构演化过程；研究得出了煤体破裂与吸附-解吸瓦斯过程电阻率响应特征规律，发现了煤体扩容导致的电阻率突变现象，揭示了电阻率变化与煤体结构演化的耦合响应机制及电法精细探测机理，为突出危险电法精细探测技术研发奠定了理论基础。

（2）研发了煤层突出危险直流电法动态可视化精细探测关键技术方法

首次将直流电法技术应用于煤层突出危险探测，研究揭示了煤层不同地质区域直流电法差异化响应特征规律；研发了基于直流电法的煤层突出危险判识方法，确定了危险判识关键参数与判识准则；建立了突出危险采煤工作面区域探测及掘进工作面超前探测技术方法，实现了对突出危险区域的扫描成像与动态可视化探测，为区域精准消突提供了基础和依据。

（3）研发了煤层突出危险区域精准水力消突关键技术与方法

根据煤层瓦斯地质条件、煤岩力学特性等因素，基于煤层能量耗散与结构演化过程，研发了新型超高压区域水力消突关键技术，确定了该技术现场实施关键技术参数、适用范围及工艺流程，形成了突出危险区域水力消突新方法，实现了不同类型突出危险煤层的卸压、增透、改性与区域消突，显著提高了防突效率。

（4）发明了突出危险煤层水力消突效果区域检验技术方法

实验研究揭示了受载煤体载荷、裂隙及水等3因素对电阻率的耦合作用规律，并现场测试得到了水力消突技术实施过程煤层电阻率变化规律，提出了利用直流电法进行水力消突效果检验的机理；发明了基于直流电法的突出危险煤层水力消突效果区域检验技术与方法，实现了对消突效果的扫描成像与准确检验，突破了传统“点检验”技术方法。

该成果是煤与瓦斯突出灾害预防领域的重大原始技术创新，在突出危险区域探测与消突效果检验方面突破了传统的“点探测”、“点检验”技术方法，经鉴定达到国际领先水平。成功应用于贵州、河南等地多座矿井，创造了巨大的经济和社会效益。授权国家发明专利22项、软件著作权2项；出版专著1部。项目为贵州豫能投资有限公司培养了大量的煤与瓦斯突出专业防治人员有力保障了贵州等地区高瓦斯矿井的安全生产，推动了煤炭工业灾害防治的科技进步。

主要知识产权和标准规范等目录