创新点

(1) 从煤炭开采的采前、采中、采后的全生命周期角度，阐述了煤矿全生命周期煤气共采的概念内涵：1) 广义资源理念。在开采煤炭资源的同时考虑对瓦斯资源的开发与利用，特别是废弃采空区瓦斯资源开发。2) 基于岩层移动规律理念。利用采动过程中岩层移动引起的瓦斯卸压与裂隙发育，是煤气共采的基本手段。3) 全生命周期理念。在矿井设计阶段，评估构造分布情况以及煤炭开采岩层破断运动对瓦斯的影响程度，合理规划瓦斯抽采方案；在煤层开采过程中，充分利用采动卸压与强化抽采技术手段，提高瓦斯抽采效果；在采空区或矿井封闭后，采用适宜的抽采技术对废弃采空区或废弃矿井的瓦斯资源进行开发利用，实现矿井全生命周期煤气共采。

(2) 针对阳泉矿区煤层赋存条件，提出了煤矿全生命周期煤气共采的技术模式，建立了以煤矿规划区复杂构造带地面直井压裂靶向预抽、煤矿开拓区底抽巷穿层钻孔液态二氧化碳相变致裂预抽、煤矿生产区本煤层超前卸压瓦斯二次封孔强化抽采、废弃采空区瓦斯地面钻井抽采为代表的煤矿全生命周期煤气共采技术体系。

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突出矿井全生命周期煤气共采技术模式与实践

作者：胡国忠^1,2, 秦伟, 许家林^1,2, 李国君, 袁梅, 杨南, 李康

单位：1. 中国矿业大学 矿业工程学院; 2. 中国矿业大学 煤炭精细勘探与智能开发全国重点实验室; 3. 中国矿业大学 安全工程学院; 4. 贵州大学 矿业学院

引用格式：

胡国忠，秦伟，许家林，等. 突出矿井全生命周期煤气共采技术模式与实践[J]. 绿色矿山，2026，4(1)：70−78.HU Guozhong，QIN Wei，XU Jialin，et al. Technical models and practices of coal and gas co-mining across the full life cycle of outburst coal mines[J]. Journal of Green Mine，2026，4(1)：70−78.

摘要

随着煤矿采深增加，越来越多的开采煤层逐渐转为突出煤层，并具有地质构造复杂、无开采保护层、透气性低、地应力高等特点，造成煤层瓦斯抽采难度增加，而煤气共采是解决上述难题的有效途径。以阳泉矿区为例，从煤炭开采的采前、采中、采后的全生命周期角度，阐述了煤矿全生命周期煤气共采的概念内涵与技术模式；建立了以煤矿规划区复杂构造带地面直井压裂靶向预抽、煤矿开拓区底抽巷穿层钻孔液态二氧化碳相变致裂预抽、煤矿生产区本煤层超前卸压瓦斯二次封孔强化抽采、废弃采空区瓦斯地面钻井抽采为代表的煤矿全生命周期煤气共采技术体系。结果表明，以人工增透与采动卸压为手段的煤气共采成套技术的成功应用，使阳泉矿区的煤矿规划区地面直井单井抽采量提高了7倍、煤矿开拓区本煤层瓦斯抽采量提高了5.7～8倍、煤矿生产区工作面超前卸压瓦斯抽采量提高了184%、废弃采空区地面钻井产气量平均达3 504 m/d，有效提高了深部开采煤层的瓦斯抽采效果。研究成果将有助于煤矿企业从矿井全生命周期角度进行科学的瓦斯抽采规划，以促进瓦斯灾害事故预防、瓦斯利用与减排。

引言

在传统的煤矿开采过程中，煤层瓦斯是引发瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出的基本物质，常被人们视为一种灾害性气体。然而，煤层瓦斯还是一种洁净能源，可用于居民生活、发电和工业原料等。其次，煤层瓦斯的主要成分甲烷是一种比二氧化碳的温室效应大20倍的气体，煤矿瓦斯的大量排放严重污染了大气环境。在采煤的同时，将瓦斯作为一种资源抽采出来并加以利用，实现煤气共采，是解决瓦斯灾害防治、促进瓦斯利用与减排的根本途径。煤气共采作为煤矿绿色开采技术体系的主要内容之一，已成为采矿与安全学科的研究热点。

山西阳泉矿区是我国典型的煤矿瓦斯灾害较为严重的矿区之一。随着煤层开采深度增加，山西阳泉矿区煤层的地质构造复杂、不具备保护层开采条件、透气性低、地应力高等问题日益突出，造成煤层瓦斯抽采困难。在“采前”瓦斯抽采中，常规地面煤层气井预抽效果差，造成复杂构造带煤巷掘进与突出短兵相接；同时，由于大多数突出矿井不具备开采保护层的条件，且受制于煤层低渗特性，井下钻孔预抽效果差，严重制约了矿井采掘接替。在“采动”卸压瓦斯抽采中，虽然利用煤壁前方煤体的“卸压增透”效应来提高本煤层抽采量已成为共识，但超前支承压力在提高煤层渗透率的同时也破坏了钻孔气密性，使瓦斯抽采浓度降低。开采后封闭的废弃采空区汇聚着大量卸压瓦斯，具有巨大的资源开发价值，但目前缺乏有关废弃采空区瓦斯抽采的基础理论与工程经验。

因此，以山西阳泉矿区为例，针对煤矿全生命周期过程中瓦斯资源抽采存在的技术难题，建立了覆盖煤矿规划区、开拓区、生产区与废弃采空区的全生命周期煤气共采的概念内涵与技术模式，并进行了工程实践，对实现煤与瓦斯的安全高效共采、促进瓦斯利用、减少矿区温室气体排放具有重要的理论意义与应用价值。

部分图片

图1 煤矿全生命周期煤气共采技术体系

图2 阳泉矿区煤矿全生命周期煤气共采技术模式

图3 规划区构造带地面直井压裂靶向消突法

图4 突出煤层复杂构造带地面直井井位选择方法

图5 穿层钻孔液态二氧化碳预裂工艺

图6 不同时刻条件下煤体爆破裂纹扩展过程^[15]

图7 预裂钻孔布置方案

图8 本煤层超前卸压瓦斯抽采技术原理

图9 超前卸压区顺层钻孔二次封孔工艺^[17]

图10 超高水膨胀浆液贯入阻力曲线^[16]

图11 废弃采空区瓦斯储量评价模型^[23]

图12 废弃采空区连通区域划分

图13 废弃采空区地面钻井井身结构设计^[20]

图14 试验钻井的瓦斯抽采效果

作者简介

胡国忠，中国矿业大学二级教授、博士生导师，现任江苏省矿山地震监测工程实验室副主任。国家自然科学基金联合基金重点项目负责人，国家煤炭工业技术委员会煤矿通风与安全专委会委员，中国有色金属学会采矿学术委员会委员。先后荣获全国煤炭青年科技奖，江苏省“六大人才高峰”高层次人才，江苏省“青蓝工程”中青年学术带头人，新疆领军人才。

研究方向

长期从事煤与煤层气共采、微波破煤岩、岩层移动与绿色开采等领域的科研与教学工作。

主要成果

主持了国家自然科学基金项目（联合重点、面上、联合培育、青年）、“十四五”国家重点研发计划子课题等5项，企业创新课题70余项。获山西省科技进步奖二等奖、贵州省科技进步奖二等奖、中国煤炭工业协会科学技术奖一等奖、中国职业安全健康协会科技进步奖一等奖等省部级科技奖励9项，发表论文90余篇，出版专著2部，授权发明专利10余项。

编辑丨李莎

审核丨常明然

煤炭科学研究总院期刊中心拥有科技期刊21种。其中，SCI收录1种，Ei收录5种、CSCD收录6种、Scopus收录8种、中文核心期刊9种、中国科技核心期刊11种、中国科技期刊卓越行动计划入选期刊4种，是煤炭行业最重要的科技窗口与学术交流阵地，也是行业最大最权威的期刊集群。

期刊简介

为深入贯彻习近平生态文明思想，践行“绿水青山就是金山银山”理念，搭建绿色矿山建设领域高端学术交流平台，2023年5月，经国家新闻出版署批准，由中国煤炭科工集团主管、煤炭科学研究总院有限公司主办的中文科技期刊——《绿色矿山》（Journal of Green Mine）应运而生。《绿色矿山》为季刊，国内统一连续出版物号为：CN10-1912/TD，ISSN号：2097-3357，由《绿色矿山》编辑部负责策划、出版、发行。

刊登范围

绿色勘查、绿色开采、矿山地下空间利用、绿色选冶、矿山环境保护、低碳技术及节能减排、数字矿业、绿色低碳经济政策与评价等。

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