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2019年度國家科學技術獎提名公示

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資訊詳情

2019年度國家科學技術獎提名公示

分類:
通知公告
作者:
來源:
2019/01/04 11:44
【摘要】:
2019年度國家科學技術獎提名公示

項目名稱:

煉焦煤極近距離煤層群資源與呆滯資源整體開采關鍵技術

提名單位意見:

提名者:

山西省

提名意見:

煉焦煤資源稀缺,戰略價值高,且煉焦煤伴生瓦斯資源豐富,但煤層透氣性差、吸附性強,瓦斯抽采難度大,提高開采回采率與瓦斯抽采率必將導致安全風險與技術難度成倍增加。同時,超低濃度及低濃度瓦斯利用技術難度大,利用量極其有限,造成嚴重的環境污染。該項目經過十余年的自主創新與科技攻關,攻克了煉焦煤開采、瓦斯抽采與瓦斯利用方面存在的技術、裝備等諸多難題。首創上部煤層堅硬頂板與下部煤層破碎夾石頂板聯合控制技術,解決高回采率開采引發的安全生產難題,使礦井資源回采率提高10%;開發近距離高瓦斯煤層群高效抽采關鍵技術與裝備,解決近距離高瓦斯煤層群瓦斯抽采技術難題;首創低濃度瓦斯富集純化分質高效利用關鍵技術,實現低濃度瓦斯的全域分質高效利用。在西山煤電、霍州煤電、汾西礦業、華晉焦煤全面推廣應用,累計回收殘煤、煤柱及村莊壓煤資源1.25億噸,多抽采瓦斯2.6億m3,年利用低濃度瓦斯1.09億m3。成果獲省部級科技進步一等獎5項、二等獎10項,授權發明專利13項,其他知識產權40項,發表SCI、EI論文36篇。在龍煤等礦區應用,效果十分顯著,實現稀缺煉焦煤及伴生瓦斯資源一體化高效開發。

提名該項目為國家科技進步二等獎。

項目簡介:

該項目屬于礦山工程技術領域。來源于“十一五”國家科技支撐計劃課題、國家自然科學基金重點項目與企業橫向項目等。

煉焦煤是保障鋼鐵工業安全不可替代的戰略資源,按現在的可采儲量,僅可采30年。山西焦煤所屬礦區煤層為極近距離,高瓦斯、難抽采煤層群。受歷史開采技術與裝備限制,上部已采煤層既有遺留煤柱、邊角煤等呆滯資源高達20億噸以上,又有采空區水、火、瓦斯等多種災害,采用傳統殘采方法回收呆滯資源技術難度大、成本高、安全風險大,必須采用先抽后采的煤與瓦斯一體化開采,進而實現資源與呆滯資源整體開采。項目以稀缺煉焦煤高回收率開采、瓦斯高效抽采、低濃度瓦斯利用為主線,通過研究上部煤層堅硬頂板與下部煤層破碎夾石頂板聯合控制技術、近距離煤層群瓦斯一體化高效抽采與低濃度瓦斯富集純化分質高效利用等關鍵技術,經過多年持續攻關,取得一批科技創新成果,主要創新如下:

1、首創上部煤層堅硬頂板與下部煤層破碎夾石頂板聯合控制技術

研制極近距離煤層群整體開采上層煤堅硬頂板改性弱化技術,揭示堅硬頂板巖層注水壓裂強度變化規律,實現堅硬頂板定向預裂與軟化破裂,解決了采空區堅硬頂板大面積懸頂冒落形成颶風威脅安全開采的技術難題;研制極近距離煤層群整體開采下層煤破碎頂板主、被動耦合支護技術,實現在礦山壓力巨幅波動條件下保持巷道頂板完整性,解決了極近距離煤層群開采下部煤層夾巖破碎頂板難以控制的技術難題;研制井下煤矸分離技術,實現煉焦煤提質,將層間夾矸分離回填至廢棄巷道或采空區,減少了矸石排放。

2、首創近距離煤層群瓦斯一體化高效抽采關鍵技術與裝備

首創井下上穿層、中間層走向順層多分支鉆孔的近距離多煤層整體水力壓裂促抽技術,研制近距離煤層群井下整體水力壓裂裝備,攻克了分支鉆孔煤泥堵孔、煤層透氣性差、煤層間連通性差、鉆進工程量大、封孔多、漏氣性大導致瓦斯抽采濃度低等技術難題,實現了單煤層鉆孔對本煤層與臨近層瓦斯的一體化抽采;首創松軟低滲透煤層深孔液態二氧化碳相變致裂增透技術,研制遠距離多點二氧化碳相變致裂成套裝備,攻克了延時致裂、分段致裂、致裂裝備止飛、致裂裝備與鉆孔耦合關系等技術難題,實現了致裂孔與抽采孔交替配合的整體增透抽采。研發低滲透煤層瓦斯調控抽采技術,實現了抽采泵站變頻調節,自動控制抽采鉆孔及管路閥門開度,解決了高抽采負壓、低抽采效率難題;研發新老采空區“以孔代巷”低負壓、大流量抽采技術與成套裝備,顛覆了傳統大流量抽采必須依賴專用抽采巷道的模式;研發近距離煤層群瓦斯與火災一體化防治關鍵技術,揭示瓦斯抽采誘導浮煤自燃致災關聯因素及其耦合作用關系。

3、開發低濃度瓦斯富集純化分質高效利用關鍵技術

發明了疏水型無機多級孔甲烷吸附劑,優化材料的吸附分離性能,研發了吸附劑快速合成技術,開發連續制備過程中的實時監測與控制系統;開發雙回流式多級變壓吸附分離技術與工藝,研制裝填了疏水型無機多級孔甲烷吸附劑的低濃度瓦斯富集純化裝備;自主研發乏風超低濃度瓦斯高效催化氧化技術與裝備,合成具有梯度型與層狀八面體結構的氧化鈰催化劑載體,對氧化鈰形貌、結構與晶面、氧空位進行優化與調控,實現濃度0.75%以下乏風瓦斯的高效氧化,瓦斯轉化率達95%以上。

項目整體達到國際領先水平。應用以來,累計回收殘煤、煤柱等呆滯資源1.25億噸,多抽采瓦斯2.6億m3,年利用低濃度瓦斯1.09億m3。獲省部級科技進步一等獎5項、二等獎10項,授權發明專利13項,其它知識產權40項,發表SCI、EI論文36篇。在山西焦煤、龍煤等五個礦區應用,實現稀缺煉焦煤及伴生瓦斯資源一體化高效開發。

客觀評價:

項目“瓦斯抽采鉆孔分體組合式囊袋無管封孔技術材料及裝備研究”經中國煤炭工業協會組織的鑒定委員會鑒定,鑒定委員會認為:①研制出適應性強的CE高水膨脹封孔材料;②研發的分體組合式囊袋封孔技術,可有效解決塌孔、堵孔、封孔段長度不可調等問題;③項目成果在官地礦、電蘭礦、杜兒坪礦等多個煤礦推廣應用,封孔成功率達到了100%。綜上所述,鑒定委員會認為該項目研究成果達到國際先進水平,同意通過鑒定。

項目“近距離突出煤層群瓦斯分組成藏特征及綜合治理技術體系研究”經中國煤炭工業協會組織的鑒定委員會鑒定,鑒定委員會認為:①揭示屯蘭礦近距離突出煤層群瓦斯分組成藏特性,獲得了近距離煤層群上、下組瓦斯層序,垂下成藏特征和主控制因素;②確定了瓦斯含量作為上下組主采煤層區域預測敏感指數,k1值作為局部預測指標,并對臨界值進行劃分。綜上所述,鑒定委員會認為該項目研究成果達到國際先進水平,同意通過鑒定。

項目“杜兒坪礦密閉巷道-鉆孔聯合預抽技術研究”經國家安全生產監督管理總局組織的鑒定委員會鑒定,鑒定委員會認為:①密閉巷道-鉆孔聯合預抽新技術有效地提高了瓦斯抽采濃度和抽采量,實現了井下大流量高弄濃度的瓦斯抽采;②建立了鉆孔瓦斯抽采的流動方程,得出了預抽區域內瓦斯在時間、空間上的分布規律,確定了煤層瓦斯抽采量、抽采率等重要參量的估算方法,優化了杜兒坪礦2#、8#、9#煤層瓦斯抽采鉆孔的參數。綜上所述,鑒定委員會認為該項目研究成果達到國際先進水平,同意通過鑒定。

項目“5000萬噸級礦區巷道支護技術創新體系及應用”經山西省科學技術廳組織的鑒定委員會鑒定,鑒定委員會認為:①確定出西山礦區巷道頂板結構面類型,提出近距離煤層巷道、強烈動壓巷道圍巖控制原理及技術,解決了近距、動壓、永久及普通回采等4類巷道支護難題;②研發出適合西山礦區的高強度拱形錨桿錨索托板,攻克了錨桿錨索及其附件配套性差的技術難題。綜上所述,鑒定委員會認為該項目研究成果達到國際先進水平,同意通過鑒定。

與課題相關的論文SCI 、EI收錄36篇。

應用情況:

項目于 2004 年 1 月起始, 2015 年 12 月完成整體技術研發。部分先期研究成果于2008 年1 月開始在山西焦煤集團下屬的西山煤電、 霍州煤電、 汾西礦業、華晉焦煤推廣應用。根據山西焦煤集團所屬 4 個子公司取證統計,近 3 年內累計多采出煉焦煤資源2289萬噸,創產值 122.9億元。另外,項目部分科技成果在龍煤集團得到推廣應用,近 3 年累計多采出煉焦煤資源201萬噸,創產值 11.6億元。

主要知識產權和標準規范等目錄:

主要完成人情況:

李晉平,排名1,副校長,教授,工作單位太原理工大學,完成單位太原理工大學。對創新點2、3做出了突出貢獻。開發出新型雙回流多級變壓吸附分離結構,研制出首臺填裝無機多孔吸附劑的低濃度瓦斯富集裝置。并組織中在西山煤電集團等推廣應用。

梁春豪,排名2,總經理,教授級高工,工作單位華晉焦煤有限責任公司,完成單位太原理工大學。對創新點1、2做出了突出貢獻。開發極近距離煤層上部堅硬頂板改性弱化技術;開發極近距離煤層夾巖破碎頂板控制關鍵技術。并在華晉焦煤集團推廣應用。

賀志宏,排名3,總工程師,教授級高工,工作單位西山煤電(集團)有限責任公司,完成單位西山煤電(集團)有限責任公司。對創新點1、2做出了突出貢獻。組織研發了超大直徑鉆孔抽采采空區瓦斯技術;研發瓦斯調控抽采技術。并在西山煤電集團等推廣應用。

王雪峰,排名4,副教授,工作單位太原理工大學,完成單位太原理工大學。對創新點1、3做出了突出貢獻。提出判定煉焦煤自燃難易的方法,制定了瓦斯與火一體化防治技術方案;研制乏風超低濃度瓦斯催化氧化裝置,實現低濃度乏風瓦斯的高效氧化。

張勛,排名5,講師,工作單位遼寧工程技術大學,完成單位遼寧工程技術大學。對創新點1、3做出了突出貢獻。對創新點1、2做出了突出貢獻。開發判定煉焦煤自燃難易軟件系統;研發礦井調控抽采技術。

鄧漢忠,排名6,副教授,工作單位遼寧工程技術大學,完成單位遼寧工程技術大學。對創新點1、2做出了突出貢獻。研發了不同材料、不同配比的高效混合型阻化劑;建立了阻化劑噴灑系統,制定了噴灑參數。

楊艷國,排名7,副教授,工作單位太原理工大學,完成單位太原理工大學。對創新點1、2做出了突出貢獻。開發極近距離煤層夾巖破碎頂板控制關鍵技術;研發瓦斯調控抽采技術。

張興華,排名8,研究院,工作單位太原理工大學,完成單位太原理工大學。對創新點2做出了突出貢獻。開發煤層群穿層鉆孔促抽技術及裝備。研發采空區“以孔代巷”低負壓、大流量抽采技術與成套裝備。

楊江峰,排名9,副教授,工作單位太原理工大學,完成單位太原理工大學。對創新點3做出了突出貢獻。攻克低濃度瓦斯富集純化關鍵吸附劑技術,實現疏水型無機多級孔甲烷吸附劑。

郝朝瑜,排名10,副教授,工作單位太原理工大學,完成單位太原理工大學。對創新點1做出了突出貢獻。研究了極近距離可采資源與呆滯資源共采礦壓規律及支護技術,制定了瓦斯與火一體化防治技術方案。

 

主要完成單位及創新推廣貢獻:

單位名稱:太原理工大學(排名1)

單位貢獻:開發出新型吸入式多級變壓吸附分離結構;研制出首臺低濃度瓦斯富集裝置。攻克多級孔和微孔高硅分子篩快速合成方法,攻克低濃度瓦斯富集純化關鍵吸附劑技術,實現疏水型無機多級孔甲烷吸附劑;研制乏風超低濃度瓦斯催化氧化裝置,實現低濃度乏風瓦斯的高效氧化;開發煤層群穿層鉆孔促抽技術及裝備,研發采空區“以孔代巷”抽采技術與成套裝備。研究了極近距離可采資源與呆滯資源共采礦壓規律及支護技術,制定了瓦斯與火一體化防治技術方案。并組織在西山煤電集團等推廣應用。

單位名稱:山西焦煤集團有限責任公司(排名2)

單位貢獻:開發極近距離煤層上部堅硬頂板改性弱化技術,揭示頂板巖層注水軟化特性與斷裂強度變化規律;開發極近距離煤層夾巖破碎頂板控制關鍵技術;;開發超大直徑鉆孔插管抽采采空區瓦斯技術;研制ZDJ10000L型煤礦用履帶式650mm超大直徑鉆機,以超大直徑鉆孔替代“兩巷”抽采。組織研究成果在西山、華晉、汾西、霍州等集團全面推廣應用。

單位名稱:遼寧工程技術大學(排名3)

單位貢獻:建立了瓦斯抽采參數優化新方法,研發瓦斯調控抽采技術。開發了不規則工作面開采綜合管控系統。制定了瓦斯與火一體化防治技術方案。成果在龍煤等集團成功推廣應用。

單位名稱:西山煤電(集團)有限責任公司(排名4)

單位貢獻:組織研發了超大直徑鉆孔抽采采空區瓦斯技術;研發瓦斯調控抽采技術。研制乏風超低濃度瓦斯催化氧化裝置,實現低濃度乏風瓦斯的高效氧化;組織在西山煤電集團所屬礦井推廣應用。。

單位名稱:華晉焦煤集團有限責任公司(排名5)

單位貢獻:開發極近距離煤層夾巖破碎頂板控制關鍵技術;開發極近距離煤層上部堅硬頂板改性弱化技術;研發近距離煤層群瓦斯與火災一體化防治關鍵技術;在華晉焦煤集團所屬礦井推廣應用。

完成人合作關系說明:

本項目成果主要由太原理工大學、山西焦煤集團有限責任公司、遼寧工程技術大學、西山煤電(集團)有限責任公司、華晉焦煤集團有限責任公司等單位長期合作研發完成,各完成人之間有著多年的合作經歷,完成了多項技術合作,共同組成了中國國際卓越瓦斯治理中心,并獲得了多項省部級獎勵等科研成果。

項目第一完成人太原理工大學李晉平及其團隊成員王雪峰、楊艷國、張興華、楊江峰、郝朝瑜,山西焦煤集團有限責任公司、華晉焦煤集團有限責任公司梁春豪、西山煤電(集團)有限責任公司賀志宏、遼寧工程技術大學鄧漢忠、張勛等均為中國國際卓越煤炭瓦斯治理中心專家。中國國際卓越煤礦瓦斯治理中心,是目前全球唯一的在聯合國歐洲經濟委員會以“UNECE·2017/OES/150/科教”授權下,由企業主導的甲烷管理樞紐機構;是以山西焦煤集團有限責任公司為依托,在中國建立的一個非營利性(NGO)的國際組織。太原理工大學、遼寧工程技術大學為其理事單位。

太原理工大學、遼寧工程技術大學、山西焦煤集團有限責任公司、華晉焦煤集團有限責任公司、西山煤電(集團)有限責任公司在多年的項目合作經歷中,共同合作了項目“極近距離煤層安全開采關鍵技術研究”的主要合作人員包括:賀志宏、張勛、鄧漢忠、王雪峰、郝朝瑜,項目“多因素耦合作用下礦井“四量”合理可采期研究”的主要合作人員包括:梁春豪、張勛、鄧漢忠、王雪峰、楊艷國、郝朝瑜;項目“近距離突出煤層群瓦斯分組成藏特征及綜合治理技術體系研究”的主要合作人員包括:賀志宏、梁春豪,該項目獲得2014年山西省科技進步三等獎等。李晉平和楊江峰合作完成了本項目的發明專利“一種以硅溶膠為硅源快速合成介孔Silicalite-1分子篩的方法”和“甲烷-氮氣雙組份分離方法及裝置”。

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