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水力致裂是实现煤岩体结构改造的有效途径

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——访中国矿业大学矿业工程学院教授黄炳香

他在中国矿业大学开辟了新的研究方向—煤岩体水力致裂,研制了煤炭行业唯一的大尺寸真三轴水力致裂实验系统;他多年攻关研究形成了煤岩体水力致裂的理论与工艺技术体系,并已成功应用于山西、内蒙古、河南等省(自治区)的数个矿区30多个工作面;他还对煤层气地面井水力致裂增产,页岩气、可燃冰开采技术难题开展了相关研究,他就是中国矿业大学教授黄炳香。

煤岩体结构改造是解决煤矿许多技术难题的共性核心科技问题,而水力致裂是实现煤岩体结构改造的有效途径。黄炳香坚信理论须与实践结合、科研须为生产服务。经过多年努力,克服重重困难,如今已形成了“理论—技术—产品—技术服务”的发展模式。

理论研究从基础实验做起,步步扎实

黄炳香自行研制的大尺寸真三轴水力致裂实验系统具备水力致裂、瓦斯驱赶和水力割缝(70MPa)的一体化功能。此前他进行了大量基础实验,系统地研究了煤岩体水力致裂的机理与裂缝扩展规律,揭示了采动煤岩体水力致裂弱化的时空关系,提出了较为系统的煤岩体水力致裂控制方法;提出并研究了煤层水力致裂(注水)的瓦斯驱赶理论、深孔水力致裂驱赶瓦斯浅孔抽采的增透与消突方法、基于水力致裂驱赶的煤层强度弱化、增透、消突、减尘等的一体化方法。

黄炳香主持的多项国家自然科学基金项目、教育部新世纪优秀人才、江苏省优势学科建设等项目受到同行的认可和好评。他发表论文50余篇(SCI、EI检索29篇),出版《煤岩体水力致裂理论及其应用》等专著两部,获发明专利5项、实用新型专利10项,申请发明专利6项。1978年12月出生的他,虽很年轻,但荣誉颇多:孙越崎青年科技奖、教育部新世纪优秀人才、江苏省“333人才培养工程”中青年科学技术带头人、江苏省“青蓝工程”优秀青年骨干教师等。

技术与装备服务生产现场,真刀真枪

基于基础理论与工艺技术体系,黄炳香研制的成套煤矿井下高压(70MPa)水力致裂装备,工序简单、操作方便,在煤矿现场应用成功,为煤层坚硬顶板控制、坚硬顶煤弱化、低透煤层瓦斯抽采、增透消突等提供了一条新的技术途径,尤其适用于不适宜爆破的高瓦斯矿井,有着广阔的应用前景,同时为深部煤炭资源开采奠定了理论与技术基础。大同是我国典型的坚硬顶板矿区,波兰专家在大同多年试验坚硬顶板水力致裂均以失败告终。之后,黄炳香采用自己成套的技术与装备一次性成功致裂开大同坚硬顶板,取得关键性突破。

此后黄炳香在塔山煤矿、同忻煤矿、麻家梁矿成功解决坚硬顶板综采(放)面初采顶板垮落与瓦斯防治、临空巷道冲击地压与底臌控制等技术难题;在神华神东公司采用水力致裂技术成功解决其综采面端头悬顶控制的安全问题,技术效果得到现场的充分肯定(经有关院士和专家鉴定,达到国际领先水平);在柳巷煤矿的坚硬顶煤水力致裂弱化技术可取代传统的爆破弱化,取得了很好的效果,已在多个煤矿推广应用(经有关院士和专家鉴定,达到国际领先水平);在薛湖煤矿等的实践,为深孔水力致裂驱赶与浅孔抽采为煤层气开采、突出煤层特别是单一低透煤层的消突提供了新的理念和技术途径。

如今,黄炳香正带领课题组继续研究水力致裂理论与技术的不同分支方向:研究水力致裂解决煤炭高效开采和安全的工程难题,目前主持多项国家自然科学基金、省部级科研项目,还主持中石油煤层气地面井水力致裂压裂液滤失机理、裂缝扩展诊断等科技攻关项目以及页岩气、可燃冰开采方面的基础研究。作为一名国家级重点学科的年轻教授,他表示将以更加饱满的热情、严谨的治学态度为祖国能源事业奉献自己的力量。

来源:科学时报

 




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