基于煤-气原位储层状态恢复的煤层瓦斯压力无封测技术研究

为解决传统煤层瓦斯压力测量方法成功率低、精度差的问题，研究人员提出基于煤-气原位储层状态恢复的无封测压技术（USH技术）。通过模拟实验和现场验证，证实该技术在不同煤质条件下误差小于10%，且采用轴向加载联合接触液注入或氦气注入法可将误差控制在10%以内，显著提升测量效率和安全性，为煤矿瓦斯防治及资源开发提供新方案。

　　

随着全球能源需求增长和碳中和目标推进，煤炭仍是中国能源结构的主体，但深部开采面临的高瓦斯压力、低渗透率等问题严重威胁煤矿安全。传统瓦斯压力测量技术（如封孔测压法SH技术）存在周期长、成功率低等缺陷，间接测压法则依赖模型假设，精度受限。针对这些挑战，中国研究团队在《Fuel》发表论文，提出一种革命性的无封测压技术（USH技术），通过恢复煤-气原位储层状态实现快速精准测量。

研究团队利用自主研发的模拟实验平台，系统评估了煤样粒度、变质程度及初始瓦斯压力对USH技术的影响，并优化了轴向加压、接触液注入、联合加载-注液及氦气注入四种体积恢复方法。关键技术包括：煤样瓦斯吸附平衡重建、原位状态模拟实验系统、多参数压力校准及现场对比验证（样本来自多个矿区实测数据）。

技术原理
USH技术通过逆向恢复钻孔采样过程中的瓦斯损失量W₀、井下解吸量W₁和实验室解吸量W₂，重建煤样原始瓦斯压力。实验表明，轴向加压无法完全密封煤粒孔隙，而接触液会隔离煤样与瓦斯；联合加载-注液（体积增量10%）和氦气注入法可将压力误差控制在10%以内。

不同粒度煤样验证
针对柱状、块状与碎粒煤样，USH技术均能有效恢复初始瓦斯压力，误差低于10%，且在高压条件下精度更高。

体积恢复方法优化
氦气注入法因分子尺寸小可渗透微孔，显著提升状态恢复效果，而联合加载-注液法通过物理压缩实现最佳平衡。

现场验证
在岩体密封测压孔中，USH技术与SH技术及瓦斯含量外推法结果一致性高；在增透抽采煤层中，USH技术成功率显著优于传统方法。

结论与意义
USH技术突破了传统测压技术的周期长、操作复杂等局限，实现了无需封孔的多点快速测量，误差可控性为瓦斯灾害防治和资源开发提供了可靠数据支撑。该技术被证实适用于复杂地质条件，尤其对深部高瓦斯煤层具有重要应用价值，相关成果获国家自然科学基金等多项资助，标志着煤矿瓦斯测量技术迈入新阶段。