地面重直钻孔抽取采空区瓦斯的应用

铁法矿务局在美国REI公司的配合下，已完成了大兴矿采空区地面垂直钻井的钻进任务和建立地面甲境抽放利用系统及数据采集装置，并初步抽取了采空区的煤层气，本文重点介绍大兴矿N405工作面，从地面垂直钻孔抽取甲烷的设计、施工井以及第一阶段的测试情况，以及并入矿区煤层气利用系统的概况。     

三维采空区煤层气渗流空间分布特征及应用

为研究采空区煤层气空间分布及渗流规律,研制了三维采空区煤层气渗流模拟试验系统。向系统的主体装置内铺设相似材料,利用加载系统向相似材料上部均匀加载,利用底板升降系统模拟煤层开挖,采用供气系统由下向形成的采空区内注入甲烷,通过布置在相似材料内的取气系统采集并检测三维采空区内的甲烷浓度。试验结果表明:采空区自下而上分为源流区、抑流区、汇流区和无流区。源流区内煤层气浓度最高,抑流区抑制采空区煤层气渗流且其浓度急剧下降,汇流区内煤层气浓度逐渐上升,但整体低于源流区内煤层气浓度,无流区内无煤层气存在。通过在山西省废弃矿井晋圣矿开展老采空区地面煤层气抽采试验,结果表明地面钻井底部位于源流区时抽采效果较理想。     

铁法矿区煤层气开发地面钻孔技术

铁法矿务局地面垂直钻孔抽取采空区瓦斯，为联合国UNDP资助中国煤层气资源开发项目之一，由我局钻探队完成三个孔1602．22m，并入居住区瓦斯利用系统。产气量6～17m^3／min，浓度48～100％，其经济效益、社会效益和安全生产方面都有显著提高和改善。地面垂直钻孔的设计、设备选型及施工等钻井技术的实践验证，对低透气性煤层抽取采空区瓦斯，总结出一条新的经验。     

佚法矿区茉空区煤层号开发技市

铁法矿区为我国大型矿区之一，煤炭储量大，煤层气资源丰富。铁法矿区由于多煤层开采，采空区瓦斯(煤层气)较大，一般占整个工作面的50％～60％。因此，铁法矿区把开发煤层气的重点放在采空区上，采用采空区斜交钻孔法、走向顶板巷道法、顶板水平长钻孔法等瓦斯抽取技术开发煤层气，取得了较好的效果。目前，在煤炭部和联合国开发计划署的支持下，该矿区同美国资源公司一起正在试验采用走向定向水平长钻孔和地面垂直采空区钻孔开发采空区煤层气技术。本文详细介绍了铁法矿区采用上述采空区煤层气开发技术取得的效果和经验。     

晋城矿区废弃矿井采空区煤层气地面抽采研究进展

废弃矿井煤层气资源丰富,抽采废弃矿井煤层气,已成为煤矿区煤层气的重要资源之一.基于山西晋城矿区废弃矿井煤层气抽采实际,系统介绍了废弃矿井采空区煤层气赋存特征及其地面抽采技术的研究进展,分析了废弃矿井采空区煤层气地面抽采研究现状和存在的问题,提出了目前我国废弃矿井采空区煤层气地面抽采研究面临的关键科学问题和研究内容.研究...     

回采工作面瓦斯涌出的综合治理方法

大兴矿Sv712综采工作面回采期问绝对瓦斯涌出量曾高达120m^3／min，经分析回呆期间瓦斯的来源，采取了回顺外错式平位尾巷内打钻、地面垂直钻孔、采空区埋管、顶板瓦斯道等抽放瓦斯方法，同时合理调整配风量等综合治理瓦斯措施，取得了较理想的效果。     

山西省废弃矿井采空区煤层气地面抽采实践

历史上部分中小煤矿受回采工艺、技术等限制,采空区遗留有大量煤炭,所释放煤层气(瓦斯),对安全生产造成影响;部分煤层气通过上覆地表裂隙散放至大气中,造成环境污染。针对上述安全、环境及社会问题,以山西省废弃矿井采空区煤层气治理为工程背景,提出了废弃矿井采空区煤层气地面钻采技术及配套工艺体系。即使用惰性气体如氮气等作为地面钻井循环介质,安全揭露采空区顶板裂隙带及垮落带,根据煤层气浓度通过增压机组等设备进行负压抽采,实现分级抽采利用废弃矿井采空区煤层气的目的。应用实践表明,采空区地面井平均产能达2000m^3/d,部分高产井产能甚至达到6000m^3/d,抽采年限达6年以上。     

阜新市刘家区煤层气开发利用现状

1998～2002年,东北煤田地质局一○七勘探队在辽宁省阜新市刘家区进行煤层气普查工作,施工的8口煤层气地面垂直钻井均获成功,单井日产量最高达7000m3,平均在3000m3左右,甲烷浓度达98％左右.2003年3月1日,阜新市刘家区煤层气地面开采项目正式向阜新市区供气,实现了煤层气商业性开发.本文根据刘家区煤层气资源普查及地面开采的实际情况,对其煤层气地质条件及开发利用现状作了论述.     

铁法矿区地面垂直采空区井技术

基于对低透气性煤层顶板受采动影响下的移动规律的研究，铁法矿区于1994年通过联合国UNDP项目率先在国内应用地面垂直采空区钻井进行了技术示范。通过对已经施工的21口采空区钻井的应用和研究，铁法矿区对于采空区钻井的布孔原则和理论方面取得了丰富的经验和成果，大量的实践也证明了地面垂直采空区钻井技术在低透气性煤层，尤其在煤层群开采时，是最有效的煤层气开发技术之一。     

特厚煤层综放工作面地面抽采钻孔一孔多用方案研究

针对特厚煤层综放工作面地面钻孔瓦斯抽采技术,为了实现钻孔利用最大化和抽采效率最大化,在分析各种钻孔利用方式的基础上研究确定了适合塔山矿3-5煤层开采条件的钻孔利用方式。以该矿8203工作面为研究对象,根据相似模拟实验得到综放开采覆岩运动规律和工作面前方煤层支承压力分布规律,研究提出地面垂直钻孔"一孔多用"方案为在钻孔超前工作面20～25 m时进行采动卸压瓦斯抽采;在钻孔进入采空区0～180 m内进行采空区瓦斯抽采;钻孔进入采空区超过180 m后可停止采空区抽采,利用地面钻孔进行采空区自然发火防治。     

煤矿采动稳定区煤层气资源评估方法及其应用

受多煤层赋存条件和煤矿井下回采工艺影响,采空区内的大量遗煤导致废弃矿井或老采空区内赋存丰富煤层气资源,对这一资源的准确评估、合理开发和高效利用是我国进行非常规油气资源开发的重大需求,如何准确评估废弃矿井或老采空区的可抽采煤层气资源量是进行高效开发的关键问题。因此,通过分析煤层气的来源、赋存空间和关键影响因素,建立了基于“间接减法”理念的采动稳定区(废弃矿井或老采空区)煤层气资源评估模型,提出了进行采动稳定区煤层气资源评估的方法。运用建立的评估模型和方法,在晋城矿区成庄矿5310工作面区域进行了采动稳定区煤层气资源的地面井抽采试验,单井连续抽采433 d,抽采煤层气资源243.27万m3,抽采量核算与评估结果基本一致,初步证明了评估方法的适用性。     

过采空区叠置“三带”定向钻井技术研究

贵州煤炭资源量大,经长期开采,形成大面积采空区,采空区下伏煤层气资源量丰富,但开发利用率低。主要原因为贵州地区地面条件复杂、煤系地层纵向跨度大、煤层发育具有多薄等特点。在采空区钻井抽采上覆煤层卸压瓦斯及下伏煤层气时,采用常规钻井技术成井较为困难,易发生井下复杂事故,导致贵州地区对煤矿采空区内煤层气资源的开发利用较少。为了抽采采空区上覆煤层卸压瓦斯及充分利用采空区下伏煤层煤层气资源,探索多煤层采空后上覆煤岩层叠置“三带”在纵向发育特征及底鼓煤岩层应力变化规律就显得尤为重要。以贵州盘江矿区山脚树矿为例,实施1口过采空区多煤层定向试验井。结果表明：在贵州特殊地质条件下在煤矿采空区实施定向井抽采上覆煤层气卸压瓦斯及下伏煤层煤层气具有很好的经济性。同时通过该井的成功实施,首先探明了盘江矿区多煤层采空后“叠置”三带在纵向上的发育特征,其次成功获取了煤矿采空区下伏煤层煤层气抽采关键地质及工程技术参数,实现了采空区煤层气资源利用最大化,为后续在盘江矿区乃至整个贵州地区开展采空区瓦斯卸压抽采及下伏煤层煤层气开发提供了宝贵的工程经验和技术支撑。     

河南省煤层气地质特征与开发方案浅议

河南省煤炭资源丰富，煤层气资源量巨大。但大多数矿区煤体结构破坏严重，多为糜棱煤。由于裂隙系统遭到破坏，煤层渗透率极低，使用垂直井开采煤层气比较困难。有些矿区在采煤过程中一直利用水平井抽放煤层气，几十年来积累了丰富的经验。因此，选择煤层气的开采方法时，最好首先使用水平井，在采煤过程中首先开采煤层气；其次是有选择的利用采空区钻井开采；运用垂直井作商业性质的大规模开采则需慎重。     

煤层气生物工程研究进展

煤层气生物工程是将营养液或经过驯化、改良的菌种注入地下煤层或通过地面发酵产气的方式,把煤的部分有机组分转化为甲烷,实现微生物强化煤层气产出的一种特殊发酵工程。该工程作为多学科交叉的新兴边缘学科,涉及到能源、环境和新材料三大领域,具有多重效益,越来越受到关注,详细总结了国内外煤层气生物工程10余年的发展历程,首先从煤层(水)的生物多样性、厌氧发酵系统产气机制和控制因素等方面系统分析了煤层气生物工程的微生物学基础;以研究厌氧发酵系统中气固液菌为核心,整合其他学科的研究方法,初步形成了煤层气生物工程自身的研究方法,最后提出了煤层气生物工程的实施方案及发展趋势。生物多样性为煤层生物甲烷的生成提供了菌种来源,根据发酵系统中气固液菌的变化规律将发酵过程区分为4个阶段,系统中的底物和环境因子控制了微生物群落结构,影响了生物甲烷的产量,甲烷的成因区分为乙酸营养型、氢营养型、甲基营养型3种,这一认识初步构成了煤层气生物工程的理论基础。分子生物学、地球化学与煤化学等的结合为该学科的发展提供了方法支撑。地面发酵池产气工程除了获取生物甲烷这一洁净能源外,还可以与褐煤提质、高硫煤微生物脱硫和新材料合成相结合,使得经济效益最大化;地下煤层气生物工程以其增气、增解、增透作用可大幅度提升煤层气井的产量,并获取液相有机物,同时可以实现二氧化碳的甲烷化,二氧化碳矿化对采空区可起到固化作用,减排效果显著。煤层气生物工程以其理论性、方法性和实用性正在成为一个全新的领域,将有力推进中国煤层气大规模商业化开发进程。     

晋城寺河井区煤矿采空区煤层气地面抽采关键技术研究

随着煤层气勘探的不断深入,煤矿采空区煤层气已成为煤矿区煤层气重要资源之一。基于晋城矿区寺河井区煤矿采空区分布特征,通过地质分析、采空区煤层气成分、浓度试验和资源量模型计算等方法系统研究了煤矿采空区煤层气资源条件及地面抽采关键技术,揭示了采空区煤层气赋存规律,给出了不同赋存状态下煤层气资源量计算模型和方法,探索了煤矿采空区煤层气地面抽采关键技术。研究表明,煤矿采空区煤层气来源于煤柱及残留煤层、邻近未采煤层和围岩中的游离气和吸附气。根据吸附气和游离气资源量计算模型计算寺河井区煤层气总资源为213.016×10⁸m³,其中游离气资源为0.102×10⁸m³,吸附气资源为212.914×10⁸m³。采煤方法和采空区密闭性对采空区煤层气的来源和富集程度有重要影响。针对采空区上部岩体裂隙发育特征,将采空区煤层气抽采井身结构由二开优化为三开结构,实现了二开固井封闭断裂带上部含水层,三开下入割缝套管护壁,有效解决了采空区上部含水层涌水对钻井井身稳定性影响及抽采效果等问题。在此基础上,研发了潜孔锤+压缩空气(氮气)钻井工艺,用氮气取代空气作为循环介质,形成了安全揭露含气断裂带钻井工艺技术,为采空区煤层气安全抽采探索了有效途径。     

地面煤层气开发对寺河矿西井区域瓦斯变化影响分析

为了对晋城矿区寺河矿西井区地面煤层气井抽采效果做出评估,拟采用对比方法进行评估,基于地质特征、煤层气开发情况,采用施工抽采效果测试井,获取煤层甲烷含量、渗透率等参数,并与原始甲烷含量、渗透率值做对比。结果显示,寺河西井区地面煤层气井抽采5 a,3~#煤层瓦斯含量由平均23.7 m~3/t降至12.27 m~3/t,含气量降低幅度达47%,年平均甲烷含量降低1.5~2 m~3/t;当前煤层渗透率与原始渗透率相比,增大了30倍,降低了吨煤甲烷含量,提高了煤层渗透率。     

重庆地区煤层气资源开发模式研究

通过研究分析目前国内外煤层气开发模式,结合重庆地区实际地质情况,提出了适合重庆地区的综合开发模式。即:采煤前地面压裂抽采,预抽原始煤层的煤层气;采煤时井下预抽,利用采掘工作的超前压力,开采卸压,进行井下煤层气抽采;采空区及废弃矿井煤层气抽采,通过地面钻井、埋管及巷道抽采煤层气;以及矿井通风煤层气的回收利用。形成了煤层气综合性规模开采的一种最为经济、有效的模式,同时也指出了这一模式需要解决的主要问题与关键技术。     

开滦煤层号开发的进展及存在问题

开滦矿务局唐山矿煤层气开发示范项目是能源部1989年11月在沈阳召开的“全国煤层气开发研讨会”上，为借鉴美国地面钻孔压裂采气技术而确定的，经国家计委批准，利用能源基本建设投资的一项．示范工程。其目的是想通过美国煤层气咨询公司技术咨询，引进关键设备，学习和掌握利用地面垂直钻孔开采煤层甲烷的设计、施工、固井、压裂、采气等关键技术。项目自1989年提出，至1992年12月初提出的测试报告，经过考察论证，报批立项、咨询引进、钻井施工、测试评议等五个阶段，已经全面完成了煤层气参数测试阶段的各项工作。。该项目在进行之中经贸部中国国际经济技术交流中心代表中国政府与联合国开发计划署(UNDP)在北京签署了“中国煤层气资源开发”项目。开滦的地面钻孔开发煤层气项目列为子项目之一。1993年初至1994年底在煤炭部煤层气领导小组的领导下，开滦项目相继完成原示范项目与联合国项目的接轨工作；并已确定了美国的承包商、引进高效率车载钻机和煤层气生产钻孔的设计。目前正在组织1号生产钻孔的完井、产气试验工作。     

顶板定向水平长钻孔抽取采空区煤层气

采空区煤层气主要来源于开采煤层的上、下邻近层的卸压煤层气，对于以上邻近层为主的采空区煤层气，我国通常采用在回风巷道内向上邻近层打穿层斜交钻孔的方法抽放煤层气。这种方法钻孔服务时间短，一般3～15天，抽放率低。为提高采空区煤层气抽取率，铁法矿务局开展了项板水平长钻孔抽取采空区煤层气试验，这一项目是联合国开发计划署援助的“中国煤层气资源开发”项目铁法矿务局分项目之一。经过一年多的试验，该项目取得了预期的效果，与穿层斜交钻孔相比较，顶板走向水平长钻孔具有明显的优点，顶板走．向水平长钻孔服务时间长，在工作面回采结束封闭后，仍可抽取采空区的残余煤层气，抽放效果稳定，工作面回采期间，抽放煤层气纯量一般为5．85m^3/min以上。本文详细介绍了铁法矿务局走向水平长钻孔抽取采空区煤层气的试验情况。     

长壁工作面采空区气体流动场瓦斯运移规律研究与实践

本文简要介绍了CFD技术及其在采空区瓦斯运移规律研究的应用概况,描述了利用CFD商业软件FLUENT建立长壁采煤工作面采空区瓦斯运移模型的过程;重点介绍了大兴矿N1405工作面和晓明矿N2410工作面的三维CFD模型及主要模拟结果。