煤层在地表无通道时的瓦斯压力计算

针对煤层在地表无露头或出口的情况,根据热力学理论和弹塑性理论,提出了考虑煤层温度和地应力梯度变化的煤层瓦斯压力的计算方法。从鱼田堡矿井煤层瓦斯压力的理论计算和实测结果表明,煤层温度和地应力梯度变化对煤层瓦斯压力有较大影响。对于深部开采煤层和高温矿井,应充分考虑地温和地应力梯度的影响。按此法计算将使所确定的煤层瓦斯压力值更准确。     

煤矿井下煤层渗透率直接测定方法研究及应用

研究了国内外有关学者提出的各种煤层渗透率测定及计算方法,分析了煤层瓦斯运移计算模型,在此基础上提出煤层瓦斯渗流的几点假设。利用瓦斯渗流动量守恒方程和气体状态方程,建立了煤层瓦斯径向流动流量计算方程,并依据现场测试实际情况给定边界条件,建立了煤层瓦斯径向流动状态下的渗透率计算方程,为现场渗透率测试提供理论支撑。通过对地面实验室和煤矿井下现场测试煤层渗透率方法的研究,提出了煤矿井下直接测试煤层渗透率的新方法:圆周渗透率测试法。利用该方法对中马村矿27采区煤层渗透率进行现场实测,并通过反算出的煤层透气性系数与以往实测数据对比,结果表明:圆周渗透率测试法能够实现煤矿井下煤层渗透率的现场直接测定,测试结果准确可靠。     

钻孔流量推算煤层残余瓦斯压力的方法

运用渗流力学中持续平面点源和Darcy定律,结合实际气体的压缩状态方程,分析煤层瓦斯抽采过程中瓦斯流动的规律,建立了瓦斯流量和残余瓦斯压力之间的模型。形成了利用初始渗透率、钻孔瓦斯流量和甲烷状态参数表示钻孔径向瓦斯压力场和计算煤层残余瓦斯压力的方法。从而形成了一种利用渗流理论估算抽采期间煤层残余瓦斯压力的新方法。     

基于热力学理论煤层瓦斯压力计算方法研究

煤层原始瓦斯压力的准确测定一直是现场瓦斯防治工作的技术难题,而传统的各种测定方法均存在一定的局限性。从热力学的角度分析了煤层中微元体的各种状态参数及其变化过程,在此基础上应用力学的相关理论,构建了煤层原始瓦斯压力的数学模型并求出其解析式。现场实测和理论计算的比较分析表明,该计算方法能较准确地反映实测结果。研究结果不仅从理论上进一步完善了煤层瓦斯压力的计算方法,而且对准确确定深部开采煤层和高温矿井的瓦斯压力具有重要意义。     

间接法测算煤层瓦斯压力现状

在无法采用直接法测定煤层瓦斯压力时,间接测算法提供了一种获取瓦斯压力的重要手段。着重介绍了根据瓦斯压力梯度、瓦斯涌出量、煤层原始瓦斯含量、残余瓦斯含量、煤屑瓦斯解吸量和解吸指标△h2等间接测量瓦斯压力的方法,以及从热力学角度和考虑地应力、地温影响的煤层瓦斯压力理论计算方法。煤矿企业可根据自身情况从中选用一种最有效的测算方法,以获取煤层(特别是深部开采煤层)的瓦斯压力。     

钻孔瓦斯流量法确定煤层渗透率和瓦斯压力的试验研究

针对煤矿生产实践中存在测定煤层渗透率和瓦斯压力难度大、准确率低的问题,依据煤层瓦斯径向流动原理,构建了用于确定煤层渗透率和瓦斯压力的理论和方法,并在五阳煤矿进行了不同钻孔直径和不同流量监测时间段的实测对比。结果表明:钻孔直径对煤层渗透率和瓦斯压力的计算值影响较小;瓦斯流量监测时间段对煤层渗透率和瓦斯压力的计算值影响较为显著,进行q-1-lnt图线性回归分析,为减少误差应选用钻孔施工5d后的流量数据;计算值与实测值相比误差较小,能够满足矿井瓦斯灾害预测和防治中对瓦斯基础参数的测定要求。     

测压过程中瓦斯渗流损失及其对结果的影响

在瓦斯压力测定过程中,瓦斯会沿着封孔材料周围岩石裂隙向外渗流。因此,为准确确定煤层原始瓦斯压力,需要找出瓦斯损失量及其对瓦斯压力测定结果的影响。本文首先确定损失瓦斯流动模型,进而推导出了瓦斯损失量的理论计算公式,分析瓦斯损失对瓦斯压力测定结果的影响,最后提出了煤层原始瓦斯压力修正计算方法,并对两类瓦斯压力测定方法进行了比较。     

阜康西沟煤矿瓦斯含量测定

煤层瓦斯含量是煤层的基本瓦斯参数,是计算瓦斯蕴藏量、预测瓦斯涌出量的重要依据。通过实验得出阜康西沟煤矿各煤层瓦斯吸附常数,现场实测了各煤层瓦斯压力,最终计算出各煤层瓦斯含量,对煤矿瓦斯防治工作具有现实的指导意义。     

新疆艾维尔沟矿区1930煤矿瓦斯赋存规律研究

为掌握新疆艾维尔沟矿区1930煤矿煤层瓦斯赋存规律,根据地质资料、水文资料、煤层埋深和井下实测的瓦斯压力及最大瓦斯含量,分析了地质构造、盖层、水文地质对煤层瓦斯赋存的影响,并得出了4号、5号、6号煤层瓦斯含量、瓦斯压力与埋深的关系。     

冯营矿区段突出煤层瓦斯预抽及效果评价

从煤层预抽瓦斯方法、钻孔布置等方面介绍了冯营矿研究区段煤层瓦斯抽采情况。通过现场实测煤层残存瓦斯含量、残存瓦斯压力,并结合相关实验参数计算煤层瓦斯抽采率,对研究区段煤层预抽瓦斯效果进行整体评价,认为该区段煤层预抽瓦斯效果达标,但仍存在一些问题。对存在问题进行分析,并提出了一些建议。     

深部煤层区域预测指标临界值的研究

《防治煤与瓦斯突出细则》推荐的区域预测临界值指标分别为瓦斯压力0.74 MPa（相对）、瓦斯含量8 m³/t，然而实际生产过程中，深部煤层经区域预测瓦斯压力小于0.74 MPa或者瓦斯含量小于8 m³/t的煤层也曾多次发生突出。鉴于此，在考虑温度和地应力对煤层瓦斯赋存影响的基础上，对区域预测瓦斯压力和含量临界值进行了修正，修正系数为0.75。研究表明，考虑地温和地应力的影响修正得到的区域预测指标临界值对深部煤层的防突工作具有一定指导意义。     

非等温吸附变形条件下瓦斯运移多场耦合模型研究

基于已有相关渗流理论和多物理场耦合理论,初步探讨了煤体的吸附解吸变形及温度对瓦斯含量的影响,并建立了关于应力场、渗流场和温度场之间瓦斯运移的多物理场耦合模型,借助数值分析软件(Comsol Multiphysics)对模型进行了有限元分析求解,分析了淮南矿业集团潘三煤矿13^-1煤层瓦斯压力、含量等随埋深的变化规律及煤层温度和煤的吸附变形对瓦斯分布的影响。结果表明：该模型模拟结果与煤层实际瓦斯赋存特征基本相符。     

叠置含气系统煤层气开采物理模拟试验方法研究

为了研究滇东-黔西地区的多层叠置含气系统煤层气开采过程中储层参数和产量的时空动态演化特征,在多层叠置含气系统的特殊煤层气成藏模式和已有试验设备的基础上,对煤层气开采系统进行了改造和升级,煤层气开采系统由开采管、开采管路和气水分离器以及其他附件组成。建立一套集合材料选取、试件制备和煤层气开采的煤层气开采物理模拟试验方法,最后对试验系统和方法的优势、今后改进方向和适用条件进行了汇总。为了对开采物理模拟试验方法进行效果验证,以直井为例开展了叠置含气系统煤层气开采试验,研究了4个煤层在煤层气开采过程中的瓦斯压力、煤层温度、煤层变形、产量等参数动态演化规律。结果表明:瓦斯压力以井筒为中心近似呈现椭圆状,越靠近井筒区域瓦斯压力越小,反之越大,气体运移速度由近井段向远井段逐渐降低;煤层温度下降量在煤层内以井筒中轴线为起点呈圆弧状向边界递减,越靠近井筒区域温度下降量越大,反之越小;1—4号煤层在第360分钟的最终体积应变分别为0.000 67、0.001 09、0.001 17、0.001 54,初始瓦斯压力越大的煤层,其最终的变形量也越大,且初始瓦斯压力越小的煤层,体积应变增长速率变缓的时刻越早;瞬时产量曲线呈现在开采初期迅速达到峰值并急剧下降的单峰曲线类型。研究结果验证了叠置含气煤层气开采物理模拟试验方法的可靠性,能够为现场煤层气开采提供参考。     

Enhanced coalbed gas drainage based on hydraulic flush from floor tunnels in coal mines

Gas drainage for the single and low gas permeability coal seam is the key technical problem hampering efficient coal mine gas drainage and without which mining safely cannot be realised in China. To solve this problem, this paper presents an engineering method for enhanced coalbed methane recovery based on high-pressure hydraulic flush from floor tunnels. The first step is to evaluate when the likelihood of coal and gas outburst reaches dangerous levels according to coal seam parameters (including coal seam gas contents, gas pressure, permeability and geological conditions). With these parameters in place, the second step is to determine and optimise borehole parameters, such as the effective influencing radius of hydraulic flush, hydraulic flush space between drills and borehole number to make sure that the coal seam stress is fully released and permeability is dramatically increased. What is also included in this step is the employment of a high-pressure hydraulic flush of coal from boreholes drilled from tunnels developed in the floor of the coal seam. Parameters of water pressure, water flow rate and the volume of coal flushed out are selected based on on-site testing and numerical modelling. Finally, numerical modelling and onsite testing are employed to validate the effects of enhanced coalbed methane recovery, which is whether or not coal and gas outburst danger is eliminated according to the national standards of China. The results show that the technology could improve the permeability of a coal seam and that the gas seepage coefficient was increased by about 10.50 times, the pre-gas drainage ratio was up to 35.5–70.4% and the borehole gas drainage experienced a process of increase-steady-decrease, which delayed 15–20 days of the attenuation time.     

临涣矿煤层瓦斯压力预测方法的研究

为了掌握煤与瓦斯突出危险性预测过程中瓦斯压力分布规律,研究煤层瓦斯压力预测方法,为矿井瓦斯治理提供有效依据。通过分析临涣煤矿近距离突出煤层群中7#煤、9#煤的瓦斯压力分布,对不同区段瓦斯压力进行分段预测。结果表明,风化带区域与其以深区域各有不同的压力分布规律,综合考虑地温及地应力的变化对影响瓦斯压力大小的计算式,可使瓦斯压力的预测更为准确。     

地应力、地温场中煤层气相对高渗区定量预测方法

为定量化预测煤层气高渗区,以应力、温度影响下的煤层气压力、孔隙率和渗透率的预测方程为基础,提出了地应力场、地温场中煤层气渗透率预测的定量化方法,建立了考虑煤体内部裂隙结构和应力、温度影响的渗透率计算方法,给出了实验室渗透率与现场实测渗透率的校正方法.通过Kaiser声发射原岩应力测试实验、不同温度不同围压条件下煤体甲烷渗流实验、孔隙率测定实验、比表面积测定实验、煤体压缩及热膨胀实验,研究了应力、温度影响下的煤体甲烷渗透规律.研究发现,煤体甲烷渗透率随温度变化并非单调递增或单调递减,渗透率与温度的关系,取决于外围有效应力条件或围压条件,即高有效应力时,煤体具内膨胀效应,渗透率随温度升高而降低;低有效应力时,煤体外膨胀,渗透率随温度升高而升高.依据理论方程和实验,以等值线形式定量预测了重庆沥鼻峡矿区煤层渗透率分布,并划定了相对高渗透区,解决了当前煤层气高渗透区预测难以定量化的问题,并提高了预测精度.     

基于Klinkenberg效应影响的煤体瓦斯渗流规律及其渗透率计算方法

针对气体渗流存在的Klinkenberg效应,利用自主研发的三轴瓦斯渗流实验系统,对煤层瓦斯的渗流特性进行了研究。通过实验数据分析和理论推导,提出了一种综合气体动力黏度和压缩因子影响及克氏效应的煤层瓦斯渗透率计算方法。通过比较传统的拟压力法计算结果,考虑克氏效应方法在理论上和数据处理结果上更合理、更准确。研究结果表明:1克氏效应对煤层瓦斯渗流影响明显,利用考虑克氏效应方法评估的渗透率结果正确,能充分反映出气体渗流的真实状态。2吸附解吸作用对煤层瓦斯渗透性有一定的影响,其影响结果是导致煤层绝对渗透率的降低。3处于标准状况附近的气体,可以忽略动力黏度和压缩因子对其渗透性的影响,离开标准状况较远的气体,需要考虑动力黏度和压缩因子对其渗透性的影响。研究结果对正确认识克氏效应和选择更精确的含瓦斯煤渗透率计算方法具有一定的指导价值。     

煤与瓦斯突出危险性综合判识方法研究

针对我国现采用的煤与瓦斯突出鉴定方法不能准确判定煤层是否具有煤与瓦斯突出危险性的问题,基于煤与瓦斯突出的演化过程,建立了煤与瓦斯突出激发过程的极限平衡方程,推导出了激发突出的判据关系式,表明突出发生与否直接与煤体强度、瓦斯压力、煤层方向应力和顶板支承压力相关,并与采高、支护作用等因素间接关联。结合典型的煤层物理力学和瓦斯参数,采用现有突出危险性鉴定方法和所建立的综合判识方法分别进行计算,并利用数值模拟方法进行验证,得出的综合判识方法对煤与瓦斯突出危险性的评价更为准确。     

临兴深部煤层气含气性及开发地质模式分析

鄂尔多斯盆地东缘晋西挠褶带临兴中部地区煤层埋深大于1 000 m,达到了深部煤层气的研究范畴。基于实际生产资料,探讨区内深部煤层含气性,提炼了深煤层开发地质模式。研究认为:以含气量转折为深煤层临界深度的划分依据,则工区内深部煤层的临界深度在2 000 m左右;且深部中煤阶储层的吸附性对温度的敏感性要小于压力,中煤阶煤层的临界深度相对深于高煤阶;深部煤层气仍以吸附气为主,现有的等温吸附测试方法易造成深部煤层气含游离气比例换算较大的误区;深部煤层受温度影响,煤层临储比较高,受应力影响,储层物性较差,气井总体具有"见气快、排水降压难、产气量上升缓慢"的特点;研究区深部煤层气潜力巨大,现有气井经验显示,合理优化开发单元为深煤层单井突破的关键,A型"源-储"相通的富集开发地质模式是深煤层突破重点考虑的开发模式。