煤-热共采模式下地热水非常规开采数值模拟研究

在我国“碳达峰、碳中和”时代背景下，开展矿井地热水资源开发利用实现煤-热共采的研究具有重要战略意义。然而，目前煤-热共采技术尚不成熟，针对矿井地热水抽采的研究还需进一步补充。因此，基于煤-热共采理论及技术框架，提出了一种地热水井下非常规开采方法。分析了矿区热储形成机制，采用热储体积法对矿区地热水资源量进行了估算，评价了矿井地热水开发潜力。同时，数值模拟了地热水非常规开采模式下的热储温度场及生产井水温变化。分析了生产井群参数对热储层温度场及生产井水温的影响，并与常规地热水生产方法进行了对比。最后，讨论了矿井地热水开采利用所产生的社会、经济效益。结果显示：(1)矿区地热水静态可采量为1.14×10¹⁷ J,折合标煤3.9 Mt。动态可采量为2.95×10¹⁶ J/a,折合标煤1.01 Mt/a。(2)生产井水温受回灌水温的影响较大，与回灌方式的关系不大，且回灌水温对生产井水温的影响主要体现在生产后期。(3)随着生产速率的增加，生产井群热突破时间提前，且在热突破点之后的温降速率加快。(4)均衡生产对生产井的服务年限具有有益作用。(5)通过调整非常规...     

河南省地热资源概况及开发利用区划探讨

河南省地热资源较为丰富,经估算,全省埋深4 000 m以浅新生界热储层地热可开采热水总量为26 844.90×10⁴ m³/a、可利用热能总量为32 413.61×10¹² J/a,折合标准煤1 107 737.50 t/a。地热类型可分为沉降盆地传导型、隆起山地对流型和对流—传导混合型,热源主要来自现代活动性大断裂沟通深部幔源岩浆热及沿断裂破碎带产生的机械摩擦热,水源主要为大气降水,成因模式为深循环。基于河南省地热资源赋存条件,选取地热勘查区划、开采潜力模数、黄河高质量发展区、冬季清洁供暖城市、旅游发展规划、乡村振兴规划、地热规模化利用7个因子,运用AHP法进行地热开发利用区划,按优先开发区、鼓励开发区、限量开发区、暂缓开发区四级进行区划,指导全省地热合理利用,以响应习近平生态文明思想与生态文明建设理论。     

周口凹陷区(周口段)地热资源评价

地热能是集热、矿、水为一体的可再生绿色能源。为保障周口凹陷区地热资源的可持续利用,实现节能、减排,保护环境,通过对周口凹陷区的地质背景、地热地质条件、热储赋存条件的分析,阐述了该区具有经济价值的新近系热储层的赋存特征,建立热储地质模型,对周口凹陷区(周口段)2 000 m以浅的地热资源储量进行评价。评价结果表明,该区主采热储层地热流体温度40～70℃,2 000 m以浅地热流体资源储存量为24 560.08×10⁸ m³、热能储存量为104 123.24×10¹⁶ J,地热流体可开采量为4 234.58×10⁴ m³/a,按照100年保证开采年限,可采热能为161.30 MW,属低温大型地热田;分析了该区地热水资源利用现状及存在的问题,并对合理开发利用与保护地热水资源提出了合理化建议。     

河北省浅层地热能资源潜力评价

浅层地热能是一种清洁的能源,分布广储量大,在供暖制冷等行业有着广泛的利用前景,其合理的开发利用需以资源量的合理评价为基础。通过层次分析法对河北省地下水源热泵系统和地埋管热泵系统进行适宜性分区,在分区基础上对适宜区和基本适宜区进行资源量评价,应用热储法计算河北省地源热泵系统热容量为505.1×10¹⁴ kJ,折合标准煤166 432.259×10⁴ t;利用地下水量折算法得出地下水源换热功率为地下水源热泵系统换热功率21.16×10⁷ kW,单位换热量法计算的地埋管热泵系统换热功率为51.27×10⁷ kW;开发利用潜力地下水热泵系统冬季可供暖面积47.02×10⁸ m²;地埋管热泵系统冬季可供暖面积113.93×10⁸ m²。可见河北省浅层地热能资源量丰富,开发潜力巨大。     

深部煤炭地下气化制氢碳排放核算及碳减排潜力分析

创新煤炭开发利用技术以降低煤炭从生产到利用全生命周期内的碳排放,是符合我国能源禀赋特点的煤基清洁能源路线。地下气化是深部煤炭原位开采的潜力方式之一,耦合CCS/CCUS(碳捕集与封存/碳捕集、利用及封存)的深部煤炭地下气化制氢技术路线不仅可以利用丰富的深部煤炭资源,而且有望成为一种理想的煤基低成本制氢路线。基于世界上唯一的千米级深部煤炭地下气化试验数据,结合Aspen Plus过程模拟,开展了深部煤炭地下气化制氢碳排放核算及碳减排潜力分析。与商业化的Lurgi煤炭地面气化制氢路线作对比,利用生命周期评价方法建立了2种工艺的全生命周期碳排放计算模型,比较了2种制氢路线的生命周期碳排放。评估了深部煤炭地下气化制氢的CCS/CCUS路径及碳减排潜力。研究结果表明,在氢气生产能力为12亿Nm³/a情形下,深部煤炭地下气化制氢和Lurgi煤炭地面气化制氢生命周期内的碳排放分别为3.29×10⁶ t CO₂-eq (当量二氧化碳)和3.93×10⁶ t CO₂-eq,其中以废气形式直接排放...     

矿井实现安全高效可持续发展的实践研究

平煤股份二矿是平顶山矿区1957年10月投产开发的第一对矿井,原设计年生产能力0.6Mt/a。从2000年5月成功使用矿井主提升运输系统改造成果,实现了井下原煤皮带运输连续化,后来又通过优化矿井的生产、通风、排水、供电、轨道等系统,进一步提高了矿井的综合能力,为矿井百万吨实现奠定了坚实的基础,原煤产量大幅度提高到170Mt/a。     

古交矿区太原组煤层气开发地质特征及产能优化

沁水盆地太原组深部煤层气资源丰富,勘探开发尚未系统开展。通过解剖沁水盆地西北部古交矿区煤层气钻井、压裂、排采资料和测试数据,揭示太原组煤层厚度、含气量、储层物性等地质条件和见气压力、排采规律等开发特征,结合数值模拟提出了开发井型和井网设计。研究区太原组8号和9号主力煤层分布稳定,累计厚度约5 m,埋深在500～900 m,以低灰和低硫煤为主,生气能力强,含气量约11 m³/t。煤层物性中等,含气饱和度高,临储比高,见气时间早,具有较好的开发潜力。影响煤层气开发因素包括构造运动导致地应力集中,工程改造困难;主力煤层见气压力较低,气体解吸困难;开发过程中间歇性排采,裂缝或孔喉堵塞等。基于资源丰度和见气压力对煤层气产气效果进行模拟,当储量丰度达到0.4×10⁸m³/km²,见气压力大于1.8 MPa时开发效果较好,模拟预测20 a累计产气量达到957×10⁴ m³。研究区水平井最佳开发指标为水平段长度700 m, 8段压裂、井距300 m。当定向井与水平井距离在...     

韦二煤矿煤储层物性特征及煤层气资源前景

依据韦州矿区煤炭勘探煤层资料、煤层气参数井获取的储层资料,通过对煤层气开发地质信息的有效提取,对韦二煤矿煤储层物性进行深入分析、研究,对煤层气资源量进行了计算,并采用数模方法预测了煤层气抽采率,确定了地面煤层气抽采相对有利区。研究认为:区内煤层含气性整体偏低,煤层甲烷含量在0.20～11.73 m³/t,气含量高值区仅出现在部分煤层、局部区域。多期次构造运动致使裂隙发育复杂化,硬度变小,煤体结构多为碎粒—糜棱结构,渗透率降低。主要可采煤层煤层气资源量为5.55×10⁸ m³,资源丰度为1.51×10⁸ m³/km²,属中等丰度、小型煤层气藏。各煤层煤层气采收率较低,约为15%,可采潜力较差。资源量在煤层分布上相对集中,12、14、15煤层气含量4 m³/t以上重叠区域为煤层气地面抽采相对有利区块。     

唐口煤矿地热资源开发及利用研究

为了对山东唐口煤矿矿井深部地热资源进行利用,根据唐口煤矿矿区地质资料和水文钻孔资料,对矿区奥陶系地热资源形成原因和赋存状况进行调查,提出了一种利用矿井原有井巷工程进行矿井地热水开采的模型,根据矿区多种余热资源的赋存情况,提出了矿山地热资源综合利用方案。研究结果表明:在上覆厚盖层和区内大断裂的影响下,唐口矿区地热资源主要赋存于矿区南部的奥陶系地层,储层地热水平均水温44℃,地热水具有腐蚀性但不易结垢;在矿区南部井下硐室钻凿地热井,设计同层两采一灌钻井,抽采的地热水经管道运输至井上,在地面换热站实现集中换热,可满足3 000m~3/d的热水供应;矿区热储层地热资源总量为5.02×10~(17)J,并结合矿区矿井排水、矿井回风、矿区生活用水中的可利用热源,可实现日功率为12.45 MW的热量供应。矿井地热资源的开发利用,可以达到节能减排和保护矿区环境的目的,为我国矿山地热发展和绿色矿山建设提供新思路。     

蒙陕矿区深埋工作面顶板水可疏降性及预疏放标准研究

在分析蒙陕矿区深埋煤田区地貌特征、水文地质条件、工作面钻孔涌水和采空区涌水特征等基础上,开展了顶板水可疏降性和预疏放标准研究,结果表明:研究区包括基岩台地、沙地、黄土沟壑3类地貌,其中沙地区第四系富水性强,煤层顶板含水层丰富的充水水源,导致直罗组一段渗透系数和单位涌水量均远大于基岩台地区和黄土沟壑区。不同矿井首采工作面探放水钻孔初始水量和累计放水量分为3类,水量较小矿井,初始水量q₀≤10.0 m³/h,累计疏放水量<5.0×10⁴m³;水量中等矿井,初始水量q₀≤60.0 m³/h,累计疏放水量10.0～100.0×10⁴m³;水量较大矿井,大部分钻孔的初始水量q₀>100.0 m³/h,累计预疏放水量>100.0×10⁴m³;所有矿井首采工作面经预疏放后,可以实现绝大部分钻孔水量<10.0 m     

中国平煤神马集团公司吴寨矿

吴寨矿隶属于中国平煤神马集团公司,井田位于平顶山东部。建矿于1987年3月,设计生产能力12万t/a,1989年10月投产,开采己15、己16、己17、己18煤层,后来经过2次大的技术改造,矿井生产能力达到90万t/a。矿井井田面积5.294 km2,可采储量1178万t。目前,矿井下布置东翼庚组(筹备中)和西翼2个生产采区,矿区地面建     

平顶山矿区煤矿地下空间资源开发利用探究

中国平煤神马集团所属平顶山矿区,经过近70年的煤炭开采,形成了大量的煤矿地下空间资源,包括井工煤矿开采后遗留的井筒、巷道、硐室、采空区以及遗留煤炭、煤层气、地热水等。有巨大开发利用潜力和价值的特殊资源,引起了诸多领域广泛的关注,开展了不同方向前期理论研究和初步试验,通过对平顶山矿区煤矿地下空间进行调查、分类和分析,结合空间赋存特点提出了开展抽水蓄能、压缩空气储能、CO₂地质封存、地热能利用、建立仓储库、煤层气抽采等针对性的开发利用方案,为关闭退出矿井多元化开发提供思路。     

新安矿区二1煤煤层气分布特征及资源潜力

以新安矿区二₁煤层为研究对象,基于区内煤田地质勘查、煤炭资源开发资料,结合区内煤矿井观察,分析了煤储层和煤层气分布特征,估算煤层气总资源量347.80×10⁸ m³,资源丰度0.614 4×10⁸ m³/km²。选取地质构造、埋深、煤厚、渗透率、储层压力、资源丰度6个要素对该区煤层气资源潜力进行评价,综合评价认为KD₁、KD₃属较有利区,其他属潜力区。     

平顶山天安煤业九矿有限责任公司

<正>平顶山天安煤业九矿有限责任公司(简称"平煤股份九矿")隶属于中国平煤神马集团,坐落在平顶山市西郊,位于香山寺与平顶山市新城区之间,铁路、公路横贯矿区,交通十分便利。矿井始建于1958年8月,1959年11月30日建成投入生产。目前共开采有丁5一6煤层、戊8低质煤层、戊。煤层、己15煤层、己…馮层。煤炭工业储量2 802.3万t,可采储量2 008.8万t,原设计生产能力21万t/a?2004年至2008年矿井进行了技术改造,设计生产能力60万t/a.当前矿井正在进行产业     

茂通煤业煤层瓦斯分布规律及涌出量预测

以茂通煤业有限公司开采的2号、3号煤层为工程背景,对煤层瓦斯含量进行测定并分析地勘钻孔瓦斯含量测定数据,通过线性回归建立煤层埋深与瓦斯含量的关系,得出煤层瓦斯含量随埋深的增加而逐渐增加,同时采用分源预测法预测矿井瓦斯涌出量,当矿井生产能力达0.9 Mt/a时,在开采2号、3号煤层过程中矿井最大绝对瓦斯涌出量分别为34.06 m³/min、32.98 m³/min,最大相对涌出量分别为17.99 m³/t、17.42 m³/t。     

芦子沟煤矿水文地质条件勘查及水害应对

为了解决芦子沟煤矿1⁰#煤层存在的水文地质问题，保障煤矿开采安全进行。对芦子沟煤矿水文地质条件进行了勘查。本井田充水水源主要有大气降水、地表水、煤系围岩含水层水、奥陶系灰岩岩溶裂隙水及采空区积水等。矿井开采主要水患为奥灰岩溶水、采空区积水。按实际生产300 d/a计算，出煤为3 000 t/d，使用富水系数比拟法，估计本矿投产后10^#煤层矿井正常涌水量约120 m³/h，最大涌水量达到150 m³/h。对矿井直接充水水源、地表水、奥灰岩溶水、采空区积水防治措施进行了阐述。     

我国煤矿矿井水保护利用发展战略与工程科技

我国煤炭开采对地下水资源的破坏是实现煤炭绿色开发和矿区生态文明建设需要解决的重大关键问题。通过调研咨询、统计分析、专家咨询等方式,系统分析了我国煤矿矿井水保护利用现状,提出了我国煤矿矿井水保护利用发展战略和工程科技。研究表明:目前我国吨煤开采产生矿井水为1.87 m³,每年产生煤矿矿井水约6.88×10⁹m³,煤矿矿井水平均利用率约为35%;根据煤炭产量发展趋势研究预测,2035年前我国煤矿矿井水每年可以稳定在6.0×10⁹m³以上,煤矿矿井水将是我国长期稳定的非常规水资源,实现矿井水高效利用具有重大的经济社会效益。基于上述研究,提出了到2025年、2030年、2035年,我国煤矿矿井水利用率分别达到55%,70%,80%的总体目标;通过总结分析我国煤矿矿井水保护技术、矿井水处理与利用技术发展历程与趋势,提出了"2+5+5+3"的我国煤矿矿井水保护利用工程科技:即掌握"煤层开采覆岩断裂带发育规律与地下水运移机制"、"矿井水水-岩耦合化学作用机理"等2项基础理论;突破"地下水赋存...     

鄂尔多斯盆地南部延长组长6、长7和长8段致密油资源评价

鄂尔多斯盆地内致密油资源潜力不清,资源分布不明,制约了鄂尔多斯盆地致密油的勘探开发。以鄂尔多斯盆地南部长6、长7和长8段致密油为研究对象,运用小面元容积法和分级资源丰度法2种方法对研究区致密油资源量进行了资源评价,从烃源岩特征、沉积相—储层特征和成藏特征系统分析了鄂尔多斯盆地南部长6、长7和长8段致密油的特征。小面元容积法评价得到长6、长7和长8段致密油资源量分别为12.24×10⁸,8.42×10⁸,9.60×10⁸ t,分级资源丰度类比法评价得到长6、长7和长8段致密油资源量分别为12.13×10⁸,9.00×10⁸,9.50×10⁸ t。高丰度区主要分布在樊学、新安边、吴仓堡、义正、张家湾—高哨和直罗—富县等地区。评价结果为鄂尔多斯盆地致密油的勘探与开发提供指导。     

浅谈青山煤矿的防治水工作

青山矿是一个开采50多年的矿井,设计能力为45万t/a,开采对象为安源组急倾斜煤层群。根据《煤矿防治水规定》,青山矿水文地质条件为中等类型。矿井深部开采时受底板灰岩水影响较弱,主要充水因素为大气降水通过岩石采动裂隙、塌陷进入采空区而渗透到井下。井田内导     

煤矿瓦斯高效抽采及分布式利用关键技术

以平煤十二矿为例,针对深部矿井开采过程中瓦斯灾害严重这一问题,提出了基于薄保护层开采的瓦斯高效抽采及分布式利用关键技术体系。技术实施后,累计抽采瓦斯纯量553.44万m3,瓦斯抽采率平均为65.94%,实现了采煤工作面煤与瓦斯安全高效共采;同时,基于瓦斯抽采效果及十二矿的实际情况,提出了矿区分布式资源利用模式,瓦斯利用率达到50%以上,实现煤矿资源的高效综合利用。