煤矿区煤层气井地面抽采技术及应用

为了实现煤矿区煤层气资源合理利用,为煤矿生产提供安全的瓦斯环境,基于煤炭开发时空接替规律,探讨了适合晋城煤矿区煤层气与煤炭协调开发的一体化模式。煤层气企业在煤炭规划区或准备区进行采前预抽,在钻井、射孔、压裂、排采和集输等方面形成了一套适合晋城煤矿区高阶煤煤层气地面抽采的成熟工艺,煤层气企业在获得经济利益的同时提高了煤田勘探开发程度、降低了煤矿瓦斯突出风险。指出了煤层气地面抽采存在政策激励疲软、产能到位率低、矿权重叠矛盾等问题。晋城煤矿区煤层气地面抽采技术为其他煤矿区提供了技术思路。     

煤矿采掘对煤层气开发影响模式探讨

煤与煤层气协调开发应按照"先采气、后采煤、采煤采气一体化"的开发原则,由于存在矿权矛盾及缺乏相应的协调机制,矿权重叠区内煤炭采掘对煤层气开发造成了生产影响。基于煤炭开发的时空接替规律,总结了在矿权重叠区内煤矿采掘对煤层气开发存在三种影响模式:主巷道掘进影响、掘进面影响和回采面影响。为了应对煤矿采掘影响,提出了可以采用负压设备增气、3号煤层套管封堵、采空区钻井、定期沟通交流等治理对策。     

煤矿区煤层气三区联动立体抽采理论与模式

为了实现煤矿区煤炭与煤层气2种资源的安全高效协调开发,基于煤炭开发时空接替规律,将煤矿区划分为规划区、准备区、生产区3个区间,分别采用地面钻井排采、地面与井下联合抽采以及本煤层钻孔抽采等不同的瓦斯抽采技术以保证煤炭安全高效生产。根据煤矿安全生产容许最高瓦斯含量数学模型、煤层瓦斯压力数值模拟模型和煤层气立体抽采优化专家系统,创立了三区联动的区域递进式立体抽采模式（晋城模式）,提高了煤炭资源采出率,实现了煤矿瓦斯井下抽采和地面原位抽采2个独立产业模式的有效衔接,解决了煤层气开发与煤炭开采的时空矛盾。     

中国煤矿区煤层气开发及其技术途径

在介绍我国及重点煤矿区煤层气资源量分布利用情况以及煤矿区煤层气开发原则的基础上,分析了煤矿区煤与煤层气一体化开发的时空协调关系及煤气共采实现的技术途径。从煤层采动引起的岩层移动时空规律、煤层采动对煤层气钻井(孔)布设的影响和采煤活动对煤矿区煤层气开发的促进作用3个方面分析了煤炭开采对煤层气开发的影响;从煤层气开发对煤炭开采顺序和效率的影响、煤层气抽采对煤矿瓦斯治理的促进作用以及煤层气地面开发存在的安全隐患3个方面,分析了煤层气开发对煤炭开采的影响。最后介绍了煤矿区煤层气开发的效果,指出煤与煤层气一体化协调开发是开发和利用煤矿区2种资源,预防和治理煤矿瓦斯事故的有效途径。     

晋城矿区煤层气三区联动立体抽采模式

经过20多年的探索与实践,晋煤集团与中国矿业大学、西安煤炭科学研究院等单位合作,根据煤炭开发时空接替规律,将煤矿区划分为规划区、准备区、生产区三个区间,分区采用地面钻井排采、地面与井下联合抽采以及本煤层钻孔抽采等不同的技术措施以保证煤炭安全高效生产,初步实现了煤矿区煤炭与煤层气两种资源安全高效协调开发。三区联动的区域递进式立体抽采模式(晋城模式),初步解决了煤层气开发与煤炭开采的时空矛盾,提高了煤炭资源回收率,实现了煤矿瓦斯井下抽采和地面原位抽采两个独立的产业模式的有效衔接。     

基于煤层气与煤炭协调开发的地面抽采工程部署关键技术进展

煤矿区煤层气地面抽采具有煤炭安全开采效率高、清洁利用煤层气资源和减少瓦斯大气排放的多重效应,其煤层气产量多年来占了全国总量的主要比例。“十一五”至“十三五”期间,依托国家油气重大专项,基于煤层气与煤炭协调开发的指导理念,研究了煤矿区地面煤层气抽采工程部署的特点及存在问题,按照受煤炭采动影响与否将煤矿区煤层气地面抽采分为预抽和采动抽采2种类型,在对两种抽采类型的抽采对象、可抽采时间和空间特征研究基础上,分别总结形成了煤层气地面预抽和采动抽采的工程部署方法体系。结合原始条件下煤层气开发模拟技术现状分析,梳理了煤矿区煤层气地面预抽模拟技术体系;在采动抽采技术特点及关键储层参数变化规律的研究基础上,基于渗透性控制气体运移规律的认识,提出了采动抽采效果预测模拟方法。根据煤矿区地面抽采具有安全效应特征,提出了煤矿区地面煤层气抽采间接经济效益的评价指标,即地面抽采前矿井瓦斯灾害治理费用与地面抽采后矿井瓦斯灾害治理费用的差值,并建立了包含预抽和采动抽采的比较全面的地面煤层气抽采工程经济性评价方法。煤矿区地面抽采工程部署及相关技术是预判煤矿区地面煤层气低成本高回报效果、煤层气与煤炭资源协调开发的关键手段...     

采气采煤协调发展

为解决煤炭企业与煤层气企业矿权重叠矛盾,环境污染与能源开发利用的矛盾,提出通过合作共赢、和谐发展来落实煤炭、煤层气综合勘查开采的协调发展模式。在煤层气勘探开发和煤炭勘查期间,在矿权重叠地区内双方开展联合勘探;在煤矿开采区内,建立"在保护中开发,在开发中保护"的协调开发模型;利用地面高浓度煤层气与井下低浓度瓦斯生产混合商品气,实现煤层气的综合利用。     

两淮煤田煤层气与煤炭勘查开发时空配置关系

煤矿区煤层气勘查开发既存在煤炭、煤层气(瓦斯)勘探程度高的优势,也存在煤炭与煤层气矿业权大面积重置的劣势,因此进行煤层气与煤炭勘查开发时空配置关系研究,对实现煤矿区煤层气与煤炭安全高效协调开发具有非常重要的现实意义。综合分析煤炭开发时空接替规律和煤炭、煤层气矿业权设置现状,以煤炭矿井或勘查区为基本地质单元,两淮煤田可划分为7类性质不同的区块。在系统分析不同区块煤炭、煤层气勘查开发时序和煤层气开发方式的基础上,结合煤层气地质条件,以勘查开发的空间布局、时序安排为主线,深入探讨了两淮煤田7类区块的煤层气与煤炭勘查开发原则、煤层气开发方式、重点区块分布、含气面积及资源量等,建立了煤层气与煤炭勘查开发的时空配置模式,为矿业权重叠问题提供了技术解决方案。     

我国煤矿区煤层气开发利用技术现状及展望

总结了"十二五"以来我国煤矿区煤层气开发利用在基础理论、技术装备、工程示范等方面取得的最新进展,分析了现阶段我国煤矿区煤层气开发利用在资源条件、抽采效果、利用水平等方面的现状和问题,指出煤矿区煤层气开发利用要走出一条"协调开发、提质上产、梯级利用"的道路,实现煤层气与煤炭一体化协调开发,能抽尽抽,能用尽用。为此,针对性提出了"十三五"期间将在碎软煤层强化抽采、低浓度煤层气高效集输利用、煤矿区煤层气开发利用专用装备等方面的技术装备需求和发展方向。     

煤矿区煤层气与煤炭协调开发模式与评价方法

为了提高我国煤矿区煤层气与煤炭协调开发产业化水平与应用效果,基于煤矿区煤层气与煤炭协调开发时空机制的分析,采用层级划分法,以地面井开发和煤层群开发为分类条件,将全国13个煤炭基地的煤层气与煤炭协调开发模式归为3类,总结并完善了以晋城、两淮和松藻矿区为代表的3种典型煤矿区协调开发模式与配套技术体系。基于煤层气与煤炭协调开发方案的确定与模糊数学评价方法,提出用于评价煤层气与煤炭协调开发效果的协调度概念,建立了煤层气与煤炭协调开发的模糊综合评判模型和指标体系,并以山西晋城无烟煤集团寺河煤矿等矿井为例进行了3种典型协调开发模式下的协调开发效果的初步评价与分析,得出了协调开发状态并指出"十三五"研究方向。为促进我国煤矿区煤层气与煤炭协调开发提供理论支撑,并为协调开发模式在全国煤矿区的优选决策应用奠定基础。     

新疆大倾角多煤组煤矿区煤层气开发利用进展与前景

煤层气是非常规天然气的重要组成部分,新疆作为我国十四个特大型煤炭产业基地之一,煤层气资源储量丰富,约占全国煤层气资源总量的26%。为分析归纳新疆特殊的大倾角多煤组煤矿区煤层气资源特征,总结了“十三五”以来,新疆煤矿区煤层气开发利用在理论、技术及装备方面取得的突破性研究进展,并对未来新疆煤矿区煤层气开发利用潜力和应用前景作出长远的展望。结果表明：新疆煤矿区资源具有“倾角大、煤层多、煤阶低、含气高”的特征。取得的突破性研究进展主要包括：提出了基于“三孔四区五量”的大倾角多煤组煤矿区时空协同煤与煤层气协调开发模式;阐明了大倾角采动地面井变形模式及高危位置确定方法,提出了“避、抗、让、疏、护”五字理念的地面井设计技术;研发了大倾角碎软煤层下向递进式抽采钻孔成套技术与装备;构建了新疆高寒地区煤层气利用蓄热氧化供暖技术;上述研究成果在现场试验中成功应用,提升了新疆煤矿区煤层气开发利用的整体水平。然而,规模化的煤层气开发利用产业尚未大面积形成。因此,亟需总结推广典型的大倾角多煤组煤矿区三区联动煤层气开发模式;加强多煤组煤矿区的地面井均匀超前预抽;研发井下煤层气高效抽采技术及装备;基于非对称采动卸压作...     

中远距离煤层群煤与瓦斯协调开发模式研究

为解决中远距离煤层群的煤与瓦斯开发难度大的问题,以阳煤五矿为研究对象,基于现场煤层、瓦斯基础参数,研究了煤层及瓦斯赋存特征,从煤与瓦斯开发在时空层面的矛盾性和同一性着手,分析煤炭开采和瓦斯抽采的相互影响,研究煤与瓦斯协调开发的时空关系,以阳煤五矿的煤与瓦斯协调开发现状为基础,提出采前预抽与采中卸压抽采在时间和空间上的衔接是中远距离煤层群煤与瓦斯协调开发需要解决的关键技术,借鉴晋城矿区"三区联动"模式,探索得到了中远距离煤层群煤与瓦斯协调开发模式,并在阳煤五矿进行示范,以期为相似地质条件煤矿的安全高效生产提供技术支持。     

晋城矿区煤与煤层气协调开发模式优化决策方法

为进一步提高煤矿区煤与煤层气共采效率,需要对现阶段煤与煤层气协调开发模式进行优化决策,针对该问题,以晋城矿区为研究对象,基于层次规划思想提出了"采煤工作面→采区→矿井"3层级煤与煤层气协调开发模式优化决策思路;界定了采煤工作面煤与煤层气开发3区范围,采用非线性规划数学方法构建了采煤工作面煤与煤层气协调开发模式优化决策理论;基于3区时长控制关键因素建立了3区时长控制机制,明确了特殊阶段转换临界指标;基于优化决策目标内容,采用系统分析及归纳演绎法从安全性、经济性、资源效益性3方面构建了采煤工作面煤与煤层气协调开发效果评价指标体系及评价考核标准,对寺河煤矿东五盘区5301采煤工作面的煤与煤层气协调开发效果进行定量评价应用,验证了评价指标体系具有良好的现场适用性;基于煤层气开发技术和煤层气赋存条件,采用BP神经网络算法,建立了煤层气开采量预测模型,以寺河煤矿地面垂直井和井下顺层长钻孔为煤层气开采技术代表分析论证了其现场可操作性;以3区时长控制机制为纽带、以煤与煤层气开发全生命周期资源量守恒定律为本构模型、引入煤层气开采量预测模型,构建得到以3区时长为最基本待求解变量的采煤工作面煤与煤层气协调开发模式优化决策模型,决策模型以评价指标体系和特殊阶段转换临界指标作为求解约束条件,建立了可借助计算机编程语言实现的采煤工作面煤与煤层气协调开发模式优化决策流程,具体流程为"构建所有技术方案的3区时空关系制约方程并求解→通过协调开发效果评价确定每个技术方案的最佳开发方案→从所有技术方案的最佳开发方案中优选获得最佳开发方案"。研究表明:"以煤矿区煤与煤层气赋存条件、开采技术、现场实践数据为基础数据,以非线性规划、人工智能为建模方法,以计算机编程为具体实现手段"的煤与煤层气协调开发模式优化决策方法在理论与实践方面是可行的,该优化决策方法能够为解决晋城矿区煤层气开采与煤炭开采的时空矛盾问题提供指导意见。     

煤矿区煤层气“四区联动”井上下联合抽采模式与技术体系

为了更好地实现高瓦斯矿区煤炭与煤层气2种资源的安全高效协调开发,在“十一五”“十二五”研发的煤层气“三区联动”立体抽采模式基础上,依托“十三五”国家科技重大专项持续攻关,并紧密结合山西重点煤矿区生产实际,创新研发了全矿区、全层位、全时段的煤矿区煤层气“四区（规划区、准备区、生产区、采空区）联动”井上下联合抽采模式（新晋城模式）和系列技术体系,在山西重点煤矿区得到广泛应用并取得了良好效果。煤矿规划区煤层气地面抽采技术早期主要采用垂直井、定向井、水平井等技术,现已发展至以分段压裂水平井为主导的井工厂化集约开发模式与技术。经十五年的地面超前预抽,晋能控股寺河矿东五盘区3号煤层平均降幅超过55%,该盘区的5310、5311工作面已顺利完成安全高效采煤,实现了高瓦斯煤层的低瓦斯开采。准备区煤层气井上下联合抽采技术充分利用了压裂影响区渗透率大幅提升和井下开放空间抽采生产压差增大的优势,构建了立体抽采网络,提高了煤层气抽采效率,有效缓解了矿井抽掘采接替紧张,促进了高产高效。基于生产区采动活动剧烈和井下工程全开放特点,运用定向钻机精准完成区域递进式顺层钻孔、穿层钻孔、高位定向长钻孔等,精准均衡抽采生产...     

倾斜碎软煤层群煤层气协调开发关键技术-以艾维尔沟矿区为例

为了明确与倾斜碎软煤层开采条件相适配的煤与煤层气协调开发关键技术,基于倾斜碎软煤层群瓦斯难抽采与煤层群非对称采动特征,形成了与之匹配的非对称卸压时空协同“三孔四区五量”煤与煤层气协调开发模式,明确了非对称采动下煤与煤层气协调开发策略,阐明了井上下联合煤与煤层气协调开发时空协同机制。针对倾斜碎软突出首采煤层消突困难的问题,优化了倾斜碎软煤层下向长钻孔施工工艺,研制了钻头电磁波无线随钻测量系统,实现了更高精度的钻孔轨迹防偏。针对非对称采动区地面井防护缺乏针对性的难题,阐明了非对称采动覆岩卸压破坏时空演化特征,获得了非对称采动下覆岩采动裂隙演化特征,确定了倾斜煤层地面井井位安全位置,研发了能够兼顾地面井稳定性和抽采效率双因素的采动区地面三开套管结构。应用结果表明：时空协同的“三孔四区五量”模式能够实现煤层气高效抽采,保障倾斜煤层群的抽掘采接替平衡;倾斜煤层下向钻孔递进式抽采方式拓展了递进式抽采的应用范围,破解了倾斜煤层煤层气抽采过程中的时间不协调问题;优化后的采动地面井维稳结构能够适应非对称采动作用,实现了采动区地面井煤层气高效抽采。上述成果在新疆焦煤集团艾维尔沟矿区得到推广应用,初步形成符...     

煤矿区煤层气产业化发展现状与前景

总结了中国近年来煤矿区煤层气排放、抽采、利用现状及清洁发展机制(CDM)项目进展。由于中国煤层气地质条件具有板块构造复杂;煤体结构破坏严重,渗透率普遍偏低;储层非均质性强;高煤阶煤和低煤阶煤占主导等特殊性,决定了中国煤层气产业化发展必须走煤层气与煤炭协调开发的道路,且应实行煤层气地面开发与井下抽采相结合的煤层气资源开发利用。通过与美国对比,指出中国70%以上煤田不适合地面大规模煤层气开发,而应结合井下采矿工程进度,采取地面井下相结合,地面预采、采动开采和井下抽采多种方式进行开发。最后分析了煤矿区煤层气开发与地面煤层气开发相比具有的优势和面临的困难,指出在国家激励政策的推动下,随着国家科技重大专项关键技术的研发和示范工程验证推广,煤矿区煤层气产业化进程必将得以加快。     

国外发达国家煤层气资源管理制度比较及其对我国的启示

煤炭、煤层气矿权重叠作为一个突出的问题,影响了我国煤气资源勘查开发的时空布局与有效利用。对美国、加拿大、澳大利亚等发达国家煤层气勘察开发现状、煤层气所有权定位、矿业权设置以及勘探开采等方面的特点进行了介绍,结合我国煤层气法律法规和管理制度中的缺陷,提出建全煤层气法规政策、完善矿业权重叠实施细则、明确企业间合作开采指导性方案等方面建议,为进一步解决煤炭、煤层气矿业权重叠解决提供了思路。     

煤矿区煤层气开发技术现状及发展

在系统研究国内外煤矿区煤层气开发技术现状的基础上,结合我国煤矿煤层气储存及涌出特征,运用现代油气田开发以及煤矿煤层气开发的最新理论与研究成果,在中石油采气采煤创新合作模式的基础上,提出在煤矿废弃矿井/永久采空区采用丛式井钻井技术进行地面间歇式负压抽采,在煤矿采动影响区采用定向长水平钻井技术进行负压抽采煤层裂隙带,实现"一井两用",提高煤层气开发效果,同时降低开采成本;在煤矿开采规划区利用远端对接"U"型井,实现规划阶段抽采煤层、采动阶段二次完井抽采裂隙带、在采空区阶段进行间歇式抽采,实现"一井三用",提高煤层气开发效果。     

我国煤矿区煤层气开发潜力与开发模式探讨

文章在分析我国煤矿区煤炭产量、瓦斯涌出量、瓦斯抽放量变化的基础上,提出对我国煤矿区煤层气开发前景的分析。结合煤层气资源的分布、煤矿区的布局、目前和未来煤矿生产情况分析,对煤矿区煤层气开发有较大发展潜力的矿区进行了预测。同时,结合煤矿区煤炭开采和煤层气开发的特点阐述了煤矿区煤层气开发的主要模式,并指出：在重视煤矿区煤层气开发的同时,应重视低浓度煤层气利用技术的开发研究。     

中国煤矿井下规模化抽采煤层气技术模式及适应条件研究

我国煤层气储层条件具有"三低一高"的特点,地面井抽采和井下抽采两者相互结合,取长补短是我国煤层气规模化开发的必由之路。本文通过对山西晋城、安徽两淮、重庆松藻3个示范矿区井下采煤和采气工程相互关系的研究,得出了煤矿井下规模化抽采煤层气技术模式划分方法和依据为煤层渗透率、煤层赋存条件和煤层开采顺序;煤矿井下采煤与采气工程相互衔接的关键节点为是否消除了煤层的煤与瓦斯突出危险性、是否实现了煤层瓦斯抽采达标和是否能避免工作面上隅角瓦斯超限;基于对煤矿井下规模化抽采煤层气技术模式和采煤-采气工程时空衔接关系的研究成果,结合各示范矿区井下煤层气抽采技术的应用现状,构建了3种典型模式对应的技术体系框架;从煤层条件、瓦斯条件和地质条件3个方面建立了典型井下规模化抽采煤层气技术的适应条件。最后,结合我国煤矿安全生产实际,提出了煤矿井下规模化抽采煤层气存在的技术瓶颈及新设想。