煤层气(煤矿瓦斯)抽采技术发展现状及趋势

本文简述了煤层气(煤矿瓦斯)抽采技术的发展历程,重点介绍了以井上下联合抽采技术、三区联动立体抽采技术、煤与瓦斯共采技术为代表的当前新兴的煤层气抽采技术,认为未来地面抽采、井下抽采和煤炭开采相结合的瓦斯抽采技术模式将会大力发展。     

井上下联合抽采瓦斯技术浅析

井上下联合抽采瓦斯是一项煤矿瓦斯治理的新技术,具有减少煤矿瓦斯灾害和节约利用资源的优点。本文介绍了地面、煤矿井下以及井上下联合抽采瓦斯技术,对各种抽采瓦斯的方法进行了简要的论述。井上下联合抽采瓦斯的应用结果表明:采用地面压裂和井下联合抽采技术,克服了低渗煤层地面压裂效果差的缺陷,降低了抽采成本和瓦斯治理费用,为中小煤矿瓦斯抽采和区域治理提供了有效手段,同时释放了突出矿井产能。因此,具有一定的综合效益,是煤炭与煤层气开发的发展趋势。     

对江南煤矿井上下立体化抽采工艺分析

为了解决对江南煤矿“先抽后建”以及煤与煤层气协调开发的问题,根据对江南煤矿采掘部署以及首采煤层M78煤体结构好、气含量高、渗透性较好的特点,对首采面提出了地面水平井和丛式井相结合的方式进行高效地面预抽瓦斯,而对较晚开采的备用面和准备面采用丛式井地面预抽方式。模拟显示,地面抽采5年后,首采面M78煤层瓦斯有了大幅度降低,最高降低幅度超过50%。在地面预抽后井下采用底板排水巷定向长钻孔抽采技术,实现井上下立体化抽采。该工艺降低了煤矿瓦斯治理投资,提高了煤炭安全生产的效率,同时可充分有效地利用煤层气资源。     

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...     

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...     

新疆急倾斜煤层气与煤矿瓦斯立体联合抽采技术前景

由于针对中低煤阶、高倾角、高地应力等条件的煤矿安全开采技术系列仍不完备,高瓦斯煤矿井多处于停产阶段,且煤矿瓦斯抽采与利用率低,使瓦斯排放导致的温室气体问题严峻,优质煤炭资源搁置导致特殊煤种需求难以满足。经研究提出的“新疆急倾斜煤层气与煤矿瓦斯立体联合抽采技术”,是一个集成地质与工程两大领域的“1+3+N”技术体系,包括1套方法、3个层次、N种关键技术,以期通过煤层气地面开发方式完成煤矿瓦斯超前抽采,将煤层瓦斯以高浓度甲烷方式开发利用,大幅减少煤炭开采阶段的瓦斯排放量,大幅提升新疆煤矿瓦斯抽采利用率,促进新疆煤炭低碳开发及煤层气产业发展。     

我国煤矿区煤层气井上下联合抽采研究进展

煤矿区井上下联合抽采是煤层气开发的重要形式。首先,介绍了井上下联合抽采的技术内涵和实现方式,分析了井上下联合抽采发展现状及存在的问题,包括煤层气井上下开发方式和施工技术的联合,施工技术的联合又分为条带式井上下联合、地面井与井下长钻孔连通压裂联合、立体压裂联合、顶板压裂联合、井/孔对接联合。随后,针对煤层气井上下联合抽采需求及存在的问题,研究了地面直井与井下近水平钻孔联合抽采煤层气技术,实现了抽采通道和抽采工艺的联合。最后,对井上下联合抽采技术发展进行了展望。     

基于井上下联合抽采的三区联动瓦斯综合治理模式

为解决近距离突出煤层群开采过程中瓦斯超限及煤与瓦斯突出隐患,通过建立瓦斯治理的时空坐标系,系统分析井上、井下抽采技术的时空分布特征及其约束条件,进而揭示煤炭开采三区的井上下联合抽采的时空转换机制;基于沙曲矿近距离煤层群开采特点,在规划区大范围采用三类地面井,实现煤层气的规模化预抽,在开拓区和生产区首次实施了多分支水平井与千米钻孔定向对接高效抽采、大孔径定向长钻孔立体式抽采等关键技术,通过井上、下抽采方法优选集成,结合煤层气综合利用,形成了沙曲瓦斯综合治理模式与配套技术体系。经过实践验证,推行"沙曲模式"可实现采掘工作面瓦斯零超限,基本消除各煤层突出危险性,保证矿井安全高效生产,结合瓦斯综合利用可产生显著经济和社会效益。     

强突出煤层群储层联合改造技术

强突出煤层瓦斯压力大,瓦斯含量高,突出灾害严重。传统的预抽瓦斯和保护层开采技术直接作用于强突出煤层存在较大的困难,因此采用理论分析和现场工程实践相结合的研究方法,提出了井上下联合采动卸压储层改造技术,即根据安全性和经济性的原则确定首采层,利用地面钻井改造首采层,抽采首采层的瓦斯,消除首采层开采的危险性。首采层开采过程中,利用原来的地面钻井抽采强突出煤层的采动卸压瓦斯,消除其突出危险性。该方法使现有的矿井瓦斯抽采方法和地面煤层气方法有效的结合,实现煤和瓦斯资源的安全高效开采。     

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。     

高瓦斯大采高长工作面瓦斯综合治理技术研究

寺河煤矿4301工作面为高瓦斯大采高长工作面,回采过程中面临着巨大的安全压力。通过采用地面钻孔抽采、井下千米钻机递进掩护抽采以及本煤层顺层钻孔抽采等立体空间式的"三级"瓦斯综合治理模式,实现了地面压裂与井下瓦斯抽采相结合,建立了井上下协同瓦斯抽采模式,同时井下采用"三进两回"的通风方式,有效杜绝了工作面和上隅角瓦斯超限,保证了工作面安全高效回采,实现了煤与瓦斯共采的绿色开采技术。     

安徽出台加快煤矿瓦斯抽采利用的实施意见

安徽省政府办公厅日前出台《关于加快煤层气（煤矿瓦斯）抽采利用的实施意见》，从11个方面落实煤层气（煤矿瓦斯）抽采利用政策：①煤层气抽采利用项目建设用地，按国家有关规定予以优先安排；②对地面直接从事煤层气勘查开采的企业，2020年前按国家有关规定申请减免探矿权、采矿权使用费；③对地面抽采煤层气暂不征收资源税，对煤层气勘探开发作业和开采利用的设备、仪器、零附件、专用工具及监测监控设备，免征进口税和进口环节增值税，2020年前，对煤层气抽采企业的一般纳税人抽采煤层气实行增值税先征后退政策；④煤炭开采企业综合利用本企业在开采过程中产生的煤层气做主要原料进行生产的所得，自生产经营之日起，免征企业所得税5a；     

煤矿区钻探技术装备新进展与展望

我国煤层气资源非常丰富。在煤矿区,煤层气(瓦斯)开发具有增加洁净能源供给、提高煤矿安全生产保障能力、减少温室气体排放等多重效益。地面钻井开发与井下钻孔抽采是煤矿区煤层气(瓦斯)开发的基本途径,同时也是煤矿区应急救援的主要手段。本文介绍了煤矿区地面煤层气开发新技术装备,大直径钻孔施工技术与装备及井下中硬、松软煤层和岩层瓦斯抽采钻孔成孔技术与装备。在此基础上分析了在新形势下煤矿区煤层气(瓦斯)抽采钻孔成孔技术和装备发展需求,为我国煤矿区煤层气(瓦斯)钻孔成孔提供借鉴。     

井上下联合抽采瓦斯技术在岳城矿的应用

为解决采空区瓦斯大量涌出严重制约综采工作面生产的技术难题,针对岳城煤矿1302采煤工作面瓦斯浓度高的情况,基于煤炭开采时空接替、瓦斯抽采关系,提出适合高瓦斯煤矿瓦斯治理的井上下联合抽采采空区瓦斯技术模式。实践表明:该技术模式能够大幅度降低工作面瓦斯超限的威胁,有效抽采高瓦斯矿井采空区积聚瓦斯,提高了高瓦斯煤矿瓦斯抽采水平和安全生产效益。     

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。     

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。     

煤矿区煤层气(瓦斯)抽采集输新技术及前景展望

煤层气(瓦斯)抽采是保障煤矿安全生产的根本措施,随着抽采技术的发展,其使用性和针对性越来越强,能解决地质条件相对简单的煤矿瓦斯问题,但对于复杂地质、松软低渗煤层、深部开采等条件,既有的煤层气(瓦斯)抽采技术具有一定的局限,需要新的技术来解决。本文详细阐述了高压水力压裂、高压水力割缝一体、顺煤层钻孔封孔提浓、采动区煤层气(瓦斯)地面井抽采、低浓度煤层气(瓦斯)集输等新技术的技术原理、特点、核心内容及应用效果,该技术群对煤矿瓦斯安全高效抽采发挥了较好的促进作用。分析指出:今后我国复杂地质条件煤矿区煤层气(瓦斯)抽采应以保障钻孔质量入手,重点在煤层增透;应根据具体的条件选择"主动"增透(压裂、割缝等)技术或"被动"增透(采动卸压)技术,提高瓦斯的综合抽采效果。     

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。     

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。     

突出煤层群井上下联合抽采防突模式与关键技术

我国煤层具有地应力大、渗透率低、瓦斯压力大、瓦斯含量高等特点，煤与瓦斯突出灾害严重。因此，需采取有效瓦斯治理措施，而单一井上瓦斯抽采技术容易出现抽采盲区，导致抽采效果不佳；单一井下瓦斯抽采技术工程量大、周期长，难以在短时间实现煤层消突。通过将井上与井下瓦斯抽采技术相互联合，实现井上下联合防突，是保障煤炭安全开采的关键技术之一。而在煤层群矿井中，需针对煤层间距离的远近采用不同的井上下联合防突模式，实现煤层群快速消突。对此，基于井上与井下联合抽采瓦斯技术优势，阐明了井上下联合防突“时空转换-优势互利”的内涵。井上地面井长时间、广覆盖抽采瓦斯实现煤层降突，换取井下作业空间，实现“时间换空间”；井下钻孔在井下作业空间内，精准抽采目标区域瓦斯实现目标区域快速消突，缩短目标区域消突时间，实现“空间换时间”，提升煤层瓦斯治理效果。针对近距离煤层群层间采动影响大等特点，提出了近距离煤层群“孔群覆盖-协同抽采”井上下联合防突典型模式，实现了瓦斯突出治理的超前规划、提前施工、整体消突。针对远距离煤层群采动卸压范围小等特点，提出了远距离煤层群“强化增透-递进抽采”井上下联合防突典型模式，实现了瓦斯突出治理的...