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。     

煤矿区煤层气开发利用新技术现状及发展趋势

"十二五"以来,我国煤矿区煤层气开发利用技术取得了巨大的进步,虽然我国煤矿数量由近20 000对直线下降到了不足5 800对,但煤层气产量仍由2010年的88亿m~3提高到了2018年的184亿m~3,利用率亦提升了10%,科技对产业的贡献巨大;但是也出现了单井排采产量低、气源分散性高等新的问题。因此,全面梳理了近10 a煤矿区地面抽采技术装备、井下抽采技术装备和煤矿区高、低浓度煤层气利用技术装备的科技创新及应用效果等,阐述了煤矿区煤层气开发利用在三级瓦斯地质分析技术、碎软低渗煤层地面井分段压裂顶板技术、煤层群分层控压联合排采技术、采动区地面L型顶板水平井技术、井下千米定向长钻孔技术、碎软煤层井下护孔钻进技术、智能化钻机远控钻孔技术、井下水力化压裂/割缝增渗技术等煤层气抽采技术及其配套装备最新进展和中高浓度煤层气深冷液化、低浓度煤层气分级压缩提浓、超低浓度煤层气蓄热氧化利用等煤层气利用装备的最新进展及技术指标。在此基础上,针对我国目前面临的深部开采、西部煤炭资源开发及高强度集约化开采等新特点,分类整理了束缚煤层气产业发展的技术瓶颈和发展趋势,提出了煤炭开采与煤层气开发协同规划和联合开发的技术思路等。     

刍议煤层气(煤矿瓦斯)及其抽采

随着国家对煤矿安全生产重视程度的加强以及对煤层气这种新能源需求的增加,瓦斯抽采和煤层气抽采更加受到重视,并在越来越多的煤矿得到了推广应用。但到目前为止,煤矿瓦斯及瓦斯抽采、煤层气及煤层气抽采没有统一的定义,容易出现混淆的现象,给实际工作带来负面影响。为改变这种状况,促进今后的修改和规范使用,对相关概念进行了梳理和归纳,并提出了改进和完善的建议。     

淮南矿区煤矿煤层气抽采技术

根据淮南矿区实际，提出并研究了复杂特困条件下煤与煤层气共采技术。应用数值模拟、相似材料试验、工业性试验等方法，研究了开采煤层顶板煤层气抽采技术、开采保护层卸压增透抽采煤层气技术、地面钻井抽采采动影响区域煤层气技术等采动煤岩移动卸压抽采煤层气技术。以及原始煤层强化抽采煤层气技术的关键参数，全面考察了现场应用效果。     

我国煤矿区煤层气开发利用技术现状及展望

为了解决煤矿区煤层气气源分散性高、甲烷浓度低、气量波动大造成的利用途径单一、集输利用经济性差的难题,提高煤矿区煤层气利用率,依托国家科技重大专项课题,进行了煤矿区煤层气利用技术研究,初步形成了以含氧煤层气深冷液化、低浓度煤层气提质、低浓度煤层气发电提效、低浓度瓦斯安全燃烧、超低浓度瓦斯蓄热氧化综合利用等为核心的煤矿区煤层气全浓度利用技术体系,助推了煤矿区煤层气利用量和利用率的大幅提升,井下抽采煤层气利用量由2015年的48亿m³提高到了2020年的57.37亿m³,利用率从35.29%提高到了44.83%。随着我国煤炭产能集中度加快、关停/废弃矿区进一步增加,煤矿区煤层气甲烷浓度低、气源不稳定的问题仍将是制约煤矿区煤层气利用率进一步提高的主要因素。为此,全面梳理了近10年来煤矿区煤层气利用技术装备的科技创新,阐述了主要技术的最新研究进展、技术指标及应用效果。在此基础上,针对“碳达峰、碳中和”目标形势下我国煤矿面临的高强度集约化开采及智能化矿山建设新特点,分析了煤矿区煤层气利用产业发展亟待解决的技术难题及解决思路,提出了以分散煤层气高效集输、乏风瓦斯经济利用等为主导的煤矿区煤层气技术装备优化和发展方向,以期为煤层气的高效利用提供技术参考。

     

我国煤矿区煤层气开发利用技术进展

针对我国煤层气资源丰富但开发难度较大的实际情况,国家通过加大科技创新重视程度和投入力度,取得了一系列突破性进展,对煤矿区煤层气开发利用中的基础理论、关键技术、重大装备、集输利用、开发模式等方面取得的新进展进行了总结,同时剖析了煤矿区煤层气开发利用面临的问题,并提出了煤矿区煤层气开发利用技术的发展方向,以期为煤矿区煤层气高效开发利用提供参考.     

新疆煤矿区瓦斯抽采利用技术现状及展望

新疆煤炭及瓦斯资源丰富,是我国能源战略后备基地和煤炭生产力西移的重要承接区,但煤矿瓦斯抽采利用规模小、技术水平低,与其煤炭开采量极不匹配。通过对国内外煤矿瓦斯抽采、利用技术领域科学研究与工业应用进展的调研分析,根据不同浓度瓦斯的利用技术差异,将瓦斯浓度更科学地精确划分为5级。新疆煤矿区产出瓦斯主要为乏风瓦斯、巷道瓦斯钻孔抽采的特低-低浓度瓦斯,乏风瓦斯的科学利用技术方向为蓄热氧化发电,而钻孔抽采瓦斯因其地域的不同存在瓦斯浓度的差异,库拜、阜康、艾维尔沟等地区的低浓度瓦斯适宜燃气内燃机发电,其他矿区的特低-低浓度瓦斯适宜作为掺混气源与乏风掺混后蓄热氧化发电。对瓦斯抽采利用的瓦斯治理需求与严峻环保形势进行剖析,借鉴国内高阶煤地区成熟的瓦斯治理模式,根据新疆急倾斜、侏罗系中低煤阶地质条件下的瓦斯赋存与产出特点分析,建立了适用于新疆各主要煤矿区的"浅部采煤、深部排水采气,中部采空区卸压影响带抽采煤系气"的立体抽采模式,提出通过三维地质建模手段实现采煤、采气、排水过程的动态管理,优化采煤、采气的合理时序,为新疆煤矿区的瓦斯综合抽采利用提出技术方向、抽采模式等科学建议。     

我国煤矿瓦斯抽采与利用的现状及问题

分析了我国煤矿瓦斯抽采现状，提出我国煤矿瓦斯抽采利用领域存在抽采难度增大，技术与装备落后，基础理论研究和技术创新不足以及国家税收、财政等鼓励政策力度不足等问题，并有针对性地提出对策建议。     

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。     

煤矿采动区井煤层气排采技术

作者通过对煤矿煤层气抽放研究发现，煤矿采动区井抽排技术是降低煤矿瓦斯浓度、开发煤层气的最佳途径。本文简要介绍了采动区井抽排技术的原理、方法，并提出了采动区抽排设计必须考虑到地质条件、采煤技术、通风系统、采动影响区三带的特征、煤层气涌出特征等因素的影响，并认为在采动区抽排设计的主要内容应包括井组规模、井身结构、完井方式和抽排设备。论述了采动区排水技术的适应性，并对抽排水效果进行了分析。     

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。     

两淮煤炭基地煤矿瓦斯开发利用研究

煤矿瓦斯既是煤矿安全的"第一杀手",又是优质清洁能源,且直接排放温室效应相当显著。加大煤矿瓦斯的开发利用,是保障煤矿安全生产的关键举措,既可增加清洁能源供应、优化能源产业结构,又可减少温室气体排放、保护生态环境。两淮煤矿瓦斯含量大、压力高,煤矿瓦斯治理的压力巨大,同时开发利用前景也非常广阔。通过对两淮煤炭基地煤矿瓦斯资源状况及开发利用现状的分析,在总结煤矿瓦斯抽采利用的成果及存在的主要问题基础之上,提出煤矿瓦斯抽采与利用对策建议。     

河南煤化集团煤层气(煤矿瓦斯)开发利用现状与展望

河南煤业化工集团所属煤矿煤层气资源丰富,煤层含气量高、含气饱和度高、资源丰度大,开发潜力巨大。所属高瓦斯矿区煤层具有低透气性、可压密性和易流变性的"三性"特征。2009年集团公司预计全年煤层气抽采量可突破1.2亿m3。今后必须积极开展区域性瓦斯治理工作,大幅度提高瓦斯抽采量,才能从根本上消除瓦斯威胁,保证矿井安全生产。     

我国报废煤矿瓦斯抽采利用现状及潜力

随着我国煤炭开采强度的持续加大,以及东部经济发达省份煤炭资源的日益枯竭,报废煤矿的数量将会越来越多,报废煤矿瓦斯抽采利用在我国具有巨大的潜力.本文首先全面对比分析了美国、英国和德国等发达国家以及我国报废煤矿瓦斯抽采利用现状,然后探讨了我国报废煤矿瓦斯抽采利用潜在可行性技术方案,最后提出了促进我国报废煤矿瓦斯抽采利用产业发展的对策建议.     

阳泉矿区煤层气（煤矿瓦斯）开发利用现状及展望

在现场调研、资料收集和分析整理的基础上,阐述了阳泉矿区煤层气资源分布及赋存特征,分析了地面煤层气开发利用现状、煤矿瓦斯抽采及综合利用情况,指出了煤层气（煤矿瓦斯）开发利用的有利条件和面临的问题。结果显示,阳泉矿区煤层气资源丰富,集输利用基础设施比较完善,但存在地质基础研究相对薄弱,煤层气开发技术适应性不强,单井产量总体较低等问题;煤矿瓦斯抽采利用规模虽大,但瓦斯总体浓度不高,利用率低。为了加快阳泉矿区煤层气产业发展,建议增加煤层气勘探投入,提高探明程度,积极开展煤层气（煤矿瓦斯）高效开发利用的关键技术研发,各级政府应加强政策扶持,并为煤层气开发利用科研攻关提供专项资金支持。      

煤矿采动区煤层气井地面抽采设备体系成套化研究

地面钻井抽采煤矿采动区和采空区瓦斯是近年来逐步发展起来的瓦斯抽采新技术,是快速降低煤矿瓦斯最直接有效的途径。针对目前抽采现场受道路、场地等因素制约、在运输、安装等方面存在困难以及现场设备布置分散、不利管理和维护等问题,提出设备成套化的理论体系。该体系主要有真空泵、发电机、循环水箱、防火防爆等设备,所有设备撬装组合成一体式抽采设备,在有效解决以上问题的同时还具有对地形适应性强、占地面积小、减少设备安装及回收时间,提高工作效率、节约设备运输、安装及回收成本等优势,便于现场操作与管理。     

浅谈龙山煤矿煤层气的抽采利用

安阳龙山地区煤层气储量丰富,对其进行抽采利用,既可充分开发利用资源,又可促进矿井安全生产.介绍了龙山煤矿煤层气资源现状及抽采利用情况.该矿利用低浓度煤层气发电,解决了低浓度煤层气长距离安全输送的技术难题.实践证明,煤层气发电具有显著的经济、社会效益和广阔的发展前景.     

开发利用煤层气实现煤矿绿色开采

本文介绍了我国及国外煤层气的勘探开发现状，目前国家级重大煤层气项目，煤层气开发利用对煤矿安全生产的促进作用，以及为提高煤层气抽采效率而采用的相关技术。     

我国煤矿瓦斯抽放技术现状及展望

通过阐明瓦斯抽放的意义与作用,突出瓦斯抽放技术的重要性;指出了我国煤矿瓦斯抽放技术的发展情况、瓦斯抽放方法和瓦斯抽放技术现存的问题;展望了瓦斯抽放技术的发展前景和研究方向。     

国家油气重大专项煤矿区煤层气科技创新的探索与实践

国家油气重大专项形成的科技创新体系具有“新型举国创新体制”的特色,科技项目管理体系具有“全过程、多阶段、全生命周期”的特点。“十一五”至“十三五”期间,国家油气重大专项连续滚动支持煤层气开发和利用的基础理论、关键技术、成套装备的科技攻关和技术创新。煤矿区煤层气项目各参研单位以国家油气重大专项为契机,全力提升煤矿区煤层气科技创新水平,形成引领行业的煤矿区煤层气科技创新研发体系,全力支撑国家油气重大专项科研攻关目标的实现。国家油气重大专项煤矿区煤层气项目形成了一批重大标志性成果,构建了一系列行业创新平台,全面带动了全国煤矿区煤层气产业的技术进步和产业建设,有效推动了全国煤层气产业发展。结合项目/示范工程的组织实施和煤炭行业特点,系统总结国家油气重大专项煤矿区煤层气科技创新的探索与实践,凝练形成“以国家投入为引导,企业投入为主体,产学研用高度融合,持续引领行业科技进步”的国家科技重大专项煤矿区煤层气科技创新与实践。在建立健全组织管理机构、不断加强专项管理规范、持续发挥衔接纽带作用、协调促进科研管理创新、深入推进产学研用融合等方面形成了煤矿区煤层气科技创新实践的具体经验。