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。     

煤层气开采三维动画模拟关键技术

针对煤层气开采模式在制作视频动画中如何提高模拟仿真动画精度与渲染时间效率等问题,分析总结了煤层气开采三维动画模拟制作流程,阐述了三维模拟仿真技术、IK骨骼动画技术、自定义绳体编辑技术、抽采动画特效技术、分镜头动态推演技术和VRay渲染器的GPU渲染等动画制作关键技术;在晋城矿区煤层气协调开采模式动态模拟推演中进行了实际应用,取得了良好的效果,帮助用户更直观、更高效地理解煤与煤层气开采技术。     

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...     

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。     

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...     

中国重点矿区煤层气资源潜力及若干评价理论问题

在新一轮全国油气资源评价中，通过对22个重点矿区的评价研究，建立了适合于煤矿区特点的煤层气资源及其潜力的评价方法体系，基本查明了相关矿区及其生产矿井煤层气资源的分布特点，分析了煤层气开发利用现状与前景，初步提出了关于煤矿区煤层气开发模式选择和对策方面的建议。本文介绍了其中关于矿区煤层气资源、开发潜力、开发建议的研究成果，进而就评价实践中涉及的若干关键理论问题进行了研讨。     

煤矿区煤层气与煤协调开发模式探讨

煤层气与煤炭开发存在矿权重叠问题,进行煤层气与煤炭开发时空配置关系研究,对煤矿区煤层气与煤炭高效协调发展具有非常重要的显示意义。基于煤炭开发时空接替规律,煤层气企业和煤炭企业共同对煤矿区进行规划部署,达到"抽、掘、采"的协调,实现煤层气与煤炭协调一体化开发,形成了较为成熟的矿权重叠区煤层气与煤炭协调开发模式:"晋城模式"、"三交模式"和"华潞模式"。提出了煤层气地面抽采存在政策激励疲软、产能到位率低、合作机制不健全等问题。     

晋城矿区U型井煤层气开发试验研究

晋城矿区当前煤层气开发的主要井型为直井,为满足不同地质条件下煤层气开发的需求,提高产气效率,将U型井作为一种重要的新型煤层气开发技术进行研究。分析了研究区地质条件和煤储层特征等因素,以晋城矿区赵庄区块SP-02井组为例,对其井位选择及钻完井技术进行了试验研究,实际监测表明,产气量明显提升,是赵庄区块产气量较大垂直井的4倍左右,产气效果理想。最后对U型井的开发提出了一些建议,为该技术的进一步推广应用提供借鉴和参考。     

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。     

关于我国煤矿区煤层气开发的战略思考

针对我国煤层气地质条件、煤储层特点，提出在当前和今后一段时期内，我国煤层气开发宜采用两条腿走路的策略，即煤矿区煤层气开发和煤矿边远区煤层气开发。认为各煤矿区的煤层气开发，必须针对各自具体的地质构造条件和煤储层特征，因地制宜地选择适用有效的开发技术。     

我国煤层气开发模式与开发技术问题探讨

我国复杂的地质条件决定了煤层气开发模式与开发技术选择的多样性。就目前应用较广的5种煤层气开发模式(井下瓦斯抽放模式、煤矿区地面预抽开发模式、采煤采气一体化开发模式、地面直井压裂开发模式及多分支水平井开发模式)和3项煤层气开发技术(定向水平井技术,欠平衡技术钻井、完井技术和注气提高采收率技术)进行了深入探讨,并对各项技术和模式的地质适应性进行了初步分析。结果表明:直井压裂技术较适用于高渗、原生结构厚煤层的煤层气开发,多分支水平井技术适用于低渗与特低渗厚煤层的煤层气开发以及煤矿瓦斯预抽,而采气采煤一体化适合于煤层发育比较复杂、地表条件差、垂直钻井和水平钻井很难施工的矿区的煤层气开发。     

煤与煤层气协调开发机制研究

为了更好地推广煤与煤层气协调开发技术,以实现煤与煤层气的协调开发,通过对油气重大专项3个示范矿区的煤层气抽采技术、采掘接续、开采过程中区域划分以及各个阶段所允许的最大煤层气含量的研究,初步建立了煤与煤层气协调开发机制。研究认为:根据各个矿区地质条件的不同,可划分为3个或4个区域,分阶段进行抽采和开采接续;建立了根据每个阶段的回采或掘进速度、风量等参数确定每个阶段的煤层气最大安全允许含量的公式;根据每个阶段的抽采技术和相关参数,可确定每个区域的合理抽采时间,从而合理安排采掘计划,最终实现采煤与采气在时间、空间上的协调;建立了3个示范矿区所代表典型地质条件下的协调开发机制。     

煤与瓦斯共采技术在贵州煤层气开发中的应用研究

文章介绍了淮南矿区"煤与煤层瓦斯共采技术体系"诞生的背景、抽采机理、抽采效果及适用范围,并详细论述了贵州省煤层气发展现状、赋存、地质构造特征及淮南矿区"煤与煤层瓦斯共采技术体系"在贵州矿区煤层气开发应用的可行性分析,指出贵州省煤层气开发可充分利用淮南矿区科技成果并有效结合本省特征,形成并建立健全贵州省"小煤矿煤与瓦斯共采技术体系",实现适合本地区特色的瓦斯抽放技术体系。     

我国南方潜在的高煤级煤煤层气开发基地-贵州五轮山矿区煤层气地质条件浅析

本文介绍了贵州织纳煤田五轮山矿区的地质背景、煤储层特征以及煤层气资源与分布情况，通过初步调查发现，贵州织纳煤田五轮山矿区煤层气基本地质条件与晋城地区具有一定可比性，这为形成我国新的高煤级煤煤层气开发基地提供了重要线索。     

煤矿区煤层气与煤炭协调开发模式初探

在分析和总结晋城、两淮和松藻3个矿区地质条件及煤层气与煤炭开发时间顺序、空间布局、技术途径的基础上,初步提出3种典型地质条件下煤层气与煤炭协调开发模式及其适用条件,为相似条件下煤层气与煤炭协调开发提供借鉴。     

煤层气开发精确对接井钻进技术装备研发与应用

针对煤矿区煤层气地面开发面临的井型及成井方法单一、配套国产化钻井装备不足等难题,提出了一种基于精确对接井钻进技术的煤层气开发新模式,研制了配套全液压车载钻机,集成了成套钻进装备系统;研究发展了精确对接井钻进工艺,总结形成了系列完井技术,在晋城矿区建成了我国煤矿区第一个高产的远端精确对接井。精确对接井钻进技术装备已推广应用于多个煤层气勘探开发工程,相继建成10个不同类型的精确对接井组,施工水平连通井16口,最大对接距离1 065 m,最大位垂比3.7,最高日产气量3.28万m~3(晋城矿区15号煤层),为实现煤矿区煤层气地面高效开发提供了技术装备支持。     

松藻矿区复杂条件与煤层气抽采协调的开采技术体系

松藻矿区开采条件复杂,煤与瓦斯突出严重,必须走井下煤与煤层气协调开发的道路,为了实现"掘、抽、采"平衡,采取了独特的巷道布置和采煤工艺。通过对全矿区8个矿井的现场调研,总结了松藻矿区复杂条件与煤层气抽采协调的开采技术体系。