煤矿区煤层气综合开发利用模式探讨

我国煤层气资源丰富，高瓦斯矿井居多，但缺乏合理的煤层气综合开发利用模式和相应的配套技术。为此，结合我国煤矿区煤层气开发利用现状和煤矿煤层气储存及涌出特征，提出了矿井煤层气的综合性开发模式。即：①利用地面钻井及完井的增产措施，预抽原始煤层的煤层气；②开采期抽采，利用采掘工作的超前压力，开采卸压，进行井下煤层气抽采；③采空区及废弃矿井的煤层气抽采，通过地面钻井、埋管及巷道抽采煤层气；④矿井通风煤层气的回收利用。这形成了矿井煤层气综合性规模开采的一种最为经济的模式，同时也指出了这一模式需要解决的主要问题与关键技术，以期推动煤层气产业的快速发展。     

淮南顾桥井田煤层气井排采技术研究

淮南矿区是松软、低透气性、中厚、煤层群开采的典型矿区。淮南矿区所属的顾桥井田面积106.7km2,煤炭资源量18.7×108t。目前,顾桥井田进行瓦斯治理时存在采空区地面抽采难以实施,井下抽采工作量大,难度大,瓦斯超前预抽势在必行。国内外研究和实践证明,利用地面垂直井抽采瓦斯可以提前5~20年解决煤矿开采中遇到的瓦斯抽采问题。为了实现顾桥井田的瓦斯超前预抽,淮南矿业集团决定在顾桥井田开展地面垂直井煤层气超前预抽试验,本文对顾桥井田煤层气井的排采技术进行了分析研究。     

碎软低渗煤层顶板水平井分段压裂裂缝扩展规律及控制机制

碎软低渗煤层的煤层气地面抽采,多年来一直是制约我国煤层气产业化发展和煤矿瓦斯灾害防治工作的技术瓶颈,也是世界性技术难题。通过建立表征碎软低渗煤层顶板水平井分段煤层气抽采模式的地质—工程模型,采用数值模拟的方法,开展了顶板水平井压裂裂缝扩展规律的研究,揭示了碎软低渗煤层顶板水平井压裂裂缝垂向上不仅完全能穿层进入沟通煤层,而且由于裂缝在顶板岩层中的脆性主导性扩展造成"拉扯"作用带动煤层中的裂缝共同横向扩展,在碎软煤层中形成的裂缝比直接对碎软煤层压裂形成的裂缝要长的多,压裂增产效果更好。同时,现场工程试验也验证了煤层顶板水平井压裂对碎软煤层的增产改造效果。我国晚古生代煤田碎软低渗煤层分布广泛,高瓦斯突出矿井众多。该研究成果对于这类煤层的煤矿区煤层气地面抽采,尤其是突出煤层的掘进煤巷条带瓦斯地面快速预抽和区域瓦斯消突,瓦斯灾害防治,具有借鉴和指导作用,应用前景良好。     

煤矿瓦斯的抽放简介

重庆中梁山煤矿采取瓦斯抽放措施,使矿井的瓦斯涌出量降低40％以上,采区瓦斯涌出量降低60～70％,不仅保证了煤矿的安全生产,而且抽放出来的瓦斯,经井下、井上的管网集输到地面,还用来生产甲醛和炭黑,代替了数千户职工家庭的生活用煤。煤矿瓦斯的主要来源,一般是开采层、邻近开采层、夹层和围岩。在多煤层矿井中,由于开采其中某一煤层而造成的地压活动,使其上下邻近的煤层因卸压产生裂隙,瓦斯便顺裂隙大量泄入开采层。因此,抽放瓦斯所钻的井眼,多选择于开采的邻近层。也有在回采层本身抽放瓦斯的。     

矿井瓦斯治理及防灭火技术研究

在高瓦斯矿井的自燃煤层进行煤炭开采过程中,矿井瓦斯灾害和煤层自燃灾害同时存在。严重威胁着煤矿工作人员的生命安全和矿井财产安全。基于此,本文详细探讨了矿井瓦斯管理以及防火灭火技术研究,为煤矿开采提供一条可靠的经验。     

煤与煤层气协调开发模式研究

为了实现煤矿区煤炭与煤层气二种资源的安全高效协调开发,基于煤炭开发时空接替规律,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,是煤与煤层气协调开发模式的代表。     

采动影响区煤层动态含气量数值模拟

煤矿采动影响区是地面煤层气开发或井下瓦斯抽放的有利部位。基于矿井瓦斯工作实践,划分了煤矿采动影响区类型,阐述了采动影响区煤层动态含气量的数值模拟方法,并以阳煤集团二矿为例对采动影响区内煤层动态含气量进行了估算。     

五阳矿区煤层气解吸实验对瓦斯抽放的指导

将煤矿瓦斯抽放技术与煤层气储层解吸特征结合起来,旨在维护煤矿的生产安全,同时也可以变废为宝,更加有效地提高煤矿瓦斯的利用率。利用液氮吸附法对五阳矿区4个巷道煤样品的比表面积、孔体积、孔径分布进行研究,通过对煤层气的吸附/解吸性能进行测试,分析、对比了各项因素。结果显示,7805运输巷煤样品的微孔、小孔发育,煤层气含量丰富,节理发育。通过综合评价,应考虑在7805运输巷布置瓦斯抽放钻孔。     

碎软低渗煤层顶板水平井分段压裂高效抽采煤层气技术研究

中国碎软低渗煤层发育,气含量高,资源潜力大,瓦斯压力大、煤岩力学强度低、顺煤层钻进成孔困难,"有气难出"一直是困扰这类煤层气高效开发和矿井瓦斯治理的关键科学技术问题。芦岭煤矿8煤层为碎软、高瓦斯、突出、低渗、难抽采煤层,顶板可钻性较好。引进水平井分段压裂技术,沿煤层顶板施工水平井,采用"泵送桥塞封隔分段、多段多簇定向射孔、逐段分步定向压裂"等成套开发技术,以及"先低后高、先细后粗"的加砂工艺,适时应用段塞式加砂技术,在煤层中形成了多组具有高渗流能力的北东向垂直主裂缝带。经过精细排采,创造了煤层气水平井日产气量超万立方米的纪录。碎软低渗煤层顶板水平井分段压裂技术的成功应用,突破了"构造煤是煤层气开发禁区"的观念,填补了难抽采突出煤层区地面煤层气高效开发和矿井瓦斯治理技术的空白。     

地面钻井式抽采混合煤层气研究与实践

为促进煤矿安全、资源利用、环境保护和综合效益的和谐发展,根据混合煤层气的产出机理及钻井式抽采混合煤层气的原理,对混合煤层气富集的控制因素和井位设计原则等进行了较深入的研究和探讨。研究与实践表明,采用地面钻井方式对采动区和采空区混合煤层气进行抽采,单井产量高,见效快,既可以减轻因煤矿抽放至大气造成大气污染,又可减少CH4向连通的正在开采的工作面运移,减轻其通风压力,大大缓解煤炭开采过程中的安全事故,是油、煤两大企业合作的基础。对同类煤层气资源的有效开发具有重要的参考价值与借鉴意义。     

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中国煤层气资源丰富 ,据估算 ,埋深 2 0 0 0m以浅的煤层气资源达 (30～ 35 )× 10 12 m3 。但中国煤层气地面开发刚进入起步阶段 ,加之中国煤田地质条件比较复杂 ,因此研究中国特殊地质条件下煤层气的解吸、扩散和渗流机理的具体地质表现是认识煤层气可采性的关键。针对我国煤层气开采的特殊性 ,我国采取“地面开采和井巷抽放相结合”的方针。然而井巷开采占了相当的比例。本文建立了煤层气扩散渗流数学物理方程 ,并对煤层气渗流偏微分方程 ,采用差分法 ,进行了数值模拟计算。模拟结果表明 ,所建立的煤层气扩散渗流模型较准确地反映了煤层中煤层气流动规律 ,模拟后的煤层气压力变化曲线可以确定煤层气的开采压力变化范围和煤层气产气最大面积 ,对我国大面积低渗透性无烟煤煤层气的开发具有指导意义。     

煤层气增产技术

介绍了国内外煤层气开采现状、增产措施以及我国煤层气储层的特点，指出我国煤层气资源虽然十分丰富，但其勘探与开发水平还不高；我国煤层气储层的特点，决定了我国开采煤层气的难度较大。此外还分析了目前国内外煤层气增产的3项主要技术：水力压裂改造技术、煤中多元气体驱替技术和定向羽状水平钻井技术。     

便携式快速解吸仪的研制

近几年,对煤层气、页岩气开采已被各油田所广泛采用,但煤层、页岩含气量现场快速测量设备在我国还很少。通过调研国内外的部分解吸设备后,研制了一套较为快捷、方便的用于实验现场的设备。文章较为详细地介绍了设备的实验流程和设计特点,实现了经过智能控温、快速解吸、高速离心破碎等实验流程后残余气量的快速测量。     

煤层气的封存与富集条件

在水文地质条件简单的地区,煤层气的封存主要取决于煤层气富集区的构造及盖层岩性。通常情况下,压性断层可使煤层甲烷增多,张性断层使其降低。但在远离张性断层面的两侧,一般形成两个对称的平行条带状构造应力高压区,使得煤层甲烷含量相对升高,成为阻止煤层甲烷进一步向断层运移的天然屏障。背斜构造的中和面以上及向斜构造的中和面以下常会出现煤层甲烷的富集。依据煤层气盖层的排驱压力、渗透率等值,盖层可分为屏蔽层、半屏蔽层和透气层,它们在不同的构造发育区,其封盖性能不同,由此可划分出9类不同的构造封盖层岩性组合类型。平顶山矿区的实例分析表明:Ⅰ类组合煤层气含气性最好,其次为Ⅱ类、Ⅳ类、Ⅴ类,其它类型含气性最差。     

煤矿采矿工程中的采矿工艺与技术简述

随着采矿工艺与技术的发展,煤矿采矿问题得到有效解决,也实现煤矿采矿效益的较大提升。煤矿企业应充分掌握各类采矿工艺,结合煤矿结构特点,做好采矿工艺与技术的选择,更好地保障煤矿效益及安全。本文首先就煤矿采矿工艺予以分析,提出了煤矿采矿工艺技术应用需注意的问题,并对其发展趋势展开研究,旨在提高采矿工艺技术应用水平。     

泡沫排水采气消泡效果监测系统方案设计

泡沫排水作为排水采气的主要手段之一在我国各大气田应用非常广泛。由于上游部分井站消泡不彻底,部分单井不具有消泡剂加注设备以及分离过滤不彻底而引起的集气管道、设备内泡排剂二次起泡,严重影响下游脱水、增压生产。结合泡沫排水采气工艺消泡现状及存在的问题,开展泡沫排水采气消泡效果监测系统方案设计,提出了监测系统工艺设计思路和应用原理,并对实现的可能性进行分析,对提高消泡效果,减少泡排剂对下游增压、脱水影响,同时为解决部分产水气井的生产难题奠定基础,具有广阔的应用前景。     

水动力对煤层气成藏的差异性研究

水文地质条件是煤层气富集成藏的关键因素，一般认为地层总矿化度高值区的形成反映为闭塞的水动力环境，水体外泻条件差，封闭条件极好，因而，地层水的矿化度是反映煤层气运聚、保存和富集成藏的一个重要指标。通过研究发现，高煤阶煤层气符合上述规律，但是低煤阶煤层气却正好相反，低煤阶由于其生气量较小，其煤层气富集成藏的关键在于二次生物成因气，而活跃的、低矿化度的地层水有利于二次生物气的生成。研究结果对我国西北低煤阶煤层气勘探具有实际意义。     

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对中国几个主要煤层气试验区山西柳林、河北大城和安徽淮南等地的煤层气产率、含气量、煤层气地质特征等进行了比较研究，并讨论了影响煤层气富集的因素。结果认为，满足以下条件的地区有利于煤层气富集与保存：①含煤岩系发育，构造简单，保存完整；②煤层厚度大；③煤岩类型为光亮、半亮煤；④煤层割理间距小、密度大；⑤变质程度达气肥煤、焦煤；⑥盖层条件好。     

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中国的煤层大多具有致密、低渗透率特性，煤层气解吸、渗流困难，影响煤层气产量的因素较多且复杂。文章系统地分析和总结了煤层介质的低渗透率特性、煤层气的解吸扩散渗流特性、煤层与围岩的组合方式、含气饱和度对煤层气产量的影响，并用R/S分析方法研究了煤层气不稳定渗流产量的变化趋势，在此基础上，用灰色GM(1，1)模型预测了煤层气产量的变化规律，进行了实例分析。结果表明：煤层渗透率中等、含气饱和度在78%以上、压裂等措施是获得高产量煤层气的关键因素；R/S分析方法和GM(1，1)模型相结合是预测煤层气不稳定渗流产量变化的有效方法；根据上述关键因素和分析及预测的方法，科学预测煤层气不稳定渗流产量变化规律，有利于合理开发煤层气资源，提供洁净的能源，有效地保护大气环境，并从根本上改善煤矿安全生产条件，减少瓦斯爆炸事故。