关闭煤矿的资源开发利用与地质保障

在关闭煤矿中除煤炭剩余外,还赋存丰富的煤层气、矿井水、地下空间、地热等资源,具有巨大的二次开发潜力。依据全国煤层气、矿井水、地热等资源赋存现状,梳理部分重点关闭煤矿资源的绿色开发与清洁高效利用发展趋势;通过系统介绍集钻探、物探、遥感、计算机等勘查技术于一体的综合勘探体系,总结了其在关闭煤矿资源有效开发利用的地质保障作用,并从资源、环境、技术体系及数据库等七个方面提出关闭煤矿资源开发利用地质保障工作建议。     

山西省废弃矿井煤层气地面钻井开发关键问题与对策

随着我国煤炭去产能政策的有力实施,一批资源枯竭及产能落后矿井将陆续关停废弃。废弃矿井仍赋存着大量的煤层气资源,其开发利用是实现煤炭产业清洁安全高效低碳发展、促进煤矿安全生产、优化能源结构、实现温室气体减排等方面的重要举措。基于山西省煤基重点科技攻关(煤层气产业链)项目相关研究,系统阐述了废弃矿井煤层气开发面临着资源量评价不准、钻进体系不健全、井上下联合缺失等关键问题。针对这些问题提出以下几点对策:废弃矿井精准地质探测是采空区地面钻井轨迹设计的重要依据,尤其是炮采等落后采煤工艺的废弃矿井,地球物理勘探精度应达到米级才能有效降低钻遇煤柱风险;优选废弃矿井煤层气地面“L”型钻井思路,即选采空区周边一定距离的保安煤柱作为L型井位,并配套特殊钻进工艺;煤矿企业应将废弃矿井资源开发利用纳入煤矿全生命周期规划,尤其是矿井废弃前应确保煤层气抽采通道畅通,以实现煤层气井“一井多用”的新型井上下联合开采模式,提高废弃矿井煤层气开发效率;采用防回火、各种传感器等装置,并对关键参数设置自动报警停机界限值,从而使废弃矿井煤层气地面开采工艺安全、高效;对不同浓度废弃矿井煤层气,需要采取相应的梯级利用模式,从而提高整体开发利用价值。以山西省废弃矿井为示范区,研究认识对推动全国煤矿区废弃矿井煤层气开发利用具有重要的指导和示范意义。      

废弃矿井瓦斯抽采利用技术初探——以呼鲁斯太矿区乌兰特矿为例

废弃矿井瓦斯资源开发利用在我国尚处于探索阶段。以乌兰煤矿为依托,分析了乌兰煤矿地质特征及目前瓦斯抽采现状,开展了废弃矿井瓦斯地面抽采及资源化利用研究。在充分利用已有钻孔的基础上,制定了"疏通解堵、降低水位、增透增产"三步走的工程方案,并提出了井位选择及具体施工方案,为今后废弃矿井瓦斯抽采利用提供了借鉴。     

芦岭煤矿地面煤层气开发选区评价研究

芦岭煤矿是我国典型的高瓦斯突出矿井,煤层变形复杂,含气量高,渗透率低,煤层气丰度高,抽采难度大,有利区块优选对于煤与煤层气协调开发至关重要。在深刻剖析构造、煤厚、气含量等储层地质特征、研究影响主采煤层煤层气运移富集地质因素的基础上,运用层次分析法计算出各影响因素的权重,通过综合定量评价．提出煤矿北部C区是地面煤层气开发的最有利块段。     

鸡西煤田梨树煤矿地面煤层气抽采潜力

梨树煤矿属高瓦斯矿井,矿井瓦斯涌出量大,瓦斯治理形势日趋严峻。为评价梨树煤矿地面煤层气抽采潜力,从评价煤层气地面抽采潜力的关键参数含气量、渗透率入手,采用数值模拟软件CBM-SIM进行产能预测。研究认为,较高含气量的降幅程度及含气饱和度,决定了梨树煤矿主采煤层较好的解吸程度和开发效果。以XX-01井为例,含气饱和度高达99%,含气量降幅可达10.8 m3/t。原生–碎裂结构为主的煤体结构,决定了梨树煤矿主采煤层有较好的渗透性并且储层易改造,增产效果好。产能预测显示,梨树煤矿煤层气直井排采15a,累计产量可达422万m3,且经济效益、安全效益可行。因此,梨树煤矿具有较好地面煤层气抽采潜力。      

王坡井田煤层气井部署方法研究

王坡煤矿是高瓦斯矿井,已有的井下瓦斯抽排不能满足矿井安全生产的要求,迫切需要通过地面抽采来缓解。在已有地质成果基础上,采用煤层气藏数值模拟方法,对王坡井田地面煤层气抽采工程部署方案进行优化。结果表明:A区块是井田煤层气开发试验首选区,以梅花形井网作为试验井网,井间距300m×250m,井网长轴方向60°。这种布井方式在工程实践中取得了较好效果,具有较大的推广价值。     

煤矿瓦斯抽采技术及应用研究——以云南省富源县兴路煤矿二号井为例

国家在煤炭行业明确提出了"先抽后采,监测监控,以风定产"的政策,特别针对矿井或者是高瓦斯矿井的瓦斯问题,通过进行科学合理的抽采来降低工作面开采期间瓦斯可能带来的影响。必须从全局和细节的角度去实施瓦斯抽采工作,做好对瓦斯抽采技术的实际应用,达到有效防止瓦斯风险的目的。对工作面的工作情况进行了简要介绍,并根据自己的工作经验作了相应的瓦斯抽采技术的分析说明,主要是针对瓦斯抽采技术在煤矿开采过程中的使用情况进行了讲解,希望能为今后开展瓦斯抽采工作提供参考。     

煤矿区地面煤层气抽采效果评价方法探讨——以寺河煤矿某区块为例

评价煤矿区地面煤层气抽采的效果,可为煤层气后续开发和矿井开采设计提供技术依据。通过分析目前地面煤层气抽采效果评价现状,结合煤层气资源开发和煤矿安全生产对煤层气抽采效果评价的需要,提出了以煤层气含量降低率和煤层剩余气含量作为评价指标、以煤储层地质条件相近为评价单元划分原则,并在评价单元内实施一定数量检测井实测煤层剩余气含量的煤矿区地面煤层气抽采效果检测与评价方法。在煤储层地质条件划分的前提下,还提出了以煤层气含量降低率和煤层剩余气含量结果为划分依据的煤矿区地面煤层气抽采效果分级方法供探讨。该方法在晋城寺河矿某区块的应用,一定程度上证明了该套煤矿区地面煤层气抽采效果评价方法的合理性和可操作性。      

书讯

正《陕西省煤矿瓦斯地质图图集》收录了陕西省境内62处煤矿瓦斯地质图,并逐一介绍了煤矿概况、地质条件与煤层煤质、地质构造、煤矿生产、瓦斯含量及赋存规律、瓦斯抽采利用与瓦斯(煤层气)资源量,涵盖了全部高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井、曾经发生过瓦斯死亡事故的矿井及其他有关矿     

河北省煤层气资源及其勘探开发建议

河北省煤层气资源分布总体呈现南高北低、东高西低的趋势,煤层气集中在邯峰矿区-开平煤田的NE向带状区域。通过对省内4个重点区及5个一般地区煤层资源评价,底板标高-2000m以浅的煤层气资源总量为6046．32亿m^3,可采资源量为2523亿m^3,主要分布在底板标高为-1500m～-2000m的煤层中。根据煤层气资源和煤储层物性特征,认为峰峰矿区是河北省煤层气勘查开发的有利地区。在大淑村、小屯矿等无烟煤、贫煤发育区,可实施短半径水平分支井;在煤层气富集、渗透率适当的中煤级煤地区,可以实施垂直井或井组;在高瓦斯的煤矿开拓区,可以采用三维立体的煤层气（瓦斯）抽采模式。     

我国煤层气开发面临的主要科学技术问题及对策

在综述我国利用地面垂直井、采动区井、井下瓦斯抽放和废矿井抽放等4种技术进行煤层气勘探开发工作的基础上,结合国内外发展趋势,提出加强煤层气成藏理论、无烟煤渗透性控制因素、低煤级煤层气资源前景等基础理论研究和采用低伤害、注气增压、采气—采煤一体化、极小曲率半径钻井等先进技术,以加快我国煤层气产业的发展      

基于煤矿“先抽后建”及资源开发的煤层气地面井位抽采部署及应用

针对目前煤矿"先抽后建"提出的安全指标及贵州黔北矿区多煤层的资源特征,同时弥补目前地面抽采部署缺乏系统性、盲区大的问题,以贵州对江南煤矿为例,进行了煤层气地面抽采井位部署研究。综合该区复杂的地形条件、煤层发育特征（层数多、厚度薄、成群分布）、煤体结构及开发部署要求,优选出分段压裂水平井为主、丛式井为辅的开发方式。沿着1、2号采掘工作面分别部署了4个水平井组和16个垂直井（丛式井）,占地7个井场。通过精细化地质模型建立、网格划分,利用CBM-SIM数值模拟软件模拟了20口井（井组）5 a地面抽采效果平均日气量可达26 036.54 m3,地面抽采5 a后1、2号工作面内M78煤层气含量降幅超过30%。模拟结果显示,对江南煤矿的精细化井位抽采部署,有效降低了采掘工作面瓦斯含量,兼顾煤矿安全生产和煤层气资源利用的双重目的。该方法可为煤层气地面抽采及煤矿井下采掘安全协同发展,提供新思路、新方法。      

关闭矿井资源开发利用状况研究

经过长时间的高强度开采,我国已有大量的矿井因资源枯竭而关闭。据不完全统计,2014—2018年我国关闭煤矿井7 516个、非煤矿井27 877个。矿井关闭后,仍有大量的地下空间、土地、矿井水、地热等资源可供开发利用。目前,我国在关闭/废弃矿井开发利用方面存在着指导性政策尚未出台、地质评价技术体系尚未形成、关键技术尚无实质性突破、开发利用模式单一、资料管理混乱、矿业权再次出让困难、社会资本投资热度不高等诸多问题,造成我国关闭/废弃矿井综合开发利用难以形成产业。从关闭矿井资源开发利用关键技术攻关、示范工程建设、评价体系建立、数字化平台建设、政策法规出台等角度提出了一系列合理化建议。     

中国煤炭甲烷管控与减排潜力

甲烷是最主要的非二氧化碳温室气体,受到越来越多的重视。煤炭甲烷是我国最主要的甲烷排放源类型,我国也是世界煤炭甲烷排放量最大的国家,煤炭甲烷的有效排放管控与高效开发利用兼具温室气体减排、能源气体开发利用和灾害气体防治三重意义。基于系统调研和研究工作积累,概述了煤炭甲烷排放管控背景,总结了全球与代表性国家煤炭甲烷排放及其管控现状,阐释了我国煤炭甲烷开发利用与排放管控历程及发展趋势,讨论和前瞻了我国煤炭甲烷减排路径与减排潜力。已有研究工作表明:我国煤炭甲烷排放主要来自煤炭地下开采风排瓦斯,且较长时期内仍是我国煤炭甲烷的主要来源;随着我国关闭矿井增多,由此产生的关闭矿井甲烷排放量呈增长趋势,是我国煤炭甲烷不容忽视的来源。随着碳中和目标的提出,温室气体减排的政策导向逐渐成为我国煤炭甲烷排放管控的重点,明确了煤炭甲烷减排方向。我国煤炭甲烷排放管控形成了以煤层气勘探开发利用、煤矿瓦斯抽采利用、关闭/废弃矿井瓦斯抽采利用、乏风瓦斯利用等全浓度利用,煤炭采前、采中和采后全周期利用为特征的关键技术路径。我国煤炭甲烷排放管控面临巨大压力和严峻挑战,诸多政策、机制、技术问题亟待破解。突破复杂地质条件适配性煤层...     

大水头煤矿综放工作面瓦斯综合防治技术研究

大水头煤矿为高瓦斯矿井,地质构造复杂,煤层具有自然发火特征,煤尘具有爆炸性。结合煤矿矿井瓦斯地质,确定了适合本矿的综放面瓦斯综合防治技术。在工作面采用一进二回"B"型、一进一回"U"型通风系统以及采前预抽、边采边抽、采空区埋管抽采等综合抽采方法,保证了工作面上隅角、回风顺槽等瓦斯浓度不超限,防止了瓦斯事故的发生,实现了矿井的安全生产。     

煤矿采空区煤层气地面开发技术及工程应用

煤炭采出后,采空区中仍蕴藏着丰富的煤层气资源,其资源评价与开发利用具有环保和资源双重意义。近几年来,在山西晋城、西山和阳泉等矿区开展了地面钻井抽采采空区煤层气的积极探索,但在采空区煤层气地面开发过程中,往往因煤矿采空区积水、上覆岩层承压涌水等原因,导致地面钻井不产气或抽采气量低。以山西晋城岳城矿为例,研究不同采煤工艺下的采空区煤层气赋存特征、采空区积水和采空区裂隙带岩层渗透率对采空区煤层气地面开发的影响,提出采空区井布置原则和抽采技术,为解决三开空气钻进过程中岩粉进入裂隙带堵塞采空区煤层气运移通道问题,探索用水力冲孔方法提高采空区裂隙带岩层渗透率方面的应用。研究表明,煤矿采空区井布井原则:(1) 采空区井应布置在采空区积水区域之外;(2) 针对房柱式采煤形成的采空区空间形态,采空区井应避开保护煤柱最终完钻至采空区空间内;针对长臂式垮落法采煤形成的采空区空间形态,采空区井最优钻井区域为“O”形圈边界连线和采场边界之间靠近终采线一侧。研发了一种煤矿采空区井排水采气一体化抽采系统,该抽采系统实现了采空区井底积水抽排和煤层气抽采同步进行,解决了采空区上覆岩层承压涌水造成煤层气产量下降问题,抽采系统优化前后采空区井煤层气抽采量增加33.3%。探索性地将水力冲孔运用于解决钻井岩屑造成的采空区裂隙带岩层渗透率下降问题,工程试验结果表明,水力冲孔改造前后采空区井日均抽采量最高增长率为11.30%,提出了采用泡沫欠平衡钻井技术解决钻井岩粉侵入采空区裂隙带的建议。      

四川煤层气开发模式研究

为了解决四川煤层气单井产量差异大、产能规模小、探明储量极低等问题与挑战,以古叙矿区为例运用“一票否决+多层次模糊评价+多层空间叠加”等方法来应对煤层气开发选区等主要问题,综合分析了钻完井各种井型的条件与经济效益情况,提出“丛式井组为主体成井方式、地面煤层气开发模式、煤炭与煤层气有机协调的井上下联合抽采开发模式及关闭矿井煤层气抽采模式”分别适用于筠连和芙蓉矿区、古叙矿区及零星矿井;坚持传统“清水+砂”方式储层改造继续扩大运用,开展新型压裂液的研究是解决南方高煤阶构造复杂区煤层气开发的基本策略。     

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。     

贵州官寨煤矿“先抽后建”地面瓦斯抽采工艺分析

新建突出矿井必须进行地面钻井预抽,做到"先抽后建"的要求。结合贵州官寨煤矿开拓部署,构建了官寨煤矿"先抽后建"的工艺流程,提出了主斜井地面实施定向井水力压裂、副立井采用洞穴完井、首采面采用丛式井水力压裂的工艺,从而使官寨煤矿实施"先抽后建"地面瓦斯抽采与矿井建设工程可以做到很好的统筹衔接,对于煤矿区协调实施煤层气与煤炭开发具有很好的借鉴意义。      

陕西省煤矿瓦斯地质图图集

正《陕西省煤矿瓦斯地质图图集》收录了陕西省境内62处煤矿瓦斯地质图,并逐一介绍了煤矿概况、地质条件与煤层煤质、地质构造、煤矿生产、瓦斯含量及赋存规律、瓦斯抽采利用与瓦斯(煤层气)资源量,涵盖了全部高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井、曾经发生过瓦斯死亡事故的矿井及其他有关矿井。全书12章,包括概述、韩城矿区瓦斯地质图、铜川矿区瓦斯地质图、蒲白矿区瓦斯地质图、澄合矿区瓦斯地质图、彬长矿区瓦斯地