煤矿区煤层气开发部署方法

煤矿区煤层气的开发部署,受煤炭采掘规划和采掘布置的影响。基于我国目前的煤层气勘探开发现状,以晋城矿区为例,提出了煤层气开发部署原则,设计了井网优化部署方案,并进行了开发潜力及瓦斯治理效果分析。随着煤炭采掘的不断推进,煤矿区煤层气开发的地面垂直井形式会发生变化,即由起初单纯的地面垂直井转化为地面采动区井,而后可转化为地面采空区井。在地面垂直井阶段,气井连续排采10 a,累计产气量为576.44×104m3,目标煤层瓦斯含量降幅约为27.17%~51.99%。通过地面采动区井和地面采空区井阶段的瓦斯抽采,可使瓦斯抽采率进一步提高,达到有效治理瓦斯的目的。      

基于煤层气与煤炭协调开采的地面煤层气布井理论探讨

煤矿区煤层气地面开发具有资源、安全、环保等综合效益。研究了煤层气开发与煤炭开采相互影响的控制机制,分析了主要影响因素,包括:煤层气套管、水泥环对采煤机械的损害,金属套管碰撞产生的火花,压裂石英砂对煤质的影响,压裂对煤层顶板和底板的破坏,以及煤炭回采对井筒的破坏。基于煤与煤层气协调开采的目标,结合煤炭开采"O"型圈理论,提出了煤矿区煤层气地面井位部署应以煤矿采掘生产为优先考虑原则;在研究了煤炭开采不同位置布置煤层气井可能性的基础上,提出了煤矿最理想的布井位置为回采边界的煤柱处,并提出在条件允许情况下首选水平井抽采方式。论文成果对煤矿区煤层气的安全高效开发具有一定的现实意义。      

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。     

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。     

加快关闭煤矿煤层气资源开发利用的思考与建议

关闭煤矿中富集大量煤层气资源,其开发利用具有经济、环境、安全和社会多重效益,我国已开展了一些关闭煤矿煤层气资源勘探开发的科技攻关及其抽采工作,但由于我国关闭煤矿煤层气资源开发利用研究属于初级阶段。通过对我国高瓦斯矿井关闭情况研究发现,高瓦斯关闭煤矿主要分布在重庆、湖南、贵州、云南、四川、山西、江西、安徽等地区,尤其以贵州、重庆以及湖南等地区最多。这些高瓦斯关闭煤矿煤层气资源存在抽采技术及模式适配性差、基础研究薄弱、矿井封闭质量不确定、矿井水无相应处理措施、开发利用成本高等问题。建议系统开展关闭煤矿煤层气资源评价,通过加强科技攻关、建立关闭煤矿闭坑监测制度、制定相应关闭煤矿产业发展政策等多方面工作,确保我国关闭煤矿煤层气资源的有效开发利用。     

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。      

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。      

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。      

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。      

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...     

我国煤矿区煤层气地面开发现状及技术研究进展

回顾了我国煤炭企业组织实施和合作开展的煤矿区煤层气勘探开发进程。经过三十多年攻坚克难、不懈努力,我国煤矿区煤层气地面开发技术研究、工程试验和产业发展均取得了可喜的成绩,不仅在山西晋城矿区首次取得国内外无烟煤的煤层气开发成功,实现了煤层气规模化商业化生产,而且在安徽淮北矿区取得了碎软低渗煤层顶板水平井开发煤层气技术的重大突破,实现了碎软低渗煤层的煤层气水平井单井的高产稳产;煤矿区采动区煤层气井开发在安徽淮北、淮南,山西晋城等矿区实现了规模化工程应用。同时,梳理总结了依托“十一五”—“十三五”国家科技重大专项项目,在煤矿区煤层气地面开发理论及技术研究方面取得的主要成果及其应用效果,包括:煤层气井密闭取心技术与设备、碎软低渗煤层地面煤层气垂直井强化增产技术、碎软低渗煤层顶板和煤层水平井分段压裂开发技术、多煤层分层控压合层排采技术、低煤阶低气含量煤层地面煤层气开发技术、煤层气井极小半径多孔旋转射流侧钻水平井技术,以及煤矿采动区煤层气产量预测技术等。在此基础上,根据全国煤矿区煤炭开采发展趋势和需求,提出今后煤矿区煤层气研究应重点关注3个方向:穿浅部采空区/采动区的深部煤层气与煤炭资源协调开发、低...     

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。      

江西省丰城矿区煤层气储层特征

本文依据建国四十余年煤田地质勘探、煤矿井瓦斯地质、煤层气试验井的资料，较系统地总结了江西省丰城矿区煤层气的含量、压力及B4煤层的吸附性能，孔隙、透气性、渗透率、储层压力、煤体结构等方面的特征，并结合矿井瓦斯抽放及煤层气试验井的排采情况，对该矿区煤层气的资源量进行了预测。     

晋城岳城矿地面采动区井井位优选与抽采寿命研究

为了降低晋城岳城矿工作面U型通风造成的上隅角瓦斯聚集,提高采动与采空区煤层气地面井抽采井产量及抽采寿命,在借鉴成庄矿、寺河矿和赵庄矿等地面采动试验井研究及工程示范的基础上,以晋城岳城矿煤层气地质条件为工程设计依据,提出并优化地面采动区井位尽量靠近巷道位置处、大井眼地面钻井工艺、优化井身结构等设计方案。现场试验证明:部分采动区井通过避开采动应力卸载区及原位煤层高应力区优化布井,开采中包含3个阶段即卸压区抽采、新采空区抽采、老采空区抽采,达到了延长抽采井寿命的目的;但仍有部分采动区井在回采工作面推过井口后,煤气层抽采量迅速衰减至不产气,抽采寿命只包含两个阶段即卸压区抽采、新采空区抽采甚至仅卸压区抽采一个阶段。研究表明,优化后的大井眼钻井工艺及三开割缝套管井身结构设计对保持采动区井井身稳定,延长抽采寿命,保证采动区井产气运移通道畅通,提高抽采率起到了一定效果;采动区井煤气层抽采量和该井井筒位置至回风巷距离存在明显的负相关关系。岳城矿采动、采空区井基本不存在速敏效应,在井筒与裂隙带沟通良好的前提下,应选用大功率抽采设备抽采,可以有效扩展压降漏斗区域,其抽采影响半径水平方向可延伸至500 m以上。岳城矿地面采动区抽采取得了较好的效果,可在相似条件的煤矿区推广应用。      

山西关闭矿井煤下铝研究与勘查开发建议

山西是中国的产煤大省,长期的煤炭开采产生大量的煤炭采空区和关闭矿井。目前山西已计划抽采关闭矿井采空区煤层气,但关闭矿井煤下铝的勘查开发目前还属于空白。本文系统分析了山西关闭矿井煤下铝勘查开发的主要地质问题,发现山西煤下铝广泛分布于山西石炭-二叠系煤层下部,资源枯竭型关闭矿井目前最适宜勘查开发煤下铝;山西关闭矿井煤下铝勘查开发过程中面临着跨采空区勘查、带压开采、底板突水、顶板扰动、深部矿体结构复杂品质变差等诸多不利条件,尤其要严防导通上部采空区积水和下部岩溶水;山西煤下铝勘查应充分利用已有煤矿采掘巷道和地质资料,按照收集资料划定靶区-物探圈定矿区和采空区-钻探查明开采地质条件-钻探加密圈定资源量的勘查步骤可大大节约钻探工程量和勘查费用。     

基于AHP-熵权法的采动区煤层气开发潜力评价

采动区煤层气抽采利于高效开发采煤工作面卸压煤层气,降低井下瓦斯安全风险,但地质条件、煤炭采掘条件的差异使得地面井开发效果差异较大,因此,对预备采区进行选区评价具有指导意义。为了探索煤矿采动区煤层气高效开发的选区方式,通过建立一票否决制度及评价指标体系、结合层次分析法及熵权法确定指标权重、最后量化计算综合得分的方法,建立一套完整的采动区煤层气开发潜力评价体系,并应用于铁法矿区晓南矿。结果显示,研究区16个规划采区中有4个得分大于0.6,建议进行采动区煤层气开发;同时,评价结果排序靠前的单元净收益也较高,且处于矿区内煤层气赋存有利构造区域,与评价结果相吻合,验证了评价结果的合理性。综合认为,采用层次分析–熵权法组合权重的评价结果更为合理,有效避免了采动区煤层气选区开发的盲目性,评价结果具备一定实际工程开发部署及经济效益参考价值。      

贵州习水县仙源煤矿煤层气赋存与开发前景

根据仙源煤矿煤炭地质勘查、矿井地质及煤层气参数井资料,对仙源煤矿煤层气赋存特征进行分析,认为区内龙潭组4层目的煤层厚度较大,煤层间距较小,煤层埋藏深度适中,煤层含气量较高,煤层气富集和赋存条件较好。计算获得矿区煤层气推断资源量达27亿m3,煤层气资源潜力较大,具有较好的勘探开发前景。     

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。     

舒兰煤田水曲柳区煤层气分布规律及利用方向浅析

舒兰煤田水曲柳区煤层气在平面上富气中心分布与富煤中心一致。该区煤层气属特低丰度、中等埋深的小型煤气田。适宜井下瓦斯抽采。可在建井后,在瓦斯富集部位煤层底板岩巷中,采用钻孔抽采方式,可回收近1.8亿m3煤层气,不但提高了资源的利用率,还将减少环境污染,提高了煤矿生产安全度,具有显著的经济意义和社会效益。     

潞安矿区高河井田煤层气地面抽采有利区段评价

煤层气地面抽采技术是解决高瓦斯矿井安全生产的重要手段之一,正逐渐被煤炭企业所重视和采用。以潞安矿区高河井田为例,在缺乏煤层气勘探资料的情况下,运用现代煤层气地质理论,重新解读煤田地质勘探成果,挖潜出有利区段评价的关键性地质资料——煤体结构;并结合煤炭开采规划,对其井田构造、煤体结构、含气量、煤层埋深和厚度等地质条件进行了单项评价和区段综合评价。结果显示,高河井田西北区段为煤层气地面抽采的有利区段,建议作为煤炭规划区的首期煤层气地面抽采区。