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。     

两淮煤田煤层气与煤炭勘查开发时空配置关系

煤矿区煤层气勘查开发既存在煤炭、煤层气(瓦斯)勘探程度高的优势,也存在煤炭与煤层气矿业权大面积重置的劣势,因此进行煤层气与煤炭勘查开发时空配置关系研究,对实现煤矿区煤层气与煤炭安全高效协调开发具有非常重要的现实意义。综合分析煤炭开发时空接替规律和煤炭、煤层气矿业权设置现状,以煤炭矿井或勘查区为基本地质单元,两淮煤田可划分为7类性质不同的区块。在系统分析不同区块煤炭、煤层气勘查开发时序和煤层气开发方式的基础上,结合煤层气地质条件,以勘查开发的空间布局、时序安排为主线,深入探讨了两淮煤田7类区块的煤层气与煤炭勘查开发原则、煤层气开发方式、重点区块分布、含气面积及资源量等,建立了煤层气与煤炭勘查开发的时空配置模式,为矿业权重叠问题提供了技术解决方案。     

突出矿井煤层气开发与安全高效采煤一体化模式的研究与实践

为解决煤与瓦斯突出矿井煤层气与煤炭协调开发这一技术难题,在多年研究和实践的基础上,利用瓦斯含量测定技术、井下煤层气抽采产能预测技术,以及地面井抽采等多项瓦斯治理技术,结合煤层瓦斯赋存管理平台,提出了突出矿井煤层气开发与安全高效采煤一体化模式,形成了相应的技术体系,诠释了"以采气保采煤,以采煤促采气"的内涵。研究成果成功应用于寺河矿西井区,显著提高了矿井瓦斯灾害治理水平,并取得了良好的经济和社会效益。     

基于煤层气与煤炭协调开发的地面抽采工程部署关键技术进展

煤矿区煤层气地面抽采具有煤炭安全开采效率高、清洁利用煤层气资源和减少瓦斯大气排放的多重效应,其煤层气产量多年来占了全国总量的主要比例。“十一五”至“十三五”期间,依托国家油气重大专项,基于煤层气与煤炭协调开发的指导理念,研究了煤矿区地面煤层气抽采工程部署的特点及存在问题,按照受煤炭采动影响与否将煤矿区煤层气地面抽采分为预抽和采动抽采2种类型,在对两种抽采类型的抽采对象、可抽采时间和空间特征研究基础上,分别总结形成了煤层气地面预抽和采动抽采的工程部署方法体系。结合原始条件下煤层气开发模拟技术现状分析,梳理了煤矿区煤层气地面预抽模拟技术体系;在采动抽采技术特点及关键储层参数变化规律的研究基础上,基于渗透性控制气体运移规律的认识,提出了采动抽采效果预测模拟方法。根据煤矿区地面抽采具有安全效应特征,提出了煤矿区地面煤层气抽采间接经济效益的评价指标,即地面抽采前矿井瓦斯灾害治理费用与地面抽采后矿井瓦斯灾害治理费用的差值,并建立了包含预抽和采动抽采的比较全面的地面煤层气抽采工程经济性评价方法。煤矿区地面抽采工程部署及相关技术是预判煤矿区地面煤层气低成本高回报效果、煤层气与煤炭资源协调开发的关键手段...     

“双碳”目标下煤矿采空区（废弃矿井）煤层气资源再利用的政策研究

在我国以煤炭为主导的能源结构背景下,要实现“2030年前碳达峰、2060年前碳中和”的目标,除了要大幅发展可再生能源外,还需要大力推进化石能源清洁高效利用。当前,煤炭行业供给侧结构性改革持续推进,国内绿色煤炭资源量逐年减少,煤炭采空区（废弃矿井）数量日益增多。开发利用好煤矿采空区（废弃矿井）残余煤层气资源,是实现“双碳”目标的重要举措。本文总结了山西省煤矿采空区（废弃矿井）煤层气资源赋存情况,分析了开发利用煤矿采空区（废弃矿井）煤层气资源的必要性和可行性,剖析了现阶段开发利用可能面临的诸多问题,如矿业权设置、经济成本等,提出了规范开发的政策性建议：1.矿业权设置方面,可以邀请招标等方式确定实施企业;2.出台政策方面。如免征矿业权使用费、鼓励煤矿闭坑后,继续运营瓦斯抽采系统、支持煤层气移动式发电站项目建设等。3.监管方面,加大监管力度,对恢复煤炭生产的企业依法实施处罚。     

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。     

废弃煤矿采空区煤层气资源评价模型及应用

如何评价废弃煤矿采空区煤层气资源是其开发中遇到的关键问题。在对煤炭开采覆岩变形破坏规律研究的基础上,通过理论分析和数学推导,建立了废弃矿井煤层气资源量评价模型和方法,对山西晋煤集团晋圣煤矿采空区煤层气资源进行了评价。研究结果表明,煤炭开采导致采场周围岩体应力重新分布,引起煤层顶底板岩体发生变形与破坏。采空区煤层气资源主要由吸附气和游离气组成,主要来源于煤柱及残留煤层、临近未采煤层和围岩中的游离气和吸附气。基于采动覆岩变形破坏分带特征,根据破碎岩体孔隙率和碎胀系数关系,分别建立了采空区垮落带和断裂带内岩体孔隙体积模型。结合煤层气资源在废弃矿井中的分布特征,考虑煤炭开采采空区积水情况,建立了采空区积水量计算和含水饱和度计算模型,提出了废弃矿井煤层气资源量计算方法,对山西晋煤集团晋圣煤矿采空区煤层气资源进行了评价分析,评价结果认为,废弃煤矿采空区煤层气资源丰富,井田面积为6.5 km2,二叠系山西组3号煤层煤层气总资源量为5.871 7×108m3,其中吸附气资源5.835 3×108m3,游离气资源0.036 4×108m3,资源丰度为0.902 0×108m3/km2。     

中国主要矿区煤层气资源的评估

煤层气资源的评估是规划煤层气开发利用的基础。本文根据我国煤层气开发的已有成功经验和煤层气资源与煤层共生、共储、共采的特点，认为近期内应以煤炭可供开采的资源量为基础评估煤层气资源才有比较现实的意义。以对各矿区煤层测定的大量瓦斯吸附常数、孔隙率、煤质分析资料和现场实测的煤层瓦斯压力为基础，计算了煤层的瓦斯含量，并提出了以目前中国主要煤矿区为单元的煤层气资源评价结果。中国主要煤矿区的煤层气保有资源量总计为47303．4亿m^3。，备采煤层气资源量为13878．6亿m^3。     

中国煤炭学会2013年高层学术论坛

《煤与瓦斯共采理论与关键技术》——中国工程院院士、淮南矿业集团副总经理袁亮 我国煤矿瓦斯地质赋存条件复杂,就瓦斯而言仅靠地面煤层气开采技术不能解决大部分矿区瓦斯治理难题,遏制不了瓦斯事故的发生,必须坚持“两条腿走路”,把瓦斯作为资源,在开采煤炭的同时建立井上下瓦斯抽采系统,把瓦斯集中“抽采”至地面,变害为宝加以利用,即煤矿区井上下瓦斯抽采与地面煤层气开发相结合、采煤采气一体化的技术路线。     

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。     

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。     

重庆地区煤层气资源开发模式研究

通过研究分析目前国内外煤层气开发模式,结合重庆地区实际地质情况,提出了适合重庆地区的综合开发模式。即:采煤前地面压裂抽采,预抽原始煤层的煤层气;采煤时井下预抽,利用采掘工作的超前压力,开采卸压,进行井下煤层气抽采;采空区及废弃矿井煤层气抽采,通过地面钻井、埋管及巷道抽采煤层气;以及矿井通风煤层气的回收利用。形成了煤层气综合性规模开采的一种最为经济、有效的模式,同时也指出了这一模式需要解决的主要问题与关键技术。     

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。     

我国煤层气勘探与开发技术现状及发展方向

介绍了煤层气勘探与开发技术体系的内涵,分析了我国煤层气勘探开发技术的现状与存在的问题,包括煤层气资源勘探技术、煤层气地面井增产技术、煤层气地面井排采技术、煤层气矿井抽采及煤气共采技术。针对煤层气勘探与开发的技术需求,对煤层气勘探与有利区块优选技术、以沁水和鄂尔多斯2个盆地为主的中～高煤阶地区煤层气增产技术、低煤阶地区煤层气单井增产与规模性开发技术、多煤层及构造煤地区煤层气地面井开发技术、煤炭与煤层气协同开采技术的近期、中期、远期规划提出了研究建议。     

山西采煤采气一体化开发模式探讨

由于煤层气资源与煤炭资源共伴生的赋存特点,以及煤炭、煤层气矿业权设立的时序差异,导致山西省煤炭与煤层气矿业权呈现重叠区块多、重叠面积大的特点。为实现山西省采气采煤的有序衔接,在兼顾煤炭、煤层气矿业权人合法权益的基础上,促进煤炭、煤层气资源合理开发利用,促进双方矿业权人合理解决资源利用与安全互保等问题,本文通过对"晋城模式""三交模式""中联-阳煤模式"等山西省现有采煤采气一体化开发模式进行分析对比,从合作模式、开采时序、保障措施等方面,为矿业权人提供新的采煤采气一体化参考建议。     

鸡西矿区煤层气开发利用现状及前景

鸡西矿区煤炭储量和煤层气储量较为丰富，随着矿井瓦斯抽采水平和抽采量的不断提高，煤层气开发利用工作逐步发展，本文在介绍鸡西矿区煤层地质条件的基础上，重点阐述了煤层气开发利用现状及发展前景。     

西铭矿煤层气资源安全高效开采利用研究

西铭矿属国有大型矿井,同时为高瓦斯矿井,近年来随着瓦斯治理工作的加强,矿井瓦斯抽采量逐步增大,因此,煤层气资源高效开采利用成为矿井低碳发展的重要前提。本文通过分析高抽巷投资费用、抽采效果,论述了该矿煤层气高效开采利用手段可多方面考虑,如底抽巷、底抽钻场等可节约成本,解决了矿井瓦斯问题,为煤层气高效开采提供保障,同时对该矿瓦斯抽采方式、抽采方法、抽采规模等方面进行综合评价,指出煤层气开采面临的问题及抽采方式的优化选择。     

古交矿区煤层气的开采风险与对策研究

我国大量矿井将进入深部开采,深部瓦斯严重制约着企业的生产衔接,实施煤层气开采既可利于降低瓦斯危害,又能达到资源利用。文章在掌握古交矿区煤层分布的基础上,分析2号煤和8号煤的煤层气储层条件,分析了煤层气的开发风险和影响因素,得出了预防风险的对策。     

安徽出台加快煤矿瓦斯抽采利用的实施意见

安徽省政府办公厅日前出台《关于加快煤层气（煤矿瓦斯）抽采利用的实施意见》，从11个方面落实煤层气（煤矿瓦斯）抽采利用政策：①煤层气抽采利用项目建设用地，按国家有关规定予以优先安排；②对地面直接从事煤层气勘查开采的企业，2020年前按国家有关规定申请减免探矿权、采矿权使用费；③对地面抽采煤层气暂不征收资源税，对煤层气勘探开发作业和开采利用的设备、仪器、零附件、专用工具及监测监控设备，免征进口税和进口环节增值税，2020年前，对煤层气抽采企业的一般纳税人抽采煤层气实行增值税先征后退政策；④煤炭开采企业综合利用本企业在开采过程中产生的煤层气做主要原料进行生产的所得，自生产经营之日起，免征企业所得税5a；     

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。