采空区瓦斯与煤自燃复合灾害防治机理与技术研究

近几年随着我国煤矿开采深度的不断增加,瓦斯涌出量持续增大,瓦斯灾害变得日益严重;且地应力提升,煤岩的破碎量增多,以及地温提升,煤自燃灾害也开始展现出来。两种灾害共生的复合型灾害变成了目前煤矿重特大事故的核心模式。因此,针对采空区瓦斯以及煤自燃复合灾害的相关内容进行分析和总结显得十分重要。     

煤矿瓦斯地质规律研究

掌握矿井的瓦斯赋存与分布规律是煤矿瓦斯灾害防治的基础,是有效控制煤矿瓦斯事故、遏制重特大瓦斯灾害的关键。因此,针对特定的瓦斯地质条件开展煤矿瓦斯灾害危险区预测,从地质角度研究瓦斯赋存的地质条件,探究瓦斯赋存规律,为煤矿安全生产提供技术指导。     

煤矿瓦斯治理“先抽后采”的实践与作用

本文主要对煤矿瓦斯"先抽后采"的治理政策进行了探讨,介绍了煤矿瓦斯"先抽后采"的具体实践方法及其在瓦斯灾害治理上重要意义和工作效果。     

一种潜在的“石油”资源——“煤岩油气(矿)藏”的认识与开发利用

 在分析化石能源盆地组成和特征的基础上,提出了化石能源物理结构模型,煤岩是由大分子碳基质和中、低分子油基质两相组成,其中碳基质包括骨干相和枝干相,是固定碳的转化基质,而广义的"石油"组分-油基质是热成烃的基础物质,储集在碳基质骨架中,构成"煤岩油气藏"。并依据这一认识,在归纳煤转化现已工业化方法的基础上,提出了将来可能工业化的油煤浆连续焦化技术和煤岩油气藏分散、溶解、相分离技术和油基质加工的工艺路线,以期对煤岩油气藏进行综合开发和利用,使其成为商业化能源。通过资源和储量的初步分析,我国煤岩油气资源大约为常规油气资源的数倍,从而为保障我国石油能源安全开拓了一个新领域。     

苏南地区龙潭组煤层气地质特征及其勘查前景

本文试从苏南地区地质条件出发,通过对龙潭组煤层特征（厚度、形态、结构、稳定性、分布及其煤炭资源)、煤层含气量、煤储层特征（储集空间与煤岩吸附特征)、煤变质程度、瓦斯压力、水文地质条件等方面总结龙潭组煤层气地质特征,为区内龙潭组煤层气资源现状及其勘查前景提供地质依据,并得出符合客观实际的认识。      

考虑应力作用的煤岩水相自吸实验研究

我国煤层气储层渗透率普遍偏低,为达到合理产能需进行压裂改造。煤层气储层裂隙发育导致压裂液滤失严重,强吸附能力使流体得不到有效返排,造成储层损害降低了渗流能力,大大削弱了增产改造的效果。开展了煤岩水相自吸实验,系统研究了煤岩水相自吸特性及应力状态的影响。结果表明,煤样渗透率越高自吸速率越大,自吸曲线可以分为自吸和扩散吸附2段,考虑应力作用自吸速率降低近一个数量级,揭示了煤岩物性和应力条件是煤岩水相自吸的影响因素。通过煤吸附水机理和煤岩孔隙结构分析指出,煤表面与水的相互作用和毛细管压力决定了水的自吸特性。研究获得的认识对煤岩气藏水相圈闭评价、压裂方式优选和压裂液设计具有借鉴意义。     

煤岩气层损害机理与评价方法

目前国内外煤岩气层损害评价尚缺少统一的评价标准与指标。基于煤岩气层特点,分析了煤岩气层损害类型与机理,归纳了国内外分别从煤岩气层解吸性能、扩散性能和渗流性能进行评价的单一环节损害评价方法,分析各评价方法的优缺点及其适用条件。应力敏感、固相侵入与堵塞、聚合物吸附滞留、碱敏、煤粉运移堵塞是煤岩气层主要损害类型;煤岩气层损害既影响煤层排水,也影响煤层气产出,而煤层排水能力也影响煤层气产出;煤层气单一传质过程储层损害评价不全面,亟待建立单一传质过程结合多尺度传质过程的煤岩储层损害评价方法,但渗透能力评价仍然是关键,同时要考虑具有吸附气条件下水相渗流能力的损害评价。      

注气过程中煤层裂纹扩展速度研究

煤层中通常会通过注N2、CO2提高煤层气采收率或实现CO2埋存,注入的气体将使煤层中裂纹发生扩展,诱发煤层失稳。以宁武盆地9号煤层为研究对象,开展等温吸附实验定量研究了煤岩对N2、CO2的吸附量,并开展三轴压缩力学实验定量研究了N2、CO2吸附对煤岩力学强度的影响;分析了煤岩中裂纹扩展机理,根据断裂力学理论推导出含气煤岩中的裂纹扩展速度方程,并根据方程计算出注不同气体时煤岩中的裂纹扩展速度。研究表明,在相同平衡压力下,煤岩对CO2的吸附量是CH4的6倍;煤岩饱和CO2后的力学强度明显低于饱和N2的力学强度;煤层注CO2比注N2引起的裂纹扩展速度更大,并且注气压力越高扩展速度越大。该理论成果能够为优化注气的比例及注气压力提供理论指导,并且对防止煤层失稳,保障顺利注气具有重要意义。     

高瓦斯矿井瓦斯治理措施研究

作为煤矿的五大灾害之一,瓦斯危害向来受到我国煤矿生产行业重视,高瓦斯矿井瓦斯治理因此成为行业关注的焦点,相关研究也因此大量涌现。基于此,本文将简单介绍高瓦斯矿井瓦斯治理措施,并深入探讨高瓦斯矿井瓦斯治理的具体实践,希望研究内容能够为煤矿的安全生产工作开展带来一定启发。     

一种新型SPAR平台——TCell SPAR的水动力性能

介绍了一种新型SPAR平台——TCell SPAR平台,并以我国南海为平台工作条件,采用SESAM软件对平台进行了水动力分析,结果表明该平台具有优良的运动性能。     

二连盆地霍林河地区低煤阶煤层气成藏条件及主控因素

我国越来越重视对低煤阶煤层气的勘探,但已有的资料表明,目前对低煤阶煤层气藏的认识还不够深入。为此,以我国典型的低煤阶煤层气区——二连盆地霍林河地区为例,对该区煤层气地质特征和煤岩煤质及煤岩演化程度、煤储层渗透性、煤层含气性等煤储层特征进行了分析,从构造条件、封盖条件及水文地质条件3个方面研究了煤层气藏主控因素及保存条件。结论认为:霍林河地区煤层气成藏条件有利,具有煤层厚度大、煤层埋深较浅、煤储层渗透性好、含气量较高、封闭保存条件好等特点;保存条件是该区煤层气成藏的主控因素,且封闭条件好的浅部是煤层气富集的有利区。     

中国石油勘探开发研究院廊坊分院

煤层气实验测试技术 煤层气实验窀拥有多套具国际（国内）先进水平的仪器设备，是目前石油系统乃至全国最先进的煤层气实验室，能够全面进行煤层气成藏模拟、煤层气含气量测试、吸附等温线测定、工业分析、元素分析、硫含量分析，以及开展气组分、肪、煤岩组分、密度、孔隙度、比表面等煤岩专项分析，同时可以开展煤岩及其顶底板力学参数分析。     

矿井瓦斯赋存特征及关键控制地质因素分析

针对山西某矿所在井田特点,对煤层瓦斯赋存影响因素进行分析,断层以及埋深对瓦斯赋存影响显著,断层是控制瓦斯赋存的关键性地质因素。并具体对井田范围内揭露的断层对瓦斯赋存影响进行阐述,表明在断层间形成的地垒式组合区域内是整个井田瓦斯赋存最为集中区域,也是整个井田瓦斯灾害最为严重区域。采面瓦斯涌出受断层影响明显,在接近封闭性断层时采面瓦斯涌出呈现增加趋势。     

华北地区石炭二叠系煤岩与煤层气储层物性分析

本文以丰富的地质资料对华北地区石炭三叠系煤岩的割理、吸附、孔隙溶积、含气性、灰分产率进行了较为系统的研究,建立了煤岩与煤层气储层物性的关系。提出了镜质组含量高的煤岩类型有较好的煤层气储集物性条件。华北地区石炭二叠系太原组、山西组煤层在北部和南部煤岩类型相对较差,中部最好,为煤层气储集条件有利区。      

煤层气开采关键地质影响因素

中国储量丰富的煤层气有着巨大的环保效益和资源潜力,但因独特的资源赋存条件,其规模化开采水平不高,亟待运用科学合理的方法来筛选出各类关键地质因素以实现开采创新。针对中国煤层气开采影响要素多、动态复杂性高等特点,构建了基于粗糙集属性约简的关键地质因素识别分析模型并进行了分析。首先从煤岩特征、煤层特征、地质影响3方面选取16个原始地质因素,以华北、西北、西南地区的40个煤层气井作为研究对象,对原始地质因素进行判定并构建决策数据,进而运用粗糙集数据分析工具集进行决策表属性约简,最终根据重要性进行排序并确定了关键地质影响因素。研究结果表明：地质构造类型、地应力、煤层孔隙及裂隙等8个地质因素重要度相对较高,且在煤层气开采过程中,外界的地质作用影响程度总体要比内部（如煤层与煤岩等）要大,因此,在实践过程中,应多关注于煤田外部地质因素的影响程度与作用方式,以期提升矿区瓦斯隐患治理水平。     

改善煤岩润湿性的强化煤层固井胶结技术

煤层有机质含量高、节理发育、节理面光滑,导致煤岩与固井水泥石界面胶结强度弱、煤层段固井质量差,严重制约了煤层气的经济有效开发。为此,依据煤岩组成、成分和润湿特性分析,重点以改善煤岩的亲水润湿性为技术突破点,测试分析不同表面活性剂及其浓度、浸泡时间等对煤岩表面润湿角、界面胶结强度的影响规律,优选煤岩高效亲水润湿改性物质,研发出强化煤层胶结前置液体系,并在山西沁水盆地进行了现场应用。室内研究与现场应用结果表明:通过含醚、硫酸根的表面活性剂在煤岩表面的致密吸附,可在浓度0.3%、30 s内使煤岩表面润湿改性为强亲水性,能够显著提高煤岩—水泥石界面的胶结强度(胶结强度达65.5%);现场煤层气井固井应用效果也表明,采用该强化煤层胶结型前置液能够将煤层段固井质量由过去的不合格提高到优良水平,对于提高煤层段固井质量具有显著的效果。结论认为,该技术为解决煤层段固井质量差的难题及顺利实施后续压裂增产等改造措施提供了有效的保证。     

基于工业化应用视角的低浓度甲烷催化燃烧催化剂研究进展

甲烷是具有快速增温效应的短寿命强势温室气体,我国以井工开采为主的煤矿开采方式使煤矿甲烷成为我国能源活动甲烷排放的最主要来源,但目前针对低浓度甲烷仍没有高效的利用方式。甲烷催化燃烧可在较低温度下将甲烷完全转化为二氧化碳,是一种高效、环保的利用方式,有利于减少资源能源浪费,兼具环境、安全和能源效益。甲烷分子具有较高的结构稳定性,尤其是低浓度甲烷在温和条件下催化燃烧更具挑战性。基于工业应用视角,围绕实际工况条件对催化剂的要求,重点从催化剂的活性、热稳定性、机械稳定性和抗毒稳定性等4个方面的研究进展进行综述,分析甲烷催化燃烧催化剂应用面临的难点及未来发展趋势,旨在为开发适用于工业化应用的乏风瓦斯甲烷催化燃烧催化剂研究提供参考借鉴。     

煤矿井下地质构造对煤矿开采的影响

以山西某煤矿为例,主要分析了水灾、瓦斯以及沉陷三种地质灾害类型对采煤的影响,并针对这些地质灾害的类型提出了降低灾害影响的对策。     

油气管道滑坡灾害风险评价指标体系的建立

为了对油气输送管道滑坡灾害风险进行较准确的评价,从地形地貌、坡体特征、管道敷设特点、其他诱发因素、管道保护状况等几个方面入手,利用层次分析法对各因素重要性进行分析。分析结果表明,地形地貌一级指标的风险影响最大,二级指标对风险影响程度依次为地形坡度、地面裂缝等迹象、坡顶堆渣与坡脚开挖。在分析结果的基础上,建立了包含一级指标和二级指标及其权重的油气管道滑坡灾害风险评价指标体系。     

热处理提高煤岩渗透率的机理

为了探索煤岩渗透率与温度的关系及其机理,通过加热实验研究了二者在 200 ℃以内的关系,通过 X衍射分析、电镜扫描等手段,并从煤化学、煤地质学等角度对其机理进行了分析。结果表明:初始渗透率在 0.5 mD以内的煤岩,经加热处理后其渗透率可显著增至 15 mD以上。分析认为:煤岩热处理后渗透率提高的机理为:煤岩脱水以及部分挥发组分的逸散会产生新的渗流孔隙;甲烷分子的解吸以及基质凝胶化组分脱水,导致煤基质收缩;煤岩中碳氢原子发生氧化生成气态产物并逸散,形成了微小裂缝并降低了煤岩的致密程度;热应力作用下煤岩内部变形不均产生了微小裂缝。最后提出可以对煤层注入热 CO2提高采收率。