废弃矿井煤层气资源量计算范围研究

三带理论及煤层气的解吸/吸附理论,结合残余瓦斯压力理论及国内外的相关经验数据,从理论上对废弃矿井煤层气资源量的计算范围的确定进行了探讨。提出了确定废弃矿井煤层气资源量的计算范围的几种方法。      

坦家冲、里王庙矿井深部煤层气资源特征

红卫煤矿坦家冲、里王庙井是湖南省瓦斯突出严重的矿井之一，主要开采龙潭组上段6煤层。在水平挤压应力作用下，煤体自上而下形成块状，鳞片状，粉未状“三层结构”，呈透镜壮或藉状“煤包”赋存。煤与瓦斯突出，特别是大型突出多发生在“煤包”底部及其“煤刺”处。矿井历年绝对甲烷涌出量2.45-17.98m^3/min，用钻孔甲烷平均含量计算，全区获资源量53152万m^3。1962－1994年两矿井共抽放瓦斯227万m^3，属于勉强抽放和较难抽放范围，因此建议采用深孔松动爆破卸压抽放方式。     

废弃矿井遗留煤层气资源次生富集成藏研究现状及展望

在当前国家大力推进"双碳目标"落实阶段,废弃矿井遗留煤层气资源开发具有重要的现实意义.然而,废弃矿井遗留煤层气资源开发具有其独特性,源于其在原始地质条件下扰动后的二次动态成藏.通过综述近些年国内外研究成果得出:(1)煤层开采覆岩及底板扰动区可以依次分为导气裂隙带、卸压带及不易解吸带,长臂法开采煤层覆岩采动影响范围可达到...     

地质勘查阶段查明瓦斯突出三要素的途径与方法

矿井瓦斯突出的三要素是煤体结构、瓦斯含量和瓦斯压力。煤及煤层气地面勘查阶段可以获取煤体结构描述、煤层（总）气含量、甲烷含量、煤层气自然解吸速率和衰减系数、煤层压力、地应力、煤层渗透率等参数。地面钻孔与煤矿井下测取这些参数的方法和原理虽然存在差异,但这些参数都是煤层原地物性特征的反映,故应该利用地面钻孔的实测数据和资料,广泛收录、整理对预测瓦斯突出有益的信息。建议在地质勘查阶段查明瓦斯突出三要素,将预防瓦斯灾害工作从地质勘查的源头做起。     

钻井液对煤心煤层气解吸损失量的影响

为了准确求取钻井液作用下煤心煤层气解吸损失量,借助物理化学、界面化学、表面浸润、浸润相变和煤化学等理论,并通过相关实验研究,讨论了游离态煤层气对解吸损失量的影响,探讨了钻井液作用下液置气和水锁现象对煤层气解吸机理的影响。结果表明:在钻井液作用下,煤心煤层气解吸是多因素动态耦合作用的结果,煤层气原始压力、煤结构破坏类型、粒度、煤级、提钻速度和装罐时间是影响煤层气解吸损失量的主要因素;另外,煤心煤层气在钻井液和空气两种介质中有置换解吸、变压解吸和常压解吸3种解吸过程。      

煤层气含量快速测定方法

煤和煤层气地质勘探需要在取到钻孔煤心后的很短时间内获得气含量测值,而现行的煤层气含量测定方法难以满足此要求。基于自然解吸法原理和方法,以自然解吸法的测定结果为基准,在保证解吸量、气组成及其含量基本不变的前提下,通过连续观测、适当提高解吸温度等途径,合理、有效地加速解吸。以快速测定法与自然解吸法的对比试验结果为依据,建立了煤层气含量快速测定方法。此方法将煤层气含量测定周期缩短为几h~几d,可以满足煤和煤层气勘探的需求。      

甘肃省窑街矿区一号井六采区瓦斯地质特征

甘肃省窑街矿区一号矿井六采区为煤与二氧化碳（含甲烷等混合气体）突出矿井,矿井内瓦斯成分以二氧化碳为主。本文通过对六采区勘探阶段钻孔和采煤工作面中煤二层瓦斯资料的分析、对比,参考邻近矿井的瓦斯特征,总结了六采区瓦斯赋存、相对涌出量及其与各种地质因素之间的关系,为矿井生产中开展瓦斯与二氧化碳突出预测提供参考。     

孔隙压力对煤岩基质解吸变形影响的试验研究

煤层气开采过程中,伴随着煤层气不断地吸附、解吸和渗流,煤体产生变形,极易导致煤和瓦斯突出事故。以晋城天地王坡煤矿为例,通过实验室内试验,模拟煤层气在复杂地层漫长的形成和逐渐开采过程,得到了孔隙压力与解吸量、应变的变化关系,并拟合得出其相应关系表达式,揭示了一些新的规律:(1)初期解吸速度较快,解吸量随时间的增长而不断增加,后期解吸速度减缓,解吸量逐渐趋于稳定;(2)孔隙压力与解吸量、应变呈现抛物线曲线关系,随孔隙压力的升高,吸附和膨胀变形占主导,其值均在增大;(3)存在最小孔隙压力值,随孔隙压力的增大,解吸时间增长,孔隙压力越小,吸附解吸规律越不明显,对于晋城天地王坡煤矿3#煤样,该值在1.0MPa左右;(4)不同加载方式对解吸量和变形量影响较大,先部分加载吸附后全部载荷解吸结果同比加全部载荷吸附解吸结果高13%～77%。试验结果可为煤层气(CBM)抽放安全和煤与瓦斯突出防治提供理论依据。     

老虎台矿泥浆环境煤的瓦斯解吸机制研究

为了研究老虎台矿泥浆环境煤的瓦斯解吸机制,探讨了泥浆钻孔取心过程煤的瓦斯解吸状态,按照煤心管内的煤的瓦斯压力与管壁泥浆压力大小关系得出瓦斯解吸的四个阶段,并系统研究了相应阶段煤的瓦斯解吸特征;在此基础上研究了影响老虎台矿泥浆环境煤的瓦斯解吸控制因素,从提钻速率、瓦斯压力和粒径等因子深入分析了对泥浆环境煤的瓦斯解吸的影响,得出提钻速率愈小,泥浆环境下瓦斯逸散量愈大;在相同瓦斯压力条件下,煤样瓦斯解吸Q-t曲线呈"S"形态,一定时间后,瓦斯解吸量将不再增加,且瓦斯逸散量与瓦斯压力具有同步增大的趋势;煤样粒径在增加的同时,煤样瓦斯解吸初速度呈现不断减小的趋势,且粒径达到某一数值后,曲线收敛,煤样瓦斯解吸初速度趋于稳定。最后对老虎台矿煤样,在泥浆压力6.00MPa,瓦斯压力2.00MPa,提钻速率0.2m/s条件下开展瓦斯解吸实验,得出煤层瓦斯解吸规律曲线呈"S"形态展布,经多项式拟合得出瓦斯解吸规律Q-t模型。研究结果为地勘时期煤的瓦斯解吸测试,分析瓦斯逸散提供指导。     

晋城地区煤层气解吸及碳同位素分馏特征

通过晋城地区煤心样的解吸实验,计算获得该区煤层甲烷的解吸率为65.0% ~ 96.2%,预测煤层气井应具有较高的采收率。煤层吸附时间为0.33~8 d,表明生产井短时间内可以达到产能高峰。罐装煤样气体解吸过程可分为两个阶段,第一阶段气体解吸速率较高,第二阶段解吸速率较低。解吸过程中甲烷碳同位素变重的趋势同样可分为先快后慢两个阶段。煤储层气体解吸过程中发生的同位素分馏效应导致井口气样甲烷碳同位素值在一定范围内波动。波动持续时间越长,预示该井的开采稳定性越好,可以获得长期稳定的产气量。通过对煤样解吸气量与甲烷碳同位素的相关分析,获得了总解吸量预测方程,根据该方程可以预测生产井的可采储量。     

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。      

煤层气地面开发的外部效应

煤层气是一种新能源和优质化工原料,地面开发可以节能减排,降低瓦斯灾害,具有极强的正外部性。但煤层气与煤炭共生在一起,开发一种会影响另一种。通过分析煤层气地面开发现状,探讨了它在地质勘探、矿井地质、矿井通风、综合开采、煤炭气化和环境保护等方面存在的负外部性。外部性影响和制约着煤层气产业的健康发展。正外部性可以通过国家补贴、税收和费用减免等措施来强化;负外部性则可以通过淘汰落后或不合理的产能技术,创新开发工艺,以及提高采收率等来减少,并通过明晰产权和联合开发,使部分负外部性转化为内部性,达到共赢之效果。      

潞安—晋城矿区煤层气采收率分析

根据煤田地质瓦斯资料和煤层气参数井测试成果，分析了潞安－晋城（新区）矿区主煤储层的平均含气量、饱和度、临界解吸压力、理论采收率以及煤层甲烷解吸率、可解吸量等数据，得出本区主煤储层平均解吸率约为38％，高于全国其它地区。     

韩城示范区煤层气解吸规律及其地质影响因素

煤层气解吸特征是影响煤层气采收率及排采效果的关键要素之一。基于对韩城煤层气示范区62 件煤芯的解吸实验和 相关测试,分析了煤层气解吸特征及规律,探讨了解吸特征与煤级、煤质、煤岩显微组成等的相互关系。结果表明,研究 区煤层气解吸率多在90%~95% 之间;吸附时间为0.03~10 d,82% 的煤样小于6 d。煤芯气体解吸具有阶段性,气体解吸速 率的降低主要由煤芯平均含气量的变化引起,初始解吸速率及其衰减特征与煤岩孔隙结构及其连通性有关。解吸率与煤级 相关性不明显,但随灰分产率增加而显著降低。镜质组含量的增加提高了煤层气解吸率,惰质组则相反。吸附时间随固定 碳含量、水分含量的增加而缩短,但有一定离散性,与灰分产率、显微组分含量之间关系则不明显。     

准噶尔盆地南缘硫磺沟煤层气富集主控地质因素及有利区优选

为评价煤层气资源勘探开发潜力和指导矿井安全生产,对准噶尔盆地南缘硫磺沟煤矿主煤层(4-5、7、9-15号煤)的储层物性特征(显微组分、裂隙及含气性等)进行了测试分析,结合现场钻井资料、瓦斯解吸及瓦斯涌出量等资料,从构造、沉积、煤层埋深、水动力条件等方面分析了该区煤层气的控气地质因素。结果表明：煤储层物性较好,孔裂隙较为发育,微裂隙高达3 935条/9 cm²;煤层含气性(瓦斯含量)较好,4-5号煤层为4.88~10.81 m³/t,平均6.56 m³/t。控气地质因素分析表明,准南硫磺沟煤层气的控气模式以构造-水动力耦合控气为主。同时,利用多层次模糊数学综合评价模型,预测的硫磺沟煤矿(4-5号煤)煤层气赋存有利区为钻孔29-3和28-3周边区域。     

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...     

中国部分煤储层解吸特性及甲烷采收率

根据常压下的解吸实验和煤层气参数井实测数据分析,我国煤的解吸特笥变化较大,解吸率主要受煤层埋深及煤级的影响。最侍解吸深度一般在４００～６００ｍ之间,镜质体反射率小于３％时,随煤级的升高而增大;大于３％时,则相反。我国煤储层的吸附时间长短琚煤级没有特定关系,但在某些地区工层的含气量高低有关,甲烷含量低则吸附时间长,尤其是小于８ｍ＾３／ｔ时急剧增长。从现有资料看,我国煤储层的吸附时间一般不超达９ｄ。煤     

煤心损失气量计算方法在页岩气中应用的适用性分析

煤心损失气量计算方法在工程条件、煤心性质等方面均有约束条件和适用范围,探讨该方法在页岩气中应用的适用性尤为重要。分析认为,该方法约束条件和适用范围的提出,主要是基于煤层气赋存状态的多样性以及不同煤心损失气、解吸气和残余气占比的差异性。煤层气赋存受控于煤层演化程度及结构,损失气、解吸气和残余气占比与工程条件密切相关。页岩与煤相比,在岩石性质、组成、孔隙结构、比表面特征等方面存在较大差异,加之页岩岩心与煤心钻取条件的不同,决定了煤心损失气量计算方法应用于页岩气的适用条件是:页岩中微孔占有明显优势;比表面积大、具有很强的气体吸附能力;页岩气赋存状态以吸附态为主;提心过程中逸散气量小。