矿井瓦斯抽采系统可靠性评价方法和意义

瓦斯抽采系统是实现矿井煤与瓦斯共采的重要环节,包括了井下煤层瓦斯钻孔、钻场、抽采管路系统、地面抽放泵站以及瓦斯利用系统等。瓦斯抽采系统工作性能优劣,对于矿井瓦斯灾害防治以及瓦斯有效利用尤为重要,有必要对煤矿瓦斯抽采系统运行情况进行系统的可靠性评价和综合安全性评价,以验证煤矿瓦斯抽采系统是否可靠和安全。     

抽采钻孔漏气对瓦斯抽采浓度影响因素研究

为提高瓦斯抽采率,降低抽采浓度衰减速度,利用自主研发抽采钻孔卸压漏气物理模拟实验平台,采用理论分析与实验研究相结合的方法,研究抽采负压、煤层初始压力、煤层透气性系数不同条件下抽采钻孔漏气对瓦斯抽采浓度影响规律.结果表明:随抽采负压的升高,抽采浓度呈先升高后降低的趋势,最佳抽采负压为30 kPa到40 kPa之间,35 kPa时抽采浓度最高;随煤层透气性系数与煤层初始压力的升高,抽采浓度下降速率变缓且稳定时抽采浓度较高;抽采浓度随抽采时间的变化曲线均符合指数衰减拟合方程。     

顺层钻孔瓦斯抽采漏气影响因素研究

顺层钻孔瓦斯抽采是煤矿瓦斯灾害防治的主要技术措施,其中钻孔封孔质量是决定瓦斯抽采效果的重要影响因素。基于抽采钻孔漏气量计算数学模型,分析了封孔长度和抽采负压对钻孔漏气量的影响。现场试验和数值模拟表明,增加顺层钻孔的封孔长度能够有效减少钻孔漏气量,最佳封孔长度为8~10m;提高抽采负压不能有效增加钻孔的瓦斯抽采量,反而一定程度上增加了钻孔的漏气量,并降低了抽采瓦斯浓度。研究成果为顺层钻孔提高瓦斯抽采效果提供了理论依据。     

下沟矿瓦斯抽采系统仿真模拟及优化分析

针对煤矿瓦斯抽采系统现场中经常遇到的钻孔抽采负压低、抽采流量小、管路漏气等问题,应用图论理论和流体力学理论,结合下沟矿实例建立瓦斯抽采解算数学物理模型,使用Cross算法数值模拟出瓦斯抽采参数.通过瓦斯抽放工现场实测参数与模拟参数对照,推断现场瓦斯抽采系统问题源位置,为进一步的抽采系统优化提供依据.研究结果表明:钻场平均抽采量0.059 4 m~3/s,上隅角平均抽采量0.215 8 m~3/s,26~#~30~#钻场阻力较大,实测与模拟结果基本吻合,仿真结果可靠.     

基于分源预测法的瓦斯抽放关键参数研究

在对试验区域实测的各煤层瓦斯体积含量的基础上,应用分源预测的方法计算了其瓦斯涌量,并根据试验区域不同煤层和不同瓦斯涌出源的实际情况,兼顾抽采率和抽采负压大小,提出了分源分系统抽采方案,同时重点分析了瓦斯抽采量和抽采规模等瓦斯抽放关键参数,实现了有针对性的强化抽采,以充分发挥瓦斯抽放高、低负压系统的抽采能力,使之为瓦斯治理发挥重要的作用。抽采出的高、低浓度瓦斯采用不同的利用方式,有利于提高瓦斯能源的利用率和经济效益。     

基于同步运移理论的瓦斯抽采气固耦合数值模拟

以煤层瓦斯扩散渗流同步运移理论为基础,综合考虑瓦斯抽采过程中煤体变形引起的孔隙率、渗透率变化,建立了瓦斯抽采气固耦合动态数学模型。以晋城某矿为例,结合该矿煤层赋存特征,借助Comsol multiphysics软件进行了数值模拟,模拟结果表明在瓦斯抽采过程中有效抽采半径与抽采时间符合幂函数关系;随着煤层埋藏深度增加,上覆应力增大,煤层孔隙率和渗透率降低,是导致瓦斯抽采难度增加的主要原因,为此如何能提高煤层的渗透率和孔隙率是增加瓦斯抽采率的关键;单纯增大抽采负压对提高瓦斯抽采率影响不大。该研究结论为优化瓦斯抽采工艺参数提供了理论依据。     

瓦斯抽采钻孔封孔质量检测技术与应用

矿井瓦斯是威胁煤矿安全生产的重要因素之一,提高煤矿瓦斯抽采效率是解决煤矿安全生产的重要手段。因此,对瓦斯抽采钻孔密封段的密封质量及漏气位置检测就显得尤为重要。文中在山西余吾煤矿N1101回风顺槽进行现场测试,利用钻孔封孔漏气检测装置,在抽采钻孔正常的抽采负压下,通过探测抽采钻孔的不同深度,测定不同测点处的瓦斯浓度、抽采负压等参数,判断相应测点控制区域的漏气情况。结果表明:在钻孔16 m范围内瓦斯浓度变化不大,漏气通道较少,封孔质量较好,16~23 m有漏气现象。现有封孔工艺及材料整体上密封质量较高,封孔效果较好。抽采钻孔封孔质量检测方法和装置为改进封孔工艺和参数、提高封孔质量提高科学依据,具有广泛的应用前景。     

瓦斯抽采钻孔主动承压式密封技术及应用

针对目前瓦斯抽采钻孔密封效果差、漏气现象严重、瓦斯抽采浓度过低等问题,提出了主动承压式密封技术,通过承压注浆及主动支护抽采钻孔,可以有效封堵抽采钻孔初期漏气通道,并且避免后期漏气通道的产生,从而提高封孔质量。在国投河南新能开发有限公司王行庄煤矿进行了应用试验,结果表明,主动承压式封孔技术可以长时间可靠的密封抽采钻孔,大幅度提高瓦斯抽采浓度。     

煤矿瓦斯灾害防治技术探讨

在分析目前煤矿瓦斯治理存在问题的基础上,提出了利用井下水力压裂技术和地面采动井抽采与常规的井下瓦斯抽采技术相结合的综合瓦斯治理措施,分别阐述了煤矿井下水力压裂和地面采动井的原理和应用情况,实践表明：煤矿井下定向压裂增透消突成套技术可有效提高瓦斯抽采率,降低煤与瓦斯突出危险性,改善井下作业环境;地面采动井可＂一井三用＂,对抽放采动区域瓦斯效果较好。     

大直径抽采钻孔在采空区瓦斯抽采中的应用

为解决"U"型通风存在的上隅角瓦斯积聚及采空区瓦斯涌出等问题,研究利用大直径钻孔(φ550 mm)抽采采空区瓦斯技术,该技术通过低负压、高流量对采空区瓦斯进行抽采,从本质上改变采空区漏风流流场,从而降低上隅角瓦斯浓度及减少采空区瓦斯涌出.分析了大直径钻孔抽采上隅角瓦斯原理,从钻孔及护管参数、护管施工技术及参数、封孔工艺三方面研究了大直径钻孔抽采技术,并在中能矿2201工作面应用以抽采采空区瓦斯,测试确定了瓦斯钻孔抽采浓度随着工作面与钻孔的距离的变化关系,确定了最佳钻孔间距为20 m,开孔高度1.2 m可将上隅角瓦斯体积分数控制在0.28%～0.79%,钻孔交替时上隅角瓦斯体积分数控制在0.8%之内.     

天然气中SF_6等多种氟化物气体示踪剂的气相色谱检测

为了监测气驱油藏中的气体示踪剂,利用GC/ECD建立了一种分析天然气中多种氟化物气体示踪剂的方法。该方法选用GDX-104色谱柱,排除了样品中空气峰对检测的干扰,通过正交试验优化最低灵敏度组分的检测条件,并以此作为同时检测天然气或空气中多种气体示踪剂(SF_6、CF_2Br_2和C_4F_8)的条件,其中SF6、CF_2Br_2和C_4F_8的检出限分别为1×10~(-6)、1×10~(-5)和1×10~(-3)μg/L,重复进样7次的相对标准偏差不大于7%。通过对中原油田天然气驱油藏的气体示踪剂的监测,得到了示踪剂的产出曲线,弄清了该区块的非均质性和注采井的连通关系。该检测方法快速、简便,所需样品量少,可实现多种示踪剂同时检测,不仅适用于天然气中微量气体示踪检测,而且适用于大气环流的微量气体示踪检测。     

原油裂解气和干酪根裂解气的判识

中国中西部的叠合盆地中,下古生界海相烃源岩已达高过成熟阶段,但却发现大量与之有关的原油裂解气.因此,如何区分原油裂解气和干酪根裂解气,成了一个亟需解决的问题.从天然气组分和轻烃组分切入,应用ln(C2/C3)-ln(C1/C2)判识模式及δ13C2-δ13C3与ln(C2/C3)判识模式认为四川盆地川东地区石炭系气藏为原油裂解气,而塔里木盆地轮南断垒和中部斜坡的气藏为干酪根裂解气.根据对典型干酪根和原油裂解气的分析,结合热模拟分析结果,提出了3项轻烃判识原油裂解气和干酪根裂解气界限值指标.     

油气对瓦斯爆炸的影响

焦坪矿区是我国少有的煤油气共存矿区,曾多次发生重大煤矿安全事故,而油气是造成该地区瓦斯涌出量和爆炸危险性增加的重要原因.关于油气-瓦斯-空气混合气爆炸特性方面的研究并不多,为了考察油气的影响并结合矿区实际情况,选用正已烷作为油气的代表,利用自制的配气系统以及20L爆炸实验装置进行实验.由于已有文献对油气-瓦斯混合气爆炸下限进行了研究,本文重点研究油气对爆炸威力以及瓦斯爆炸上限的影响.实验结果表明正己烷的加入增加了瓦斯的爆炸威力,如当正己烷浓度为2%、甲烷浓度为0.5%时就能发生爆炸并产生0.89 MPa的超高压;正已烷浓度为2%时混合气的最大爆炸指数达到9.41 MPa·m/s,超过了甲烷最大爆炸指数5.5 MPa·m/s.将混合气爆炸上限的理论结果同实验结果进行对比发现二者并不完全符合,理论结果偏安全,而混合气爆炸最佳浓度同化学当量比浓度较为接近.图4,表4,参10.     

致密砂岩气含量试验测试技术

为了准确对致密砂岩气储层参数有更加全面透彻的认识,采用非常规天然气的气含量解吸法和等温吸附试验对致密砂岩气储层参数进行测试分析,测得鄂尔多斯盆地东北部致密砂岩气井气含量参数值与等温吸附常数.同时,研究了砂岩气储层特征和砂岩气含量试验测试技术方法.结果表明:鄂尔多斯东北部致密砂岩气井所采平均气含量为9.94 cm3/g;根据致密砂岩气储层的等温吸附常数与储层压力得出砂岩含气饱和度为57.8％,临界解吸压力为7.26 MPa.作为现阶段测试砂岩气参数指标的主要手段和方法,砂岩气储层气含量实验测试和等温吸附特征得出的砂岩气参数为勘探区砂岩气资源评价提供了比较基础数据,对砂岩气勘探开发有重要的指导意义.     

低渗气藏中气体非线性渗流的特征分析

为了对低渗气藏中气体渗流特征有一个清楚和较为准确的认识,采用实验研究的方法,分析了低渗透储层中气体渗流特征。结果表明:在低渗透储层中,气体渗流表现出明显的非线性渗流特征,并且受多种因素影响;有效应力的增加,会导致岩石渗透率降低,气体在地层中渗流越困难;启动压力梯度增大,气体非线性渗流愈明显;滑脱作用越强,越有利于气体的渗流,提高气藏的产能;相同的压力梯度下含水率越高,渗流速度就越低,储层岩石的初始气测渗透率越低。该成果对天然气开采工程具有一定的参考价值和指导意义。     

不同瓦斯压力条件下的煤与瓦斯突出模拟实验

为探讨瓦斯压力在煤与瓦斯突出过程中的作用机制,利用自主研制的煤与瓦斯突出模拟试验台和同一种煤样,在煤样成型压力、煤样含水率、受力状况等参数均恒定的情况下,分别进行了5种不同瓦斯压力水平下的煤与瓦斯突出模拟实验。结果表明,煤与瓦斯突出可形成口小腹大的呈梨形或椭圆形的突出孔洞,且突出孔洞容积仅为突出煤体积的1/2～2/3;在瓦斯压力方面存在一个使煤与瓦斯突出发生与否的阀值,高于此阀值时,瓦斯压力愈大则突出强度亦愈大,且瓦斯压力作为突出发生的动力同时也对突出煤粉有一定的粉碎和抛出作用;煤样温度呈先升高后降低并连续变化的趋势,利用温度变化梯度可进行煤与瓦斯突出预测预报。     

煤层瓦斯渗流过程中压力分布的滑脱效应

 气体在多孔介质中渗流时,不仅需克服启动压力梯度,而且受气体滑脱效应的影响。基于煤层瓦斯的渗流特性,建立考虑滑脱效应的煤层瓦斯渗流模型,并对煤层瓦斯渗流过程的压力分布进行数值模拟。计算结果表明,在一定煤层深度内,与不考虑滑脱效应时煤层瓦斯压力分布相比,考虑滑脱效应对其影响显著,且随着暴露时间增长和距煤壁距离增大,其差别更为明显。滑脱因子的变化将直接影响煤层内部气体压力的分布,随着滑脱因子的增大,气体压力减小,滑脱越明显。与不考虑滑脱效应(Darcy 解)瓦斯压力分布相比,考虑滑脱效应时煤层瓦斯压力分布曲线更接近实测数据,表明在研究煤层渗流过程中须考虑滑脱效应。     

低渗气藏单相气体渗流特征分析

目前对低渗气藏单相气体渗流规律已有初步认识,但在渗流特征方面大多仅限于定性描述,认为渗流曲线由低压力平方梯度下的上凸曲线段和较高压力梯度下的拟线性段组成,存在拟初始流速、临界压力平方梯度和临界渗流速度,未进行定量描述.利用苏里格低渗气田岩心,通过大量室内气体渗流实验,分析了渗透率对渗流曲线的影响,并得出了拟初始流速、临界压力平方梯度与岩心物性参数之间的函数关系.结果表明:拟初始流速与岩心系数呈线性关系,临界压力平方梯度与岩心系数呈负幂函数关系;最终给出分段描述低渗气藏单相气体渗流曲线的方程组.研究结果为更好认识低渗气藏渗流规律提供了理论依据.     

煤与瓦斯突出瓦斯射流数值模拟

将煤与瓦斯突出过程的瓦斯突出视为连续射流,应用伯努利方程,建立了瓦斯射流的数学模型,得到了瓦斯突出射流流速和流量表达式,在此基础上考虑突出口压力和突出口直径影响,进行了瓦斯射流的数值模拟,得到了突出压力与突出射流最大速度、突出压力与射流流场分布、突出口直径与突出影响范围间关系规律。模拟结果表明:突出口压力与突出射流最大速度近似呈线性关系,在一定条件下射流流场分布具有甩尾效应,突出口直径越大,其突出影响范围越大。