不同注源气体置换-驱替煤层甲烷突破时间的差异性分析

煤层注气促抽瓦斯是近年来逐步发展起来的强化抽采技术,注气突破时间是该技术的重要参数之一。突破时间是指注源气体从煤层一端注入到另一端检测出该组分所需的时间,它与注源气体的吸附性、渗透性有着密切的关系。为了研究渗透和吸附对注气突破时间的影响规律,利用含瓦斯煤层注气模拟实验装置,进行了煤层注He,N_2和CO_2置换-驱替CH_4的实验室模拟实验。实验结果表明,不考虑煤对气体吸附性的纯渗流条件下,N_2和CO_2纯渗流突破时间极短,仅为总突破时间的5.93%和0.28%,表明气体吸附性能是引起总突破时间差异的主要因素;另外,随着注源气体吸附性增强,其总突破时间大幅度增加,He,N_2和CO_2的总突破时间分别为0.92,14,246 min。实验结果结合理论模型计算分析得出:注源气体吸附性越强,总突破时间越长,注气初期的置换效应越明显,但随着注源气体的吸附不断趋于饱和,其驱替效应逐渐增强。     

Oil cracking to gases： Kinetic modeling and geological significance

A Triassic oil sample from LN14 of Tarim Basin was pyrolyzed using the sealed gold tubes at 200-620℃under a constant pressure of 50 MPa. The gaseous and residual soluble hydrocarbons were analyzed. The results show that the cracking of oil to gas can be divided into two distinct stages: the primary generation of total C1-5 gases from liquid oil characterized by the dominance of C2-5 hydrocarbons and the secondary or further cracking of C2-5 gases to methane and carbon-rich matters leading to the progressive dryness of gases. Based on the experimental data, the kinetic parameters were determined for the primary generation and secondary cracking of oil cracking gases and extrapolated to geological conditions to predict the thermal stability and cracking extent of crude oil. Finally, an evolution model for the thermal destruction of crude oil was proposed and its implications to the migration and accumulation of oil cracking gases were discussed.     

煤层瓦斯含量及煤与瓦斯突出机理探讨

本文以实验为基础,研究了气体的吸附性和瓦斯含量间的关系,煤质和瓦斯含量间的关系,煤的孔隙率和瓦斯含量间的关系,以及突出煤层和非突出煤层瓦斯含量间的差别,并在此基础上探讨了煤和瓦斯突出机理.     

酸化工艺的煤层增透新技术

为提高低透高瓦斯煤层的瓦斯抽采效果,解决工作面瓦斯超限问题,以平岗煤矿低透高瓦斯煤层为研究对象,提出利用酸化工艺解决低透气性问题的新思路。采用实验并结合FracproPT2007模拟的方法对酸化工艺在煤层增透技术中的应用进行了研究,并分析了酸化致增透机理。实验和模拟结果表明:采用基质酸化煤层时,酸液对煤层透气性的影响范围是以钻孔为圆心、半径为1.87 m的圆;酸化压裂时可产生半径达101.56 m的高导流能力的裂缝。该研究为煤层增透技术创新奠定了基础。     

沁水盆地煤系天然气系统富集成藏的主控因素分析

沁水盆地是我国最大的构造聚煤盆地,也是国内首个实现煤系天然气商业化开采的区块。盆地内石炭-二叠系煤层厚度大、分布稳定、吸附能力强、含气量大,目前产能已超过20×108m3,具有良好的勘探开发潜力。以煤田、煤系天然气勘探阶段积累的资料为基础,系统探讨了沁水盆地煤系天然气富集成藏的主控因素,分析认为构造演化、埋藏史和热演化、沉积体系和水文地质条件是控制沁水盆地煤系天然气富集成藏的主要地质因素。沁水盆地两期生气都是在构造运动的影响下发生,煤系赋存状态为印支、燕山和喜山期构造运动叠加的结果,断裂及陷落柱发育区含气量低;区内煤层埋深呈现北部深南部浅,中部深东西部浅的特点,南部热演化程度高,煤系天然气含量大;沉积体系影响煤层的空间展布;水文地质条件关系着煤系天然气的形成和保存,弱水动力区为煤系天然气的有利区。     

吐哈盆地沙尔湖凹陷侏罗系煤层气勘探新认识

为了探讨吐哈盆地沙尔湖凹陷侏罗系煤层气的勘探潜力,应用大量最新分析化验数据和钻井资料,分析了煤层发育特征、煤岩热演化规律和显微组分、煤储层物性、煤层气成因类型、煤岩吸附特征、含气性、构造运动、水动力条件、煤岩直接顶板的岩性等保存条件及前期煤层气井勘探失利原因等。结果表明,沙尔湖凹陷煤岩热演化程度低,具典型的煤层原生生物气特征,均质性差;但煤层厚度大,煤层裂隙及大孔发育,原煤含气量高,煤层气保存条件较好,煤层气总资源量较大。总之,沙尔湖凹陷侏罗系煤层气成藏条件优越,资源丰度高,采用合适的钻井、完井、储层改造措施及排采制度,将会取得一定的勘探成效。     

新阳矿综放工作面煤层注水技术应用

煤层注水是采煤工作面有效的防尘措施之一,对降低采煤工作面的粉尘浓度起到重要作用。本文对新阳矿S1105综采面煤尘量大的情况,煤层注水方法及应用效果进行了阐述,确定采用长孔注水法对综放工作面煤层进行注水,并对此进行了深入的分析,结合现场进行了注水实测,对实验数据进行了深入的分析,取得了良好的效果。     

利用SF6示踪技术测试煤层瓦斯抽采半径

为了合理布置煤层抽放钻孔数量,采用SF6示踪技术测定煤层瓦斯抽采半径。沿煤层布置一排试验钻孔,选定其中某几个孔作为SF6释放孔,其余作为抽采试验孔,在一定的抽采负压条件下,通过观测抽采试验孔的瓦斯浓度随时间的变化情况,可以确定煤层瓦斯抽采半径。在朱集矿的试验中,通过一个月的连续观测,测得该矿11-2煤层瓦斯抽采半径可以达到5 m。利用SF6示踪气体可以较好的测定煤层瓦斯抽采半径。     

Thermal simulation of the formation and evolution of coalbed gas

Thermal simulation experiment of gas generation from the peat and the coals were performed using the high temperature and pressure apparatus, at temperature ranging from 336.8-600℃, a pressure of 50MPa and two heating rates of 20℃/h and 2℃/h, and the evolution and formation of coalbed gas components were studied. Results show that for the coals, the gaseous products are mainly composed of hydrocarbon gases. However, for the peat the content of hydrocarbon gases in gaseous products is lower than that of non-hydrocarbon components. In the generated hydrocarbon gases methane is predominant and heavy hydrocarbon gases (C2-5) are present in small amount. Meanwhile, carbon dioxide (CO2) predominates the generated non-hydrocarbon gases, and hydrogen (H2) and sul-furated hydrogen (H2S) are existent in trace amount. It is also observed that temperature is the main factor controlling the evolution of coalbed gas generation. With increasing vitrinite reflectance, methane rapidly increases, CO2 sightly increases, and C2-5 hydrocarbons first increase and then decrease. The peat and Shanxi formation coal have a higher generative potential of coalbed gases than coals and Taiyuan formation coal, respectively, reflecting the effect of the property of organic matter on the characteristics of coalbed gas component generation. In this study, it is found that low heating rate is favorable for the generation of methane, H2 and CO2, and the decomposition of C2-5 hydrocarbons. This shows that heating time plays an important controlling role in the generation and evolution of coalbed gases. The results obtained from the simulation experiment in the study of coalbed gases in natural system are also discussed.     

高突矿井厚煤层巷道掘进瓦斯涌出规律

为了寻求一套适合高瓦斯突出矿井厚煤层开采的技术方法、实现安全高效回采,研究了高突矿井同一区段厚煤层保护层、被保护层与先抽后采煤层三种情况下煤巷掘进期间瓦斯涌出规律,对比分析了各巷道瓦斯涌出差异的原因。研究结果表明:采用大面积预抽煤层瓦斯的方法可以有效降低煤层瓦斯含量、保证巷道掘进安全。该方法作为区域性防突措施是安全、经济、可行和有效的,而且比开采保护层的方法更加经济、高效,尤其是高突矿井厚煤层群的回采,采用该种措施的经济效益和社会效益更加明显。     

大同煤田同忻矿可采煤层顶板力学性质及其对开采的影响

矿井生产过程中,顶板事故频发,对煤矿安全生产威胁巨大,有必要明确煤层顶板力学性质和稳定性。本次研究以大同煤田同忻矿为研究对象,收集钻孔地质资料,总结了各可采煤层厚度特征和空间展布特征,确定了各煤层顶板类型;采集各煤层顶、底板岩心样品,以岩石力学测试实验为手段,得出了顶、底板岩石的抗压强度、抗拉强度和抗剪强度等力学参数,明晰了煤层顶板岩石类型和稳定性,并针对此提供了相应建议。结果表明,研究区发育山2^#、山4^#、2^#、3-5^#、8^#和9^#煤层共6套可采煤层,其中太原组3-5^#和8^#煤层为主采煤层;山2^#煤层顶板多为中硬岩,稳定性相对较好,山4^#煤层顶板类型多为直接顶和老顶,伪顶区域小规模存在,多为中硬岩和硬岩,稳定性较好;2^#煤层可采区域顶板类型主要为直接顶和老顶,软岩—坚硬岩皆有分布;3-5^#煤层顶板类型区域内以直接顶为主,大面积连片分布,伪顶和老顶穿插分布,主要为软—中硬岩;8^#煤层顶板类型多为直接顶和老顶,伪顶罕见,软-中硬岩皆有存在;9^#煤层顶板类型伪顶、直接顶和老顶穿插分布,软岩—中硬岩皆有发育。研究结果对于研究区矿井安全开采有一定的参考价值。     

急倾斜邻近煤层开采顺序对管线安全的影响

为了合理回收管线下方压覆的急倾斜邻近煤层煤炭资源,以新疆鄯善到乌鲁木齐输气管线穿越的碱沟煤矿为工程背景,运用数值模拟方法,对急倾斜相邻煤层开采三种不同开采顺序引起的管线变形与应力变化进行了研究,结果表明:不同开挖顺序导致管线的变形和应力有较大的变化,方案2(先采较薄煤层后采较厚煤层)对管线变形和应力影响较其他工况影响小;管线的安全性不仅取决于开采条件、岩体及管道自身的力学参数等自然因素,而且与开挖顺序密切相关。     

新庄孜矿煤体瓦斯含量与震波衰减特征分析

为了研究煤层动力学参数与煤层瓦斯地质参数之问的相关关系,采用矿井震波探测技术对淮南新庄孜煤矿主采煤层进行了震波衰减探测试验,分析研究煤层的吸收衰减系数和煤层品质因子Q值特征。试验结果表明：试验区煤层瓦斯压力与Q值成幂函数相关、瓦斯含量与Q值成近似负线性相关;衰减系数与瓦斯压力成正线性相关,与瓦斯含量成指数函数相关。研究结果为煤与瓦斯突出预测提供了新的参数。     

贵州煤层气不易抽放的原因探讨

煤层气是威胁贵州煤矿安全的重要因素之一，同时煤层气又是清洁能源，大量高浓度的抽放出煤层气具有十分重要的意义。探讨贵州煤矿煤层气不易抽放的原因，为找到适合贵州抽放煤层气的有效方法提供依据。     

基于Maxwell-Stefan双扩散模型的煤层气注气数值模拟

目前煤层气注气数值模拟软件中均以扩展Langmuir模型模拟多组分气体吸附/解吸,以拟稳态单孔扩散模型和Fick定律描述煤层基质中气体扩散,虽然简单,便于应用,但存在较大局限性。以试验数据为依据,评价扩展Langmuir、IAS和2D PR-EOS多组分气体吸附模型可靠性,并建立Maxwell-Stefan双扩散模型模拟气体扩散过程。最后,将双扩散模型与煤储层气水两相多组分渗流模型耦合,利用IMPES方法求解研究煤层气注气过程。研究表明:2D PR-EOS模型预测结果优于扩展Langmuir和IAS模型;注气初期基质中多组分气体吸附和甲烷解吸速率较快,之后逐渐变缓;该模拟方法可以较为准确地模拟煤层气衰竭和注气开发过程,预测煤基质中气体各组分浓度分布,为煤层气注气开发的研究及现场应用提供有效的技术手段。     

辛置煤矿近距离煤层同采工作面合理错距研究

 近距离煤层在开采过程中,存在着上下分层间相互影响、巷道布置与支护困难、工作面接替紧张、生产效率偏低等问题,一直困扰着煤矿的安全高效生产。山西焦煤集团霍州煤电辛置煤矿9^#薄煤层和10^#煤层层间距仅为1.71m,以此作为工程背景进行近距离煤层同采方案研究。根据目前研究近距离煤层开采较为成熟的“稳压区理论”与“减压区理论”,对辛置煤矿9^#、10^#煤层两同采工作面错距进行计算分析;运用FLAC3D软件对9^#、10^#煤层两个工作面同采不同错距条件下所产生的应力效果进行数值模拟。研究结果表明,辛置煤矿10^#煤层与9^#煤层同采过程中工作面的合理错距不应小于35m。研究解决了辛置煤矿工作面接替紧张、资源浪费严重等问题。     

煤巷瓦斯预排深度数值模拟分析

利用有限元法对非均质煤层煤巷周围煤体瓦斯运移进行数值模拟分析 ,得出煤巷预排瓦斯带深度不仅与煤的变质程度有关 ,而且与煤层原始瓦斯压力、煤壁暴露时间和煤层赋存地质条件等因素有密切关系 ,最后针对淮南 C1 3煤层的实际情况给出煤巷瓦斯预排深度的计算公式     

突出危险煤层前进式开采巷道布置研究

针对突出煤层开采过程中存在的煤巷掘进和石门揭煤突出严重这一问题，本文从巷道布置的角度，提出了通过采用合理的前进式开采巷道布置，尽量减少开采准备工作中的煤巷掘进和石门揭煤工程量，来达到降低开采突出危险目的的这一技术方法．并结合众湖煤矿突出煤层的开采技术条件，对前进式工作面参数的合理性作了详细的分析论证和研究．图5，参2．     

上覆远程卸压岩体移动特性与瓦斯抽采技术

运用数值模拟和现场试验相结合的研究方法，研究上覆远程卸压岩体移动和裂隙分布以及远程卸压瓦斯的渗流流动特性，提出了符合远程卸压瓦斯流动特性的远程瓦斯抽采方法。通过淮南潘一矿煤与瓦斯安全高效共采试验证明，底板巷道网格式上向穿层钻孔远程瓦斯抽采方法可以区域性地消除卸压煤层的突出危险性，有效地降低卸压煤层的瓦斯含量，实现高瓦斯、煤与瓦斯突出危险煤层的安全高效开采。     

基于ANSYS温度场的煤层瓦斯压力模拟可行性

煤矿采掘施工会破坏瓦斯在煤层中的平衡状态。为研究瓦斯在煤层中的流动规律，采用ANSYS有限元软件对煤层钻孔抽采瓦斯进行数值模拟，研究一定时间内钻孔周围的瓦斯压力分布，以及测点随时间变化的压力变化趋势。结合桃山煤矿42035工作面的实测数据与模拟结果进行对比。结果表明：钻孔周围测点的实测数值与模拟结果基本吻合，说明利用ANSYS温度场进行瓦斯渗流模拟可行。