近距离薄煤层群首采层卸压瓦斯协同抽采技术研究

为有效解决近距离薄煤层群开采首采层上、下邻近层大量卸压瓦斯涌入的治理问题,以某煤矿为研究对象,采用理论分析和数值模拟的方法,研究近距离薄煤层群开采条件下卸压瓦斯运移规律,并根据富集特征确定卸压瓦斯抽采钻孔的空间位置。研究结果表明:首采层开采覆岩导气裂隙带最大发育高为10.3~23.2 m。设计超大直径顺层预抽钻孔高0.8 m,宽2.08 m;顶板定向长钻孔终孔最优抽采位置为垂直距离开采层顶板15.0~23.0 m,水平距离回风侧20.5~27.5 m;2条埋管抽采最佳错距为距底板高1.1,1.7 m,深入采空区11.3,20.8 m。优化后的布置参数应用于现场实践,试验工作面回采期间上隅角瓦斯体积分数保持在0.7%以下。研究结果能够实现近距离薄煤层群开采条件下卸压瓦斯高效抽采,保证矿井安全高效生产。

薄—超薄煤层特征及天然气合层开发突破——以沁水盆地潘河区块为例

沁水盆地已在下二叠统山西组3号和上石炭统太原组15号煤层相继实现煤层气商业开发,且证实整套地层具有良好的煤层气勘探开发潜力,而介于两套煤层中间的5~9号和11~13号煤层单层厚度薄(小于2 m),通常被视为无效资源。为了最大限度动用地下天然气资源,通过系统取心测试分析,明确了沁水盆地南部潘河区块5~9号和11~13号煤层的天然气资源和储层条件,并结合压裂技术,实现了薄—超薄煤层天然气高效开发。研究结果表明:①研究区8层煤层埋深介于300~600 m,累计厚度约4.75 m,除9号煤层厚度约1.25 m外,其余7层煤层超薄,单层厚度小于0.8 m,相邻煤层间距总体介于5~15 m;②煤层均属镜质体反射率介于3.4%~4.0%的无烟煤,以原生—碎裂结构煤为主,含气量介于13~19 m3/t,渗透率主体低于1 mD,均呈欠饱和状态;③各薄煤层纵向紧邻,压力系统一致,采用直井多层压裂克服了薄煤层厚度有限和展布不均影响,并以“厚层兼顾薄层,多层优于少层”为原则,划分出5+6号、7+8+9+11号和12+13号三套煤层压裂组合,建立了不同组合压裂技术优化准则,多层系立体开发动用,多口井稳产在1×104 m3/d以上;④该区薄—超薄煤层天然气有效开发,将产气层进行了纵向拓展,不仅实现了老气田的稳产,而且还进一步实现了持续增产。结论认为,薄—超薄煤层天然气开发突破了煤层开发厚度下限,开辟了中高煤阶薄—超薄煤层天然气开发新领域,发展了成熟探区天然气增储上产新动能,并可为类似煤层天然气勘探突破提供借鉴。

薄煤层智能化无人开采控制系统的设计与应用

结合某煤矿地质条件和开采工作面的实际情况,对薄煤层开采工作面采煤机、运输系统设备、液压支架、供电系统等智能综采设备的选择进行优化,提出了智能化综采技术方案,并在3124S工作面开展了工业化试验,实现了减人增效和安全“零事故”、瓦斯“零超限”的目标,有效提升了工作效率,取得了较好的经济效益,对类似复杂地质条件下煤炭生产方式的变革具有重要的指导意义。

过采空区叠置“三带”定向钻井技术研究

贵州煤炭资源量大,经长期开采,形成大面积采空区,采空区下伏煤层气资源量丰富,但开发利用率低。主要原因为贵州地区地面条件复杂、煤系地层纵向跨度大、煤层发育具有多薄等特点。在采空区钻井抽采上覆煤层卸压瓦斯及下伏煤层气时,采用常规钻井技术成井较为困难,易发生井下复杂事故,导致贵州地区对煤矿采空区内煤层气资源的开发利用较少。为了抽采采空区上覆煤层卸压瓦斯及充分利用采空区下伏煤层煤层气资源,探索多煤层采空后上覆煤岩层叠置“三带”在纵向发育特征及底鼓煤岩层应力变化规律就显得尤为重要。以贵州盘江矿区山脚树矿为例,实施1口过采空区多煤层定向试验井。结果表明:在贵州特殊地质条件下在煤矿采空区实施定向井抽采上覆煤层气卸压瓦斯及下伏煤层煤层气具有很好的经济性。同时通过该井的成功实施,首先探明了盘江矿区多煤层采空后“叠置”三带在纵向上的发育特征,其次成功获取了煤矿采空区下伏煤层煤层气抽采关键地质及工程技术参数,实现了采空区煤层气资源利用最大化,为后续在盘江矿区乃至整个贵州地区开展采空区瓦斯卸压抽采及下伏煤层煤层气开发提供了宝贵的工程经验和技术支撑。

基于各向异性的薄煤层AVO正演方法

针对煤层厚度薄、煤层顶底界面波阻抗差较强的特点,从一般各向异性介质的弹性动力学方程出发,推导出了两层EDA介质水平界面情况下平面波的反射和透射系数公式,并进一步推导了3层介质(即EDA介质薄层位于两个各向同性介质之间)的平面波反射和透射系数。利用所推导的AVO公式,对煤系地层进行了纵波AVO正演模拟,对模拟结果进行分析发现:薄层的厚度、EDA介质的各向同性背景参数对薄层纵波反射系数有较大影响,裂隙开度对薄层反射系数几乎没有影响。

薄煤层P-SV转换波AVO正演研究

研究了EDA(Extensive Dilatancy Anisotropy)介质中的横波分裂现象,在此基础上,对薄煤层的转换波反射系数进行了推导,并建立了含煤地层模型,并对该模型进行了P-SV转换波AVO正演模拟。模拟结果分析发现:入射角为0时,薄层的转换波反射系数为0;随着入射角的增大,反射系数先增大到一个最大值,然后开始减小,薄层的厚度对于薄煤层的转换波反射系数存在较大的影响,裂隙密度和裂隙的填充物对于薄层的转换波反射系数在大角度入射时存在较大影响,这种影响与EDA介质的各向同性背景参数有较大关系,裂隙的开度对于薄层转换波反射系数几乎没有影响。

地震可检测性分辨率研究

探测厚度小于或远小于λ/4的薄层(薄煤层、薄砂岩储层等)以及宽度有限或长度、宽度有限且高度小于λ/4的非规则二度体(如地下暗河)和三度体(如溶洞)已是地震勘探的重要目标。近年来,这方面的探索研究已经取得一定进展。但人们对厚度(高度)小于λ/4的薄层(非规则体)能否被检测出来产生了质疑。分析表明,常用的分辨率定义(如瑞利、瑞克的λ/4、威迪斯的λ/8等)是用地震波的特征确定薄层厚度的,可以用其回答"薄层有多薄"的问题,因此,准确地说,上述分辨率应该称之为薄层厚度分辨率。用这类分辨率定义来判断薄层是否可被检测,有其不适应性。研究表明,薄层(非规则体)能否被检测的关键是其反射波(属性)能否从背景反射(属性)中区分出来,用这一思想可以回答"多薄的薄层、多小的非规则体可以被检测"的问题,这即是地震可检测性分辨率。讨论了薄层和非规则体可检测性分辨率的一些定量指标,给出了薄煤层、碳酸盐岩溶洞型储集体和薄砂岩储层检测的实例。

各向异性薄煤层纵波AVAZ分析

通过建立HTI型薄煤层的传播矩阵,推导了水平界面情况下含各向异性薄煤层反射系数精确计算公式,并利用该公式对含有薄HTI型各向异性煤层进行了纵波AVAZ分析。经过研究发现,当HTI型煤层为薄层时(厚度小于地震波长的1/4时),其纵波反射系数与煤层为厚层时(厚度大于地震波长)顶板的纵波反射系数规律相似,但其值不仅与上下层介质物性参数有关,还与厚度有关,可见煤层为薄层时采用经典公式反演会带来误差;薄层厚度、Thomsen等效各向异性参数和裂缝密度对纵波反射系数有较大影响,裂缝纵横比对反射系数影响较小。入射波方位角为90°时,入射波在HTI介质各向同性面,此时各向异性参数对反射系数影响最小。

利用小波变换提高煤层厚度的分辨能力

作者在本文中根据地震子波的特点 ,将 Morlet小波予以改造 ,并用于地震资料的处理。在小波处理后的高尺度地震剖面上可以清晰地分辨煤层顶、底板反射波 ,对于煤层厚度的解释具有重要的参考价值。因此 ,修改后的小波和小波变换有较好的应用前景。

极薄煤层钻采工艺在保护层开采中的应用

开采保护层是防止煤与瓦斯突出最经济、最有效的技术措施,对不具备开采条件的极薄非突出煤层,用钻机式采煤机开采后,能够对近距离被保护煤层起到消突作用,并实现工作面无人作业,确保人员安全,同时也为极薄煤层的资源回收提供了途径。

煤层中流体地震可探测性的模拟分析

作为一种典型的强阻抗差低阻抗薄层,煤层中孔隙含流体时是否会引起地震反射产生明显的异常是回答地震检测流体是否可行的根本.为此,本文针对强阻抗差薄层模型,基于Biot双相介质理论,通过弹性波有限差分法数值模拟,与各向同性单相介质假设的煤层反射对比,探讨了反射复合波受煤层孔隙度及流体性质变化的影响程度.模拟分析发现:由于薄层孔隙度和孔隙流体属性的变化在Biot理论中表现为纵波速度的变化,PP波反射AVO(Amplitude Versus Offset,振幅随偏移距变化)特征对薄层是否含流体相对敏感;综合使用PP与PS波对比有利于薄层中流体的预测;孔隙度一定时,PP波反射振幅随着含气饱和度的增加而增大;受薄层调谐作用的影响,孔隙和流体变化对煤层反射的频谱特征影响不大,近似于单相介质时的情况.

基于不稳定型急倾斜薄煤层实用性开采技术的研究

指出煤炭在国民经济发展中的重要性;提出了研究不稳定型急倾斜薄煤层开采的现实意义;阐述了不稳定型急倾斜煤层的特征,以及其开采的指导方法和开采技术。以煤矿生产实践为依托,对不稳定型急倾斜薄煤层实用性开采技术进行了研究,得出在不稳定型急倾斜煤层中采用伪倾斜斜坡短壁采煤法,能较好地解决急倾斜薄煤层开采的技术难题,收到明显的经济效益,值得借鉴。

河北南部煤层构造变薄带特征及成因

通过对河北南部已采掘揭露的煤层构造变薄带特征的研究,论述了由于煤系地层的层状岩石组合及其力学性质的差异,构造变动时引起层间挤压,在断层附近出现煤层变薄与增厚带。煤田构造主要受北北东向构造所控制,其煤层构造变薄带也主要呈北北东向伸展。

厚松散层薄基岩下煤柱留设类型转变研究

通过对鲍店煤矿八采区山西组主采3煤顶部基岩及第四系下组2个主要充水含水层富水性特征的分析,确定其转变为防砂煤柱留设是安全可行的。针对采区山西组主采3煤层较大部分存在分叉现象的实际情况,分别计算了3上煤层和3煤层的留设高度;3上煤层与3下煤层属于近距离煤层开采,在重复开采条件下计算了3下煤层留设高度。

极薄煤层托伪炮采顶板垮塌控制机理与实践研究

针对胜利煤矿55煤层左十五片采煤工作面极薄煤层不稳定伪顶开采条件下,根据聚能爆破定向断裂原理,提出采用托伪顶炮采聚能爆破定向断裂控顶技术控制工作面顶板的稳定性,阐述了该技术控制顶板稳定性的原理及岩层断裂形式,并结合工作面现场实际介绍了聚能爆破的工艺流程及如何确定爆破参数。工业试验表明该技术的采用经济技术效果有明显的提高,可在类似采煤工作面推广使用。

铜川东部矿区层滑构造及薄煤带研究

详细研究了铜川东部层滑构造的特点、展布规律、形成机制以及与构造薄煤带的关系。对生产矿井利用层滑构造预测构造薄煤带具有实际指导作用。

黏弹性和速度各向异性对薄层反射的影响

煤层具有强波阻抗差、低阻抗的特性,对地震勘探来说是一种典型的薄层。因为其黏弹性和速度各向异性导致薄层反射波场异常,为了定量分析黏弹性和速度各向异性对薄层地震反射的影响,针对强波阻抗差薄层模型,基于波动方程数值模拟方法,正演得到弹性速度各向同性、黏弹性速度各向同性及黏弹性速度各向异性的地震波场,并对比分析了3种模型的弹性波地震反射特征。研究结果表明:黏弹性对薄层的反射产生不可忽略的影响,会明显降低薄层弹性波的反射振幅,但黏弹性速度各向同性与各向异性对薄层的弹性波反射影响差异不大。相比于弹性各向同性情况,黏弹性会引起反射纵波(PP波)瞬时频率最大可达8%的改变量,而对转换横波(PS波)仅有3%的改变量,可以忽略不计。上述研究为利用构造煤品质因子极低的特征来预测构造煤提供了可能。

坚硬薄煤层爆破开采技术研究

通过对福建省坚硬薄煤层爆破开采技术研究分析,提出了煤层硬度系数不同,其研究侧重点不同。对于f=3左右的煤层,重在研究提高块煤率;f=4-6及以上的煤层,重在研究提高回采率。调研分析了生产实际中特别坚硬煤层爆破效果差的原因,并进行现场实验,提出了提高特别坚硬煤层爆破效果的改进方法。

循环流化床筛碎系统的探讨

发电厂中,越来越多地使用循环流化床锅炉。因其没有破碎系统,燃煤破碎须在进炉膛之前完成,这对输煤系统提出了新的要求。现以实际工程为例,结合以往国内外电厂的经验,对循环流化床火力发电厂中的筛碎系统的设计及设备选型进行了探讨。