煤矿区煤层气与煤炭协调开发模式初探

在我国社会经济快速发展的背景下,煤炭资源和煤层气资源的需求量越来越广泛,因此在实际开采过程中需要实现煤层气与煤炭资源的协调开发。协调开发主要是从煤炭和煤层气两种密切共生的不同物相中的矿产资源进行开发,在实际开采过程中,需要确保煤层气与煤炭资源的开采时间、空间布以及两者之间的相互影响因素,实现对两种矿产资源的合理开发利用,实现我国化石能源的可持续化发展。

煤矿区煤层气与煤炭协调开发模式与评价方法

为了提高我国煤矿区煤层气与煤炭协调开发产业化水平与应用效果,基于煤矿区煤层气与煤炭协调开发时空机制的分析,采用层级划分法,以地面井开发和煤层群开发为分类条件,将全国13个煤炭基地的煤层气与煤炭协调开发模式归为3类,总结并完善了以晋城、两淮和松藻矿区为代表的3种典型煤矿区协调开发模式与配套技术体系。基于煤层气与煤炭协调开发方案的确定与模糊数学评价方法,提出用于评价煤层气与煤炭协调开发效果的协调度概念,建立了煤层气与煤炭协调开发的模糊综合评判模型和指标体系,并以山西晋城无烟煤集团寺河煤矿等矿井为例进行了3种典型协调开发模式下的协调开发效果的初步评价与分析,得出了协调开发状态并指出"十三五"研究方向。为促进我国煤矿区煤层气与煤炭协调开发提供理论支撑,并为协调开发模式在全国煤矿区的优选决策应用奠定基础。

煤矿区煤层气与煤炭协调开发模式初探

在分析和总结晋城、两淮和松藻3个矿区地质条件及煤层气与煤炭开发时间顺序、空间布局、技术途径的基础上,初步提出3种典型地质条件下煤层气与煤炭协调开发模式及其适用条件,为相似条件下煤层气与煤炭协调开发提供借鉴。

煤矿区煤层气与煤炭协调开发机制模式及发展趋势

煤层气与煤炭协调开发的关键在于协调煤炭开采与煤层气开发的时空关系。“十一五”至“十三五”期间,依托国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”项目的总体实施,煤矿区煤层气与煤炭协调开发机制取得巨大进展。煤矿区煤层气开发由最初为保障煤矿安全生产的“瓦斯抽排”“煤层气抽采”“地面开发和井下抽采相结合”等形成“煤矿区煤层气与煤炭协调开发”的技术开发新机制。通过界定煤层气与煤炭协调开发范围、建立煤层气与煤炭协调开发评价方法、形成煤层气与煤协调开发优化决策平台,提出基于“协调开发、提质增效、技术支撑、平台决策、集成示范”的煤矿区煤层气与煤炭协调开发理念,依托煤层气与煤炭协调开发技术体系等成套技术系列,形成山西矿区煤层气“四区联动”全域协调开发模式、两淮矿区煤层群煤层气立体联合开发模式、松藻矿区复杂松软煤层超前增透协调开发模式、新疆矿区大倾角多煤组”三位一体”协调开发模式,进而带动全国煤矿区煤层气开发实践。煤矿区煤层气与煤炭协调开发机制、模式与应用引领了我国煤矿区煤层气行业科技创新,显著提升煤矿区煤层气开发利用水平。随着国家能源战略的调整,“双碳”战略的实施和生态文明建设等新形势新要求,煤矿区煤层气发展面临新需求新挑战,指出需重点推进煤矿区煤层气地质精细探查、井下煤层气高效开发、废弃矿井煤层气抽采、煤系气协同共采等技术研发,构建煤矿区煤层气与煤炭清洁高效开发的新技术体系。

典型矿区煤层气与煤炭协调开发动态模拟研究

针对传统方法难以展现煤层气与煤炭协调开发流程的问题,提出了一种新的三维动态模拟思路,采用三维可视化和动画推演的方法展示煤层气与煤炭协调开发模式。以"晋城模式"为背景,基于数字矿山三维平台MineSystem,采用井上下三维一体化快速建模、协调开发三维可视化动态编辑、三区联动立体抽采动画推演等关键技术,完成了三区联动井上下整体抽采煤层气开发模式的动态模拟,实现了生产规划区、开拓准备区、煤炭生产区三维一体化整体展示,为促进煤层气与煤炭协调开发利用工艺的推广应用提供了技术支撑。

煤层气与煤炭协调开发机制的法制保障

长期以来,煤炭与煤层气两种能源资源在开发中冲突问题不断。国家出台多项政策,提出要创新煤层气与煤炭协调开发机制,合理解决两种资源开发的冲突问题,促使资源安全高效地开发利用。煤层气与煤炭协调开发机制,正是十八届五中全会提出的"创新、协调、绿色、开放、共享"发展理念的最好体现。本文通过梳理分析煤层气相关政策法规文件,借鉴实践经验,提出煤层气与煤炭协调开发的矿权管理制度、综合勘查制度、合作开发制度、资料共享制度、退出约束制度、纠纷解决制度六项法律制度,并提出相应的法制保障建议。

基于煤层气与煤炭协调开发的地面抽采工程部署关键技术进展

煤矿区煤层气地面抽采具有煤炭安全开采效率高、清洁利用煤层气资源和减少瓦斯大气排放的多重效应,其煤层气产量多年来占了全国总量的主要比例。“十一五”至“十三五”期间,依托国家油气重大专项,基于煤层气与煤炭协调开发的指导理念,研究了煤矿区地面煤层气抽采工程部署的特点及存在问题,按照受煤炭采动影响与否将煤矿区煤层气地面抽采分为预抽和采动抽采2种类型,在对两种抽采类型的抽采对象、可抽采时间和空间特征研究基础上,分别总结形成了煤层气地面预抽和采动抽采的工程部署方法体系。结合原始条件下煤层气开发模拟技术现状分析,梳理了煤矿区煤层气地面预抽模拟技术体系;在采动抽采技术特点及关键储层参数变化规律的研究基础上,基于渗透性控制气体运移规律的认识,提出了采动抽采效果预测模拟方法。根据煤矿区地面抽采具有安全效应特征,提出了煤矿区地面煤层气抽采间接经济效益的评价指标,即地面抽采前矿井瓦斯灾害治理费用与地面抽采后矿井瓦斯灾害治理费用的差值,并建立了包含预抽和采动抽采的比较全面的地面煤层气抽采工程经济性评价方法。煤矿区地面抽采工程部署及相关技术是预判煤矿区地面煤层气低成本高回报效果、煤层气与煤炭资源协调开发的关键手段,建议在煤矿区进一步推广应用。

倾斜煤层煤层气与煤炭地下气化协调开发技术构想

煤层气(CBM)开发与煤炭地下气化(UCG)是我国煤基天然气生产的重要来源,新疆前陆冲断带倾斜煤层发育区煤与煤层气资源丰富。为深入剖析倾斜煤层CBM与UCG协调开发可行性,系统剖析了现有CBM与UCG关键技术及其对CBM−UCG协调开发的借鉴意义,分析了倾斜煤层CBM与UCG协调开发优势、技术路径、面临的主要问题和未来研究方向,得到以下认识:①“CBM开发疏干效应”“UCG热作用解吸效应”“UCG采动卸压效应”下CBM−UCG协调开发可形成相互促进的良性循环;②提出了直井+顺煤层倾向井“先抽后烧”、顺煤层倾向井组合“边抽边烧”、定向L型CBM井+顺煤层倾向UCG井“边烧边抽”、下部煤层布置沿倾向UCG井+上部煤层布置定向L型CBM井“先抽后烧再抽”、复杂井型“井工厂式”布置等协调开发技术路径;③CBM与UCG协调开发面临地质选区评价理论基础研究薄弱、缝网条件下UCG热作用扩展范围不清、倾斜煤层UCG过程岩层移动卸压范围不明等理论问题;同时面临CBM−UCG协调开发“井工厂式”钻井技术、CBM井与UCG井协调开发生产制度、CBM与UCG协调开发地质动态测控、CBM井密封性与耐高温性保护等工程问题;④要强化倾斜煤层CBM与UCG协调开发地质选址评价研究、开发动态理论研究、工程协调技术先导性试验研究,确保协调开发安全、有序、可控、高效。

中国煤炭与煤层气协同勘查开发现状与发展趋势

【研究目的】煤炭是中国的主体能源,煤层气(煤矿瓦斯)是煤矿生产过程中的重要危险源,同时也是一种重要的清洁能源。煤层气主要成分是甲烷,甲烷的温室效应是等体积二氧化碳的80~120倍,大量排入空气中会对大气环境产生严重影响。本文通过分析中国煤与煤层气勘查开发模式和技术现状,论证了煤与煤层气协同勘查开发的必要性和可行性,进而提出中国新的煤与煤层气协同勘查的技术途径。【研究方法】本文通过梳理大量前人资料和研究成果,分析了中国的能源供需、煤炭与煤层气协同勘查开发技术现状和发展趋势,讨论煤与煤层气协同勘查开发技术方向和对策。【研究结果】科学论证了实施煤与煤层气协同勘查开发的必要性和可行性,揭示其技术瓶颈,提出了煤与煤层气协同勘查技术体系,构建了煤与煤层气协同开发新模式,提出了未来煤与煤层气协同勘查开发利用关键技术及发展建议。【结论】实施煤与煤层气协同勘查开发非常必要和十分迫切;中国煤层低渗透率、低储层压力、低含气饱和度和复杂的地质和开采技术条件,决定了以煤与煤层气协同勘查开发为主、地面抽采为辅的煤层气开发利用方式;应深化煤与煤层气耦合成矿成藏规律研究,建立煤与煤层气协同勘查开发利用关键技术与CCUS技术相结合的技术体系。

煤层气与煤炭资源协调开发浅析

煤层气与煤炭资源协调开发,是指从煤层气和煤炭为密切共生的不同物相的矿产资源这一基本事实出发,考虑其开采在时间顺序、空间布局、相互影响等关系,按照"采气-采煤一体化"、"地面与井下立体开发"的技术思路,在资源勘查、开发规划与设计、开采途径和技术应用等方面统一部署,相互协调,以实现对这两种矿产资源进行合理、有效的开发利用。从煤层气的资源地位、煤矿安全生产需求和建设循环经济的需求等3方面阐述了协调开发的意义;并指出协调开发技术包括煤层气与煤炭资源同步勘探和协调开采两个方面。

煤与煤层气协调开发优化决策系统研发与应用

结合系统工程学、应用数学、最优化决策以及煤层气开采等相关理论,以煤与煤层气协调开发过程中时空促进与制约关系的定量化总结为基础,构建了BP神经网络的三区不同种类煤层气开采技术相对应煤层气产能预测模型,基于煤层气资源回收率、采气经济效益、资源开采效率3个指标量化了煤层气开发技术优化指标体系,研究了煤层气开采技术优化分析方法,建立了以三区时长促进与制约关系方程为核心,资源开发量守恒为本构模型,三区转换基本量化指标和瓦斯灾害防治要求相关指标为求解约束条件的煤与煤层气协调开发优化决策的数学模型,最终实现了基于B/S架构模式的煤与煤层气协调开发优化决策系统的研发。

煤与煤层气协调开发三维仿真设计研究

在我国煤矿瓦斯防治和煤层气产业化发展的新形势下,煤矿区需要协调开发煤与煤层气资源,以实现资源的有效利用、安全生产和环境保护的目标。针对传统方法难以展现煤与煤层气协调开发流程的问题,通过分析晋城的煤与煤层气协调开发模式与技术体系,提出一种煤与煤层气协调开发动态模拟与辅助设计的新思路,根据煤与煤层气协调开发优化决策结果,研发出一套适用于煤矿区的能交互式、直观化协调开发的煤与煤层气协调开发三维仿真平台,并详细介绍了该平台的总体设计和流程设计。通过该平台在晋城矿区的示范应用,表明煤与煤层气协调开发三维仿真设计平台实现了晋城矿区煤与煤层气协调开发技术方案的可视化动态模拟,为“晋城模式”煤与煤层气协调开发技术体系的应用及推广提供了数字化技术支撑。

安徽省两淮煤田废弃煤炭矿井剩余资源综合调查、开发利用现状及展望

随着去产能政策和能源供给侧改革的深入推进,安徽省两淮煤田先后关闭了大量资源枯竭、经济亏损、产能落后的煤炭矿井。本文在综合调查两淮煤田废弃煤炭矿井剩余资源潜力的基础上,梳理了两淮煤田废弃煤炭矿井资源开发利用现状,分析了当前面临的主要问题。研究结果表明:截至2023年底,两淮煤田63处废弃煤炭矿井剩余煤炭资源约24.33亿t、煤层气约102.83亿m^(3)、可利用地下空间约7383.80万m^(3)、天然焦约3.45亿t,此外还有丰富的矿井水、地热和土地等其他可利用资源,具有良好的资源开发利用潜力。虽然目前两淮煤田在废弃煤炭矿井煤层气、矿井水、土地和共伴生矿产等资源开发利用方面已取得了一定的经济效益与社会价值,但仍然面临基础资料缺失、管理体系不完善、资源开发利用模式单一和利用率低等一系列问题。针对上述主要问题,本文从信息化建设、基础理论研究和探索资源开发利用模式三个方面提出了建议与展望,以期加快开发利用两淮煤田废弃煤炭矿井资源,提高资源利用率。

两淮煤田煤层气与煤炭勘查开发时空配置关系

煤矿区煤层气勘查开发既存在煤炭、煤层气(瓦斯)勘探程度高的优势,也存在煤炭与煤层气矿业权大面积重置的劣势,因此进行煤层气与煤炭勘查开发时空配置关系研究,对实现煤矿区煤层气与煤炭安全高效协调开发具有非常重要的现实意义。综合分析煤炭开发时空接替规律和煤炭、煤层气矿业权设置现状,以煤炭矿井或勘查区为基本地质单元,两淮煤田可划分为7类性质不同的区块。在系统分析不同区块煤炭、煤层气勘查开发时序和煤层气开发方式的基础上,结合煤层气地质条件,以勘查开发的空间布局、时序安排为主线,深入探讨了两淮煤田7类区块的煤层气与煤炭勘查开发原则、煤层气开发方式、重点区块分布、含气面积及资源量等,建立了煤层气与煤炭勘查开发的时空配置模式,为矿业权重叠问题提供了技术解决方案。

煤与煤层气协调开发机制研究

为了更好地推广煤与煤层气协调开发技术,以实现煤与煤层气的协调开发,通过对油气重大专项3个示范矿区的煤层气抽采技术、采掘接续、开采过程中区域划分以及各个阶段所允许的最大煤层气含量的研究,初步建立了煤与煤层气协调开发机制。研究认为:根据各个矿区地质条件的不同,可划分为3个或4个区域,分阶段进行抽采和开采接续;建立了根据每个阶段的回采或掘进速度、风量等参数确定每个阶段的煤层气最大安全允许含量的公式;根据每个阶段的抽采技术和相关参数,可确定每个区域的合理抽采时间,从而合理安排采掘计划,最终实现采煤与采气在时间、空间上的协调;建立了3个示范矿区所代表典型地质条件下的协调开发机制。

煤炭资源型城市煤炭开发与生态系统服务协调发展演变及驱动机制--以淮南市为例

[目的]研究煤炭开发与生态系统服务协调发展演变及驱动机制,对推进我国资源型城市可持续发展具有重要的意义。[方法]结合煤炭城市生命周期理论,在分析煤炭开发与生态系统服务协调发展演变规律的基础上,采用协调度模型和灰色关联模型揭示2005-2018年淮南市煤炭开发与生态系统服务协调度时序变化规律及主要驱动因素。[结果]研究期间淮南市煤炭开发综合水平呈现波动上升趋势,生态系统服务综合水平呈缓慢下降趋势,煤炭开发与生态系统服务协调度基本处于0.5~0.7之间,二者协调度呈现上升趋势,由勉强协调-煤炭开发滞后阶段逐步过渡到中级协调-同步发展阶段;环境污染治理、居民生活环境需求、产业转型是淮南市煤炭开发与生态系统服务协调发展的主要驱动因素,其与协调发展的关联度分别为0.910 2,0.817 8,0.807 0。[结论]研究提出了煤炭资源型城市煤炭开发与生态系统服务协调发展演变规律,揭示了淮南市煤炭开发与生态系统服务协调发展演变态势及驱动机制,可为煤炭资源型城市的经济与环境协调可持续发展提供决策依据。

煤层气与煤炭协调开发关键技术（二期）

该技术是“大型油气田及煤层气开发”国家科技重大专项“十二五”项目之一。项目承担单位联合煤炭科学技术研究院有限公司、中煤科工集团重庆研究院有限公司、河南理工大学等10家单位。

煤层气与煤炭协调开发关键技术（二期）

“煤层气与煤炭协调开发关键技术（二期）”项目（编号：2011ZX05040）是“十二五”国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发”项目之一。项目承担单位为中煤科工集团西安研究院有限公司，联合单位有煤炭科学技术研究院有限公司、中煤科工集团重庆研究院有限公司、河南理工大学等10家单位。

煤矿区煤层气与煤协调开发模式探讨

煤层气与煤炭开发存在矿权重叠问题,进行煤层气与煤炭开发时空配置关系研究,对煤矿区煤层气与煤炭高效协调发展具有非常重要的显示意义。基于煤炭开发时空接替规律,煤层气企业和煤炭企业共同对煤矿区进行规划部署,达到"抽、掘、采"的协调,实现煤层气与煤炭协调一体化开发,形成了较为成熟的矿权重叠区煤层气与煤炭协调开发模式:"晋城模式"、"三交模式"和"华潞模式"。提出了煤层气地面抽采存在政策激励疲软、产能到位率低、合作机制不健全等问题。

贵州煤层气开发利用前景广阔

贵州素以“西南煤海”著称,煤炭资源丰富,在煤层中蕴藏有大量可供开发利用的煤层气,煤层气资源量排名全国第四位。贵州煤层气主要分布在六盘水、织纳和黔北等煤田,资源富集程度高。从煤层气资源的分布、开采条件和资源品质来看,贵州煤层气资源有着储量大、分布集中、品位较高等特点,具备大规模开发的资源优势,煤层气发电、煤层气液化等项目前景广阔。