废弃工作面遗留煤层气扰动储层空间划分——以屯兰煤矿12501工作面为例

废弃矿井扰动空间精确划分是遗留煤层气资源评价和开发利用的重要基础,以山西西山矿区屯兰煤矿2号煤12501工作面为例,采用应力场数值模拟、裂隙场数值模拟和物理相似模拟的方法,综合研究了采动过程中及采空区稳定后的应力场、裂隙场的分布规律。研究结果显示:物理相似模拟与数值模拟吻合度高,综合以上3种方法,最终将12501废弃工作面遗留煤层气扰动储层空间划分为底板裂隙区、重新压实区、导气裂隙区和承压区。底板裂隙区位于煤层中工作面的正下方,整体采动裂隙发育区域呈现出靠近开采煤层为底面的倒梯形台,裂隙场数值模拟结果显示其垂向深度为22.3 m,其深度为开采煤厚的5.58倍。承压区位于工作面四周的未开采煤储层,在工作面倾向的边界起分别向外延伸70 m,在工作面走向的边界起分别向外延伸100 m的位置上,数值模拟结果显示承压区煤储层垂向应力峰值为远大于煤层原始状态的应力数值,但小于垂层煤样的平均抗压强度。导气裂隙区主体位于开采煤层工作面边缘区域,底部为高度约为13.2 m的岩层垮落带,紧邻垮落带上部为高约33.6 m的岩层断裂带,断裂带内竖向裂缝不断扩展贯通离层裂缝。导气裂隙区整体形状为梯形台,其高度为开采煤厚的11.7倍。重新压实区主体分布于开采工作面采空区的中间部分,倾向宽度为110 m,走向长度为1 268 m。此区域主要为弯曲垮落的覆岩构成,整体形状为梯形台,位于导气裂隙区内部。导气裂隙区为遗留煤层气资源的开发有利区。

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100 m左右,底板采动影响范围可达到50 m左右。(2)遗留煤层气资源主要以游离态、吸附态及溶解态赋存于开采扰动区内,与原位储层相比游离气占比增大。依据开采扰动应力场–裂隙场–渗流场分布规律,可将遗留煤层气赋存空间分为:三维卸压带、一维卸压带、原始位区,覆岩三维卸压带顶部为潜在煤层气富集区。(3)废弃矿井煤层气资源量评估方法主要有月下降曲线法、分源叠加法及间接扣减法,后2种方法在国内有较高的适用性。最后指出准确圈定遗留煤层气富集空间及其采动裂隙场,揭示遗留煤层气的赋存特征及其动态运聚过程,建立遗留煤层气资源量的动态评价模型是废弃矿井遗留煤层气资源成功开发的地质理论基础,也是今后的重点研究方向。