基于高位定向长钻孔的大佛寺煤矿卸压瓦斯抽采技术

陕西彬长大佛寺煤矿为高瓦斯矿井,绝对瓦斯涌出量190.4 m^(3)/min。矿井瓦斯治理工作坚持“超前预报、组织管理、综合研判、技术保障、效果评价”相结合的综合防治工作体系,采空区卸压采用“大孔径、多层次、高负压、大流量、密集抽”技术思路。以40204工作面、4034~上02工作面为研究对象,对工作面采动覆岩裂隙分布进行研究,模拟高位定向钻孔抽采下采空区瓦斯浓度分布,结合采空区“O”型圈模型的理论基础,针对大佛寺煤矿卸压瓦斯抽采的“高位钻孔设计、布置层位确定及抽采工艺”进行探讨,结合工程应用对瓦斯治理效果进行评判。结果表明,实施高位钻孔工艺后,工作面上隅角瓦斯稳定在0.15%~0.45%,回风瓦斯浓度稳定在0.2%~0.35%,证明高位定向长钻孔能够有效治理工作面卸压瓦斯,杜绝工作面瓦斯超限,确保矿井安全生产。

煤矿成本管理优化研究

随着安全形势要求、人工成本、国外低成本煤炭的进口,国内煤矿运营成本不断增加。依托大佛寺煤矿成本管理体系,从成本管理能力、成本要素、企业竞争性需要3方面进行分析,总结出大佛寺煤矿成本管理提升,需要从安全管理体系完善,内部市场化体系建设,智能矿山建设,技能人才培养,灾害超前治理,施工工艺及劳动组织优化等方面进行细化,进一步压缩企业安全管理成本,从而提升企业员工工效,提高企业利润。

大佛寺煤矿低煤阶煤层气地面开采选区评价

在研究大佛寺煤矿煤层气赋存地质背景基础上,探讨了影响低煤阶煤层气开发的主要地质因素,结合地面煤层气井产气量相关地质因素综合分析,优选了大佛寺煤矿煤层气开发的主控制地质因素指标及次级控制因素指标,采用加权指数法通过计算评价对象的综合得分,以综合得分高低判定煤层气开发优劣区,研究认为,大佛寺煤矿4#煤层煤层气以中等有利开发区为主,主要位于井田中东部,面积约占整个煤层气评价区面积的54%,有利开发区主要位于井田东部,面积较小,约占整个煤层气评价区面积的7.92%,不利开发区主要位于井田西部,面积约占整个煤层气评价区面积的42.04%.评价结果对大佛寺煤矿低煤阶煤层气地面开发有重要参考价值。

大佛寺煤矿断层构造及其预测

在总结大佛寺煤矿煤层断层发育特征及其展布规律的基础上,从影响断层发育的变形介质条件和构造应力条件入手,分析了断层发育的控制因素,依据煤层厚度变化率与褶皱叠加复合效应,对矿井未采区域断层构造复杂程度进行了预测,研究成果可指导煤矿生产及地面煤层气井的开发。

大佛寺煤矿地下含水层对煤层气开采的影响分析

矿井地下含水层的赋存、径流特征不仅影响煤层气的含量大小及煤层开采,而且对煤层气井的排采有重要影响.大佛寺煤矿延安组合煤地层以上自上而下发育含水层七层,隔水层六层,其中与主采4#煤层开采及煤层气赋存有关的含水层分别为延安组下段4上煤-4煤间砂岩含水层、延安组上段4上煤以上砂岩含水层、直罗组下部砂岩含水层、宜君组砾岩含水层及洛河组砂岩含水层.为研究地下含水层对煤层气开采的影响,论文在阐述地下含水层发育特征基础上,利用煤层气开采井取得的水化学指标经分析对比,得出4#煤煤层气井的排采水主要来自煤层顶板4上煤～4煤间砂岩含水层段水的认识;依据该含水层距离煤层的间距、含水层厚度大小及矿井构造发育程度等指标,提出了圈定水文地质条件有利的煤层气开发区段的标准是煤层距顶板充水含水层较远,间距大于10 m,构造上处于背斜部位,不利区段的的标准是煤层距顶板充水含水层间距小于3 m,构造上断层发育或顶板含水层厚度在10 m以上,断层发育.

彬长大佛寺井田低煤阶煤层气直井产气差异性评价

大佛寺井田内4号煤组属低煤阶煤组,煤储层物性较好,煤层气资源丰富,然而井田内煤层气直井产气效果差异性较大。在研究煤储层参数特征的基础上,结合煤层气直井地面开发的实践,运用模糊数学方法,构建了4口工程参数一致、产气差异较大的煤层气直井储层各参数的评价隶属函数,通过计算评价值对4上煤和4号煤储层进行了综合评价,评价结果与实际煤层气产能情况一致,即DFS-133和DFS-45井储层有利于地面煤层气开发,DFS-69和DFS-105井储层不利于地面煤层气开发。基于4口直井4号煤组煤层气储层的综合评价,认为在储层强化措施一致的情况下,井田内煤层气直井产气效果主要受储层资源因素、保存因素和开发因素3方面的控制。同时,研究结果对大佛寺井田4上煤的煤层气勘探开发及选区具有重要的地质意义。

大佛寺井田煤储层孔隙特征研究

为了研究大佛寺井田煤样孔隙特征,采集大佛寺井田4#上煤层煤样,选取4#上煤层宏观煤样组分中的镜煤和暗煤,分别利用压汞试验、扫描电镜和低温吸附等方法对其进行测试。结果表明:大佛寺井田4#上暗煤以微孔和小孔为主,4#上镜煤以小孔和中孔为主,4#上镜煤和4#上暗煤都具有比较强的煤层气吸附能力,4#上镜煤的孔隙连通性较好,以开放型孔为主,4#上暗煤则主要以半封闭型的孔隙为主。扫描电镜结果表明大佛寺井田4#上暗煤可观察到煤表面存在一定数量的次生孔隙,但是整体孔隙的连通性较差。但4#上镜煤相比于4#上暗煤孔隙发育较好,清晰可见煤中出现了多道微裂隙和碎屑状的镜质体。综合来看,大佛寺井田4#上暗煤有助于煤层气的聚集,相对于暗煤而言,4#上镜煤利于煤层气的解吸和开发。

低煤阶煤层含气量特征及瓦斯涌出机制探讨

煤层含气量是表征煤层气储层特征的关键参数之一。为了准确获取低煤阶煤层含气量,以彬长矿区大佛寺煤矿为例,根据Langmuir方程和排采过程中实测的临界解吸压力计算了4号煤层含气量。根据计算结果,4号煤层含气量为2. 30~3. 62 m3/t,平均为2. 87 m3/t,是煤层含气量测试结果的0. 88~1. 93倍,符合低阶煤的特征,最为接近4号煤层原始含气量。并根据矿山岩层移动理论和渗流理论探讨了4号煤层含气量低而煤矿生产过程中瓦斯涌出量大的原因。分析认为,煤层在开采过程中,随着顶、底板岩层变形、垮落和移动,应力释放使煤体产生大量的新生裂隙,改变了煤体结构特征,促使煤层渗透性发生了根本性的改变,形成卸压增透和增流效应,造成大佛寺煤矿瓦斯涌出量急剧增大。

CH_(4)-煤吸附/解吸过程视电阻率变化的实验研究

为了揭示不同宏观煤岩组分CH_(4)-煤吸附/解吸过程中煤体视电阻率的变化规律,以彬长矿区大佛寺煤矿侏罗系延安组4号煤层为研究对象,通过工业分析及不同煤样(暗煤、镜煤和原煤样)、含水率(空气干燥基样、自然吸水样和通风干燥箱温度为378.15 K的干燥样)视电阻率测试实验,分析了煤体视电阻率、甲烷吸附量和平衡压力之间的关系。研究发现,暗煤的固定碳含量高于镜煤,灰分、水分低于镜煤,暗煤干燥样(通风干燥箱温度为378.15 K)初始视电阻率最大。甲烷的吸附对煤体视电阻率的影响表现为随着甲烷吸附量增加,煤体视电阻率明显降低,升压(吸附)过程,煤体视电阻率与压力、吸附量呈二次函数关系,其主要原因是甲烷吸附放热、煤体膨胀以及水在孔喉内壁的铺展导致视电阻率降低。由于甲烷吸附导致煤基质表面发生气-水置换,游离水使得可溶矿物质溶解,离子浓度提高,煤体导电由电子导电变为离子导电为主辅以电子导电的混合导电,因此升压(吸附)过程,煤体视电阻率降低,但由于可溶矿物质的有限性以及煤的疏水性,使得吸附后期煤体视电阻率趋于稳定。降压(解吸)过程,由于煤基质膨胀后的收缩是不可逆(形变),煤体视电阻率不能恢复到初始值。相较暗煤,镜煤孔隙连通性差,但孔喉曲率较大,此时双电层带电粒子数量多,成堆聚集,最终导致相同条件下镜煤的导电性能好于暗煤,即镜煤的煤体视电阻率小于暗煤的煤体视电阻率。

水平定向钻孔在大佛寺煤矿瓦斯抽采中的优势探讨

煤矿井下水平定向钻孔在煤矿瓦斯抽采中具有明显的技术优势。通过对大佛寺煤矿常规钻孔工作面瓦斯治理技术的分析,指出了其中不足;经过对定向长钻孔钻进工艺、布孔技术进行分析以及通过大佛寺煤矿现场应用,得出定向长钻孔有利于实现工作面瓦斯区域集中抽采的结论;瓦斯抽采统计数据分析对比证明定向长钻孔瓦斯抽采效率要明显优于常规钻孔。

大佛寺煤矿主要水害类型及防治工程实践

陕西彬长大佛寺煤矿水文地质条件较为复杂,多年的开采实践过程中,曾发生多次水害事件,严重威胁人员安全并影响矿井正常生产。尤其是近年来复合开采条件下,水害影响由单纯延安组弱含水层水害变为洛河组含水层与离层水害叠加影响以及侧向、上覆采空区水害威胁。通过系统分析矿井的水文地质条件,以实际工作面揭露情况总结出各类型水害的表现特征,并以现场实际应用为基础,列举各类水害防治的典型案例。基于多种水害综合分析,总结出大佛寺煤矿切实有效的防治水措施,科学指导矿井防治水工作,并为彬长矿区条件相似矿井提供参考。

低煤阶煤层气可采性主控因素及定量评价

针对低煤阶煤层的煤层气抽采不均衡、可采性不明导致的选区难问题,为了实现快速、定量化煤层气开发选区,以彬长大佛寺井田为例,采用正交法,结合数值模拟技术,对影响低煤阶煤层气产能的地质因素进行了敏感性分析,最终筛选得到裂隙渗透率、煤层厚度、含气量是影响大佛寺井田煤层气产能的三大主控因素。进而以24口排采直井的实际产气效果为基础,验证了三大主控因素对产能的影响程度。据此,提出了主控因素阶梯式数值模拟方法,并采用该方法,得到了低煤阶不同含气量、不同煤厚组合条件下,具有可采价值的渗透率阈值,从而定量化表征了低煤阶煤层气可采的主控因素组合,建立了大佛寺井田煤层气可采能力查询图版。主控因素阶梯式模拟方法可用于指导煤层气选区及井位部署,并实现快速指导有利区的选择。