不同類型礦井的煤層氣開采模式(圖文)

1、不同類型礦井的煤層氣開采模式(圖文)    2002年國家煤礦安全監(jiān)察局制定了“先抽后采，以風(fēng)定產(chǎn)，監(jiān)測監(jiān)控”的煤礦瓦斯防治方針，強(qiáng)化了瓦斯抽采在治理瓦斯災(zāi)害中的地位。但目前的井下瓦斯抽采遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足瓦斯治理的要求，“地面鉆采”煤層瓦斯日益提上日程。如何將“地面鉆采+井下抽采”有機(jī)結(jié)合，則是擺在我們面前的難題。本文在分析了兩種開采模式差異基礎(chǔ)上，利用“系統(tǒng)工程事故樹分析法+多層模糊數(shù)學(xué)綜合評價(jià)法”，最后提出了不同類型礦井的煤層氣開采模式。1 兩種開采模式的異同1.1 開采機(jī)理的差異(1)井下煤層氣抽采機(jī)理。所謂井下煤層氣抽采就是借助煤炭開采工作面和巷道，

2、通過煤礦井下抽采、采動(dòng)區(qū)抽采、廢棄礦井抽采等方法來開采煤層氣資源。井下煤層氣抽采機(jī)理是：當(dāng)煤層采動(dòng)以后，破壞了原巖石力學(xué)平衡，造成了煤層的卸壓，由于瓦斯氣體90%以上以物理吸附狀態(tài)存在于煤層中，為了繼續(xù)保持平衡，煤層中的瓦斯涌出，通過人工改造使其成為密閉系統(tǒng)，從而持續(xù)維持卸壓區(qū)域.這樣，煤層瓦斯將源源不斷被抽出。由此可見：使井下煤層氣得以抽采的2個(gè)基本條件是：在小范圍內(nèi)有足夠的煤層氣資源及使煤層瓦斯得以釋放的煤層透氣性大小。(2)地面鉆采煤層氣機(jī)理。地面鉆采煤層氣就是利用垂直井或定向井技術(shù)來開采原始儲(chǔ)層中的煤層氣資源。地面鉆采煤層氣的機(jī)理是：當(dāng)儲(chǔ)層壓力降低到臨界解吸壓力以下時(shí)，甲烷氣體從煤基質(zhì)

3、微孔隙內(nèi)表面解吸出來;由于瓦斯?jié)舛炔町惗l(fā)生擴(kuò)散到煤的裂隙系統(tǒng)，最后以達(dá)西流形式流到井筒。解吸是煤層氣進(jìn)行地面鉆采的前提，降壓是解吸的前提。由此可見：地面鉆采煤層氣能否發(fā)生的根本在于煤層氣是否能降壓解吸。1.2 實(shí)施方法的不同井下煤層氣抽采主要是通過鉆孔方式鉆進(jìn)幾百米到上千米，利用抽放泵對井下煤層氣進(jìn)行采收，資源量和透氣性是其發(fā)生基礎(chǔ)。地面鉆采煤層氣是通過排水降壓使煤層氣解吸并采出，其實(shí)施方式主要是打垂直井或定向井。并在井下煤儲(chǔ)層下制造口袋，利用抽水泵抽取煤儲(chǔ)層中的水使煤儲(chǔ)層壓力降低到臨界解吸壓力以下產(chǎn)出1.3 兩種開采模式的相同點(diǎn)不管井下煤層氣抽采還是地面煤層氣鉆采，其投入資金量大、投資風(fēng)險(xiǎn)

4、高、技術(shù)要求高、效益回報(bào)周期長，這是其共性。同時(shí)，不管是由于采煤引起煤儲(chǔ)層的卸壓還是地面鉆探實(shí)施的排水降壓，都是破壞了煤儲(chǔ)層的力學(xué)平衡，為了建立新的平衡，從而使以物理吸附狀態(tài)存在于煤儲(chǔ)層的煤層氣釋放出來。2 影響開采模式的因素煤層氣開采是否具有商業(yè)價(jià)值，取決于產(chǎn)氣率大小、是否具有競爭力的市場價(jià)格和規(guī)模性的產(chǎn)量。因此，無論采取井下抽采還是地面鉆采工藝，都需要有一定的氣含量做基礎(chǔ)。井下抽采煤層氣在開采煤層氣過程中由于無采取任何增產(chǎn)措施，這樣，它的開采對煤儲(chǔ)層本身的滲透性、百米鉆孔的資源量和煤儲(chǔ)層的解吸能力密切相關(guān);而地面鉆采煤層氣從目前的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)的可行性考慮，構(gòu)造煤、構(gòu)造復(fù)雜、水動(dòng)力活動(dòng)強(qiáng)的地區(qū)

5、不利于地面鉆采的實(shí)施。綜上考慮，決定實(shí)施井下抽采還是地面鉆采的根本在于：資源量、煤儲(chǔ)層的滲透性、煤體結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)條件和煤儲(chǔ)層的解吸能力。(1)資源量。一定的資源量是進(jìn)行煤層氣開采的基礎(chǔ)。而一定的含氣量、煤層厚度、資源豐度是一定資源量的保證。(2)滲透性。煤儲(chǔ)層的滲流能力是煤層中氣體導(dǎo)流能力的反映，它關(guān)系到甲烷氣體在煤中的賦存狀態(tài)和開采抽放的難易程度。煤層氣存在于煤的雙孔隙系統(tǒng)中，煤的雙孔隙系統(tǒng)為基質(zhì)孔隙和裂縫孔隙?；|(zhì)孔隙由孔隙大小來反映，是煤層氣運(yùn)移的通道;裂縫孔隙又稱為割理，其不僅是儲(chǔ)氣空間，同時(shí)它又可使基質(zhì)孔隙連通，增強(qiáng)儲(chǔ)層的滲透性。煤層滲透率與煤的變質(zhì)程度、煤巖組分和煤的灰分有密切關(guān)

6、系。中等變質(zhì)的肥煤和焦煤，其滲透率最高低變質(zhì)的褐煤、長焰煤和氣煤孔隙度大，滲透率次之;中、高變質(zhì)的瘦煤至無煙煤滲透率最低。煤中惰質(zhì)組含量越高、灰分越低，其滲透率越高。(3)解吸能力。解吸能力的大小將直接影響煤層氣的開采難易程度及采收率。飽和度越大，煤層氣的運(yùn)移潛勢就越大，煤層氣的排采潛勢就越高。根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究表明，煤層氣的吸附一解吸過程可近似看成可逆過程，因此，吸附時(shí)間越長，對煤層氣的解吸越不利。煤層氣是靠降壓解吸的，臨/儲(chǔ)壓力比越高，越不利于煤層氣的解吸。(4)煤體結(jié)構(gòu)。煤的堅(jiān)固性系數(shù)和煤的破壞類型是煤體結(jié)構(gòu)的綜合反映。(5)地質(zhì)條件。水動(dòng)力活動(dòng)頻繁的地區(qū)，利于煤層氣的運(yùn)移和擴(kuò)散，不利于煤層氣

7、的保存，也不利于煤層氣的排水降壓;構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域，將不利于煤層氣進(jìn)行地面鉆采。綜上所述，得出煤層氣開采模式的事故樹模型，如圖1。3 煤層氣開采模式評判體系煤層氣開采模式評判方法就是在對其影響因素的隸屬度規(guī)劃基礎(chǔ)上，通過專家確定的各影響因素的權(quán)重，利用模糊變換原理結(jié)合矩陣運(yùn)算，從而確定各個(gè)影響因素的分值，從而劃分出不同等級，最后確定出煤層氣開采模式。具體方法如下：采取何種煤層氣開采模式的影響因素集可歸納為：U=資源量，滲透性，解吸能力，煤體結(jié)構(gòu)，地質(zhì)條件=u1，u2，u3，u4，u5為了將評價(jià)結(jié)果定量化.將最后結(jié)果分為5個(gè)等級，即評價(jià)集為：V=好，較好，一般，較差，差=v1，v2，v3，v4，v5決定開采模式的因素集中的任一指標(biāo)，屬于好與壞的程度構(gòu)成一個(gè)模糊集合，其隸屬函數(shù)取值于0，1區(qū)間。根據(jù)隸屬度的大小，劃分為5個(gè)等級：權(quán)重確定：在綜合決策中，指標(biāo)因素的權(quán)重處于非常重要的地位，它反映了各個(gè)指標(biāo)因素在綜合決策過程中所起的作用，直接影響到綜合決策的結(jié)果。本文根據(jù)專家評分方法結(jié)合統(tǒng)計(jì)原則，建立了各因素之間的權(quán)重分配。將權(quán)系數(shù)矩陣記為：M=(m1，m2，m3，mm4);它們之和為1。然后應(yīng)用模糊矩陣的復(fù)合運(yùn)算，得到開采模式的模糊綜合評判矩陣為：對B進(jìn)行歸一化處理，評語是屬模糊性的，為了比較方便，對評語進(jìn)行量化處理。本文采用百分制進(jìn)行量化，定量評