煤层气开采模式探讨

煤层气开采模式探讨煤层气开采模式探讨 2002 年国家煤矿安全监察局制定了 先抽后采 以风定产 监测监控 的煤矿瓦斯防治方针 强化了瓦斯抽采在治理瓦斯灾 害中的地位 但目前的井下瓦斯抽采远远不能满足瓦斯治理的 要求 地面钻采 煤层瓦斯日益提上日程 如何将 地面钻采 井下抽采 有机结合 则是摆在我们面前的难题 本文在分析了 两种开采模式差异基础上 利用 系统工程事故树分析法 多层 模糊数学综合评价法 最后提出了不同类型矿井的煤层气开采 模式 1 两种开采模式的异同两种开采模式的异同 1 1 开采机理的差异 1 井下煤层气抽采机理 所谓井下煤层气抽采就是借助煤 炭开采工作面和巷道 通过煤矿井下抽采 采动区抽采 废弃 矿井抽采等方法来开采煤层气资源 井下煤层气抽采机理是 当煤层采动以后 破坏了原岩石力学平衡 造成了煤层的卸压 由于瓦斯气体 90 以上以物理吸附状态存在于煤层中 为了继 续保持平衡 煤层中的瓦斯涌出 通过人工改造使其成为密闭 系统 从而持续维持卸压区域 这样 煤层瓦斯将源源不断被 抽出 由此可见 使井下煤层气得以抽采的 2 个基本条件是 在小范围内有足够的煤层气资源及使煤层瓦斯得以释放的煤层 透气性大小 2 地面钻采煤层气机理 地面钻采煤层气就是利用垂直井 或定向井技术来开采原始储层中的煤层气资源 地面钻采煤层 气的机理是 当储层压力降低到临界解吸压力以下时 甲烷气 体从煤基质微孔隙内表面解吸出来 由于瓦斯浓度差异而发生 扩散到煤的裂隙系统 最后以达西流形式流到井筒 解吸是煤 层气进行地面钻采的前提 降压是解吸的前提 由此可见 地 面钻采煤层气能否发生的根本在于煤层气是否能降压解吸 1 2 实施方法的不同 井下煤层气抽采主要是通过钻孔方式钻进几百米到上千米 利用抽放泵对井下煤层气进行采收 资源量和透气性是其发生 基础 地面钻采煤层气是通过排水降压使煤层气解吸并采出 其实施方式主要是打垂直井或定向井 并在井下煤储层下制造 口袋 利用抽水泵抽取煤储层中的水使煤储层压力降低到临界 解吸压力以下产出 1 3 两种开采模式的相同点 不管井下煤层气抽采还是地面煤层气钻采 其投入资金量 大 投资风险高 技术要求高 效益回报周期长 这是其共性 同时 不管是由于采煤引起煤储层的卸压还是地面钻探实施的 排水降压 都是破坏了煤储层的力学平衡 为了建立新的平衡 从而使以物理吸附状态存在于煤储层的煤层气释放出来 2 影响开采模式的因素影响开采模式的因素 煤层气开采是否具有商业价值 取决于产气率大小 是否 具有竞争力的市场价格和规模性的产量 因此 无论采取井下 抽采还是地面钻采工艺 都需要有一定的气含量做基础 井下 抽采煤层气在开采煤层气过程中由于无采取任何增产措施 这 样 它的开采对煤储层本身的渗透性 百米钻孔的资源量和煤 储层的解吸能力密切相关 而地面钻采煤层气从目前的经济 技术的可行性考虑 构造煤 构造复杂 水动力活动强的地区 不利于地面钻采的实施 综上考虑 决定实施井下抽采还是地 面钻采的根本在于 资源量 煤储层的渗透性 煤体结构 水 文地质条件和煤储层的解吸能力 1 资源量 一定的资源量是进行煤层气开采的基础 而一 定的含气量 煤层厚度 资源丰度是一定资源量的保证 2 渗透性 煤储层的渗流能力是煤层中气体导流能力的反 映 它关系到甲烷气体在煤中的赋存状态和开采抽放的难易程 度 煤层气存在于煤的双孔隙系统中 煤的双孔隙系统为基质 孔隙和裂缝孔隙 基质孔隙由孔隙大小来反映 是煤层气运移 的通道 裂缝孔隙又称为割理 其不仅是储气空间 同时它又 可使基质孔隙连通 增强储层的渗透性 煤层渗透率与煤的变 质程度 煤岩组分和煤的灰分有密切关系 中等变质的肥煤和 焦煤 其渗透率最高低变质的褐煤 长焰煤和气煤孔隙度大 渗透率次之 中 高变质的瘦煤至无烟煤渗透率最低 煤中惰 质组含量越高 灰分越低 其渗透率越高 3 解吸能力 解吸能力的大小将直接影响煤层气的开采难 易程度及采收率 饱和度越大 煤层气的运移潜势就越大 煤 层气的排采潜势就越高 根据实验研究表明 煤层气的吸附一 解吸过程可近似看成可逆过程 因此 吸附时间越长 对煤层 气的解吸越不利 煤层气是靠降压解吸的 临 储压力比越高 越不利于煤层气的解吸 4 煤体结构 煤的坚固性系数和煤的破坏类型是煤体结构 的综合反映 5 地质条件 水动力活动频繁的地区 利于煤层气的运移 和扩散 不利于煤层气的保存 也不利于煤层气的排水降压 构造复杂区域 将不利于煤层气进行地面钻采 综上所述 得出煤层气开采模式的事故树模型 如图 1 3 煤层气开采模式评判体系煤层气开采模式评判体系 煤层气开采模式评判方法就是在对其影响因素的隶属度规 划基础上 通过专家确定的各影响因素的权重 利用模糊变换 原理结合矩阵运算 从而确定各个影响因素的分值 从而划分 出不同等级 最后确定出煤层气开采模式 具体方法如下 采取何种煤层气开采模式的影响因素集可归纳为 u 资源量 渗透性 解吸能力 煤体结构 地质条件 u1 u2 u3 u4 u5 为了将评价结果定量化 将最后结果分为 5 个等级 即评 价集为 v 好 较好 一般 较差 差 v1 v2 v3 v4 v5 决定开采模式的因素集中的任一指标 属于好与坏的程度 构成一个模糊集合 其隶属函数取值于 0 1 区间 根据隶属度 的大小 划分为 5 个等级 设第 i 个因素的单因素评价为 ri ril rim 它是 u 的 模糊子集 对于一个区域来说 其开采模式的各指标在不同地 区有所不同 设在不同地区共测 n 次 根据统计原则 确定某 一指标在 uik u 中各等级中隶属度的次数 m 从而确定 rik m n 以此建立了开采模式的单因素综合评判矩阵 即 权重确定 在综合决策中 指标因素的权重处于非常重要 的地位 它反映了各个指标因素在综合决策过程中所起的作用 直接影响到综合决策的结果 本文根据专家评分方法结合统计 原则 建立了各因素之间的权重分配 将权系数矩阵记为 m m1 m2 m3 mm4 它们之和为 1 然后应用模糊矩阵的复合运算 得到开采模式的模糊综合 评判矩阵为 对 b 进行归一化处理 评语是属模糊性的 为了比较方便 对评语进行量化处理 本文采用百分制进行量化 定量评价等