更全的杂志信息网

松藻矿区采动稳定区煤层气地面井抽采试验及应用效果

更新时间:2009-03-28

煤层气(煤层瓦斯)是一种优质能源,其燃烧热值是普通煤气的2倍,而所产生的污染仅为煤炭的1/800,其探勘、开发和利用技术的研究历来受到世界各国的重视[1]。煤矿生产在我国形成了数以千万计的采动稳定区,由于回采率的制约,约有50%的煤炭残留于煤矿井下(包括可采煤层和不可采煤层),保存着大量煤层气[2-3]。充分开发利用采动稳定区煤层气资源在保障煤矿安全生产的同时,能够有效缓解我国的能源短缺问题。“十一五”以来,国家出台了一系列政策[4-6],鼓励对煤层气资源的勘探、开发。

重庆松藻矿区是我国西南最大的无烟煤生产基地和重庆市动力煤的主要生产基地。矿区地质构造复杂、灾害种类较多,属薄煤层群(含煤6~14层,煤层总厚度6.04 m)、低透气性(原始透气性系数5.71×10-3~3.19×10-2 m2/(MPa2·d))、矿区煤层气储量丰富(-200 m水平以上煤层气总储量374亿m3),是我国松软低透复杂地质条件煤矿区的典型代表[7-9]。近50年的开采历史使得矿区内存在大量老采空区(采动稳定区),为了验证及完善采动稳定区煤层气资源评估、地面井优化设计和安全抽采等成套技术的适用性,同时探索合理的采动稳定区地面井施工工艺,在松藻矿区石壕煤矿进行了采动稳定区煤层气地面井抽采试验。

1 试验点煤层气资源评估

1.1 煤层气资源评估基本原则

煤层气地质评估主要取决于煤层气资源基础与形成条件,传统煤层气资源量评估技术在选区评估方面形成了一系列评估原则与指标,结合采动稳定区煤层气储层特点[10-11],稳定区煤层气资源量评价选区原则主要包括以下几点:

教育部印发的《教育信息化十年发展规划(2011—2020年)》中提及要“立足国情建设在线开放课程和公共服务平台,加强课程建设与公共服务平台运行监管,推动信息技术与教育教学深度融合”。这些战略目标明确提出要建立终身学习网络和服务平台。

1)竖向上,以煤层开采卸压高度为计算单位,多煤层开采且卸压范围交叉重叠的煤层组可以合并为一个计算单元。

2.2.1 经济意义检验 根据模型统计结果可知,在假定其他变量不变的情况下[10],国内生产总值每增长1亿元,平均来说国家财政教育支出将增长0.055 899亿元;年末人口每增长1万人,平均来说国家财政教育支出将减少1.369 629亿元;居民教育消费价格指数每上涨1个百分点,平均来说财政教育支出将增加45.099 64亿元;教育支出占总支出的比例每增长1%,平均来说教育财政将增加28 220.38亿元;人均教育消费支出每增加1元,平均来说财政教育支出将增加10.002 87亿元.

第1节分析了云计算中信任面临的问题及挑战,对本文提出的SLA-Trust模型进行了概述;第2节对现阶段云计算中信任计算的相关研究进行了概述;第3节对SLA-Trust模型进行了设计与实现;最后对本文进行了总结,并对未来的研究热点进行了展望。

据报道,耐热的抗真菌B.subtilis壳聚糖酶(csnv26)已在Escherichia coli中实现异源分泌表达[23],对编码壳聚糖酶的基因csnv26进行扩增并克隆到载体pBAD中,并在Escherichia coli top10中表达。通过对重组蛋白的SDS-PAGE和酶谱分析,结果显示重组蛋白分子量大小约为27 kDa。重组菌所分泌的蛋白产量高达6.2 g/L。

4)切实掌握煤层实际开采情况,明确哪里是采空区哪里是由于断层构造、煤质问题及技术条件等原因遗留的实体煤区。

3)多煤层开采时,注意各开采煤层卸压范围的交叉重叠,避免重复计算。

1.2 试验点对应工作面概况

经过实地勘察,地面试验井对应于石壕煤矿井下的N1714工作面及N1815工作面采动稳定区。

1.2.1 N1714工作面概况

N1714工作面走向长度约420 m,倾向长度约260 m,开采7#煤层,煤岩平均倾角6°,对应地面标高+735 m,工作面平均标高+395 m。南翼留有100 m北一石门保安煤柱,西邻N1712工作面采空区,东邻N1716工作面采空区,北邻N1725工作面采空区。

该工作面自1990年开始回采,于1992年回采结束,局部区域由于地质断层密集等原因未开采,工作面回采率为90%,采区回采率为83%。

2)试验点估算最大可抽采煤层气量约164.81万m3,地面井实际抽采气甲烷体积分数约为30%,持续运行230 d累计采出气量49.7万m3,拟合的长期最大抽采气总量可达94万m3,实际采出气量约占计算可采气量的30%。

N1815工作面对应地表平均标高为+735 m,工作面平均标高为+390 m。工作面西邻1813工作面采空区,东以北胶带上山保安煤柱为界,北部为实体未采煤,南部为实体未采煤。工作面走向长度为120 m,倾向长度为730 m,开采8#煤层,煤层位于煤系中部,煤层平均厚度2.6 m,属中厚煤层,上距长兴含水层约40 m,下距茅口灰岩30 m。开采煤层倾角3°~5°,原始瓦斯含量14.7 m3/t,煤体密度1.5 t/m3,工业煤炭储量约41万t。

该工作面自1998年开始回采,于2000年回采结束,参考邻近同时期工作面,工作面回采率为95%,采区回采率为85%。

1.3 煤层气资源量评估

由于目标矿区开采时间久远,井下资料收集困难,故选用分源加法评估模型完成煤层气资源量评估;矿区为多煤层开采,使用煤层群多煤层开采条件煤层气资源量评估模型[12]

 

(1)

式中:M1(j)为第j层开采煤层采场内遗留煤炭总量,t;q1(j)为第j层开采煤层采场内遗煤残存煤层气含量,m3/t;Rfa(j)为第j层开采煤层吸附气量采收率,%;nj为第j层开采煤层采动稳定区内煤层气体积分数,%;Vj为第j层开采煤层采动稳定区孔隙体积,m3Rfg(j)为第j层开采煤层采动稳定区孔隙内游离气量采收率,%;ηi,j为第j层开采煤层的第i邻近层煤层气排放率,%;M0(i,j)为第j层开采煤层的第i邻近层原始煤炭总量,t;q0(i,j)为第j层开采煤层的第i邻近层原始煤层气含量,m3/t;qc(i,j)为第j层开采煤层的第i邻近层残存煤层气含量,m3/t;Rfa(i,j)为第j层开采煤层的第i邻近煤层吸附气量采收率,%;Qre为因邻近煤层卸压范围重叠引起的煤层气资源重复计算量,m3,具体计算分析详见文献[13]附录;Rfre为重复计算的煤层气资源量采收率,%。

1.3.1 煤层气资源估算区域划定

根据评估基本原则,结合矿区井下工作面部署,地面井抽采影响范围对应N1714工作面采空区、N1815工作面采空区、N1716工作面采空区、N1813工作面采空区、N1811工作面采空区和N1812工作面采空区。

1.3.2 试验点煤层气资源量

1)各工作面采空区内遗留煤炭总量。由于煤层薄化等原因,7#煤层及8#煤层的工作面仅局部回采,估算试验点对应井下各工作面采空区内的遗留煤炭约为29.05万t。

2)各工作面卸压煤炭总量。试验点开采煤层为近水平煤层,其卸压角为105°,根据各工作面顶底板围岩层的赋存特征及岩性参数,估算工作面卸压煤炭约为144.95万t(扣除重叠煤量)。

3)采动稳定区内遗煤残存煤层气含量。抽采试验点对应的工作面开采时间较早,其采动稳定区内未进行埋管抽放,且未采用顺层钻孔预抽措施,内部遗煤煤层气含量较高,结合邻近层抽采煤层气排放率经验曲线,取开采煤层及邻近煤层的排放率及残存煤层气含量见表1。

 

表1 遗煤排放率及残存煤层气含量

  

邻近煤层原始含气量/(m3·t-1)排放率/%残存煤层气量/(m3·t-1)残存可解吸煤层气量/(m3·t-1)M5煤线10.43704.922.366-1煤线10.43804.131.576-2煤线10.43903.350.796-3煤层10.43903.350.797-1煤线10.97902.410.957#煤层10.97902.410.958#煤层14.70903.471.25煤线14.70804.722.509#煤层14.70804.722.50

4)采动稳定区内煤层气体积分数。参考采空区密闭埋管抽采煤层气数据[13],采动稳定区内煤层气体积分数取40%。

5)采动稳定区内孔隙体积。利用相关公式[14],估算采动稳定区内岩层的孔隙体积为321.29万m3

6)可抽采资源储量。采动稳定区废弃气体压力约0.04 MPa,则游离气量采收率为62%,各邻近煤层吸附气量采收率约为70%。将各参数代入式(1),计算最大可抽采煤层气资源量约164.81万m3

化工装置连续生产的特点,因此,上下班生产交接是个重要环节,交接不清会给安全生产埋下隐患,导致“放炮”。为此,无论严冬酷暑、风霜雪雨,只要当班,董松江都要提前15分钟到岗,接班前先仔细了解设备运行以及生产状况,常年不辍。

2 地面井试验方案及施工

2.1 地面井施工设计

2.1.1 钻进工艺

通过单位根检验后还需进行协整检验,其目的是检验解释变量和被解释变量之间是否存在长期均衡关系,且进行协整检验的前提为数据必须同阶单整。由表3可知所有变量均通过单位根检验,即变量为零阶单整,可以进行协整检验协整检验,结果见表4。在5%的显著性水平下,解释变量与被解释变量通过Pedroni检验和Kao检验,表明商业银行企业价值与人力资本之间存在长期稳定的相关关系。

为减少钻进工程对煤层气储层裂隙的影响,采动稳定区地面井应优先选用空气钻进工艺,尤其是生产井段,如果现场条件不具备,可考虑清水快速钻进工艺。

2)横向上,以单一开采煤层底部或多个开采煤层中部埋深作为边界划分计算单元。多煤层开采时,由于各煤层回采区域在垂向上彼此交叉,导致以某一开采煤层为基准进行煤层气资源量评估时,很可能会出现邻近煤层的围岩卸压范围比基准煤层更大的问题。需要在基准煤层卸压区域的基础上进行评估目标区域的适当延展,延展范围以邻近开采煤层与基准层直接交叉重叠的采场卸压围岩范围为准。可根据实际情况进一步划分出次一级计算单元,划分原则以地质边界或人为技术边界为依据,例如构造线、井田或采区边界、预测区边界、水平标高线、煤层开采工艺变化线或煤厚突变线等。

2.1.2 井型结构

1)一开井身使用Φ311.50 mm的钻头无芯钻进到距离表土层下方10 m处,下入J55级Φ244.48 mm×10.03 mm表层套管,使用42.5#硅酸盐高强水泥全段封固井壁环空,直至井口返出纯水泥浆。

2)二开井身使用Φ215.90 mm钻头钻进至开采煤层顶板裂隙带上方,止深在地下200 m,下入J55级Φ177.80 mm×9.19 mm石油套管,套管高出地表0.50 m,使用42.5#硅酸盐高强水泥全段封固井壁环空,直至井口返出纯水泥浆。

3)三开井身使用Φ149.20 mm钻头钻进至275 m,下入长80 m的J55级Φ139.70 mm×7.72 mm筛管,自然放置。

地面井施工结构设计见图1。

实施东北振兴战略以来,大连尽管取得了重要的阶段性成果,在东北的辐射带动作用不断提升,但与上海、深圳等先进地区相比,大连的引领辐射带动作用还有相当大的差距,与新时代新要求发展还不完全适应,制约大连率先全面振兴和长远发展的一些深层次问题尚未得到根本解决,短板仍然存在,主要表现在以下五个方面。

  

图1 地面井施工结构示意图

2.2 地面抽采系统设计

2.2.1 地面抽采管道系统

现在的整容手术已经很成熟了,基本上只要保障在正规医院做手术,术后的效果都能达到预期的效果,那么术后美不美、自不自然,基本取决于医生的审美,因为在整容者不能清晰描述自己的需求的时候,是需要医生来做设计和判定的,比如鼻子做多高,多少度的角度最合适,根据整容者的实际情况制定出一个最优的方案。那么,在高密度的手术方案面前,医生如何做到人人都美呢?医生的审美标准就是我们最熟悉的“三庭五眼”“黄金分割”等审美标准,在每一位整容者的脸上根据标准设计最优方案。

1)地面煤层气抽采管路管径。地面煤层气抽采管的管径按单井平均混合流量25 m3/min进行计算,最终地面抽采管路选用Φ219 mm×8 mm型的无缝钢管。

我们认为,在无人驾驶时代,应当确定无人驾驶汽车的自动驾驶系统的制造商或供应商为交通肇事罪的责任主体,由法人单位承担责任。虽然一般而言,自动驾驶的相关系统或软件是由具体的自然人或自然人组合完成的成果,如自动驾驶系统中的软件、算法、语言识别、决断系统都是由具体的自然人或自然人组合研制出来的,有时可能单个的功能没有问题,但多功能组合在一起的软件可能会产生制造或设计者预想不到的后果。但如果将责任归属于具体的自然人,一是认定成本比较大;二是这种成果归属本来就是法人成果,自然人承担责任有失公平。

2.2.2 地面抽采安全监控系统

为时刻掌握采出的煤层气浓度,防止井下遗煤自然发火,抽采试验监测参数包括:甲烷浓度、氧气浓度、抽采负压、抽采流量、抽采气体成分等。监控系统设备包括:GD4型瓦斯抽放多参数传感器、氧气传感器、U型压差计和光干涉甲烷测定仪。其中GD4型瓦斯抽放多参数传感器、氧气传感器用于日常自动监控系统监测相关参数,U型压差计和光干涉甲烷测定仪用于监控系统出现故障时的人工测量管道煤层气流量和浓度。

吴耕却是浑浑噩噩地立着,只知来到万花谷,一时欢喜,又为自己听不见说不出而着急,双眼里又急又惧。黑衣人走上前,伸出手掌贴在他丹田上,运力替他烘干衣服,收手搭在吴耕的手腕间探看他的脉息,也不由得微微叹气,右手戟指急点,厥阴指、少阳指、少明指、商阳指、太阴指、阳明指诸式兔起骰落,又挥手将在一边探头探脑的鲲招过来。

2.3 地面井施工

[1] 贾承造.煤层气资源储量评估方法[M].北京:石油工业出版社,2007.

由于钻机机型偏小、钻杆强度偏低,钻进过程中随着地应力逐渐增大,且破碎带岩层岩性变化剧烈,地面井井斜随钻进深度增加逐渐增大,至238 m埋深处水平偏斜位移已达6.55 m,在下放三开筛管段时,阻塞感明显,为避免三开段垮孔,使用钻机将筛管段顶至预设层位。

3 地面井抽采数据分析

地面井抽采系统于2014年9月18日正常抽采运行,平均日运行22 h,持续运行230 d后,因抽采量较小及运行成本等原因停止试验,累计抽采煤层气纯量约49.7万m3。地面井部分运行数据见表2,连续运行数据变化曲线见图2。通过拟合长期抽采流量趋势线,预计地面井连续运行600 d后抽采流量会逐渐降低至0,极限抽采煤层气总量约94万m3

 

表2 地面井部分运行数据

  

日 期瓦斯浓度/%混合流量/(m3·min-1)瓦斯纯流量/(m3·min-1)负压/kPa2014-11-01295.241.5196462014-11-02325.421.7344442014-11-03365.361.9296452014-11-04325.371.7184412014-11-05285.311.4868442014-11-06325.201.6640452014-11-07285.301.4840442014-11-08315.231.6213442014-11-09305.421.6260442014-11-10325.571.7824442014-11-11325.041.6128432014-11-12305.511.653043

  

图2 地面井抽采运行数据变化曲线

分析表2及图2可知,地面井正常运行期间,煤层气抽采数据基本稳定,采出气甲烷体积分数约为30%,混合气流量约5 m3/min,抽采负压约45 kPa。地面井运行期间使用钻孔成像仪对井筒内部进行探视,未发现井筒发生变形。地面井持续运行7个月数据未发生大幅度变化,说明井内煤层气抽采通道畅通,但抽采流量偏低,抽采负压较大,分析认为这是由于地面井井斜控制较差,终孔位置偏离标靶严重,导致有效出气通径减小,影响采气效果;同期试验的另一口地面井全程使用清水钻进工艺施工,在钻进至覆岩采动裂隙带后卡钻、掉钻事故频发[15],严重影响钻进速度及完井质量,后期抽采发现井壁围岩内裂隙被泥浆完全封堵,井筒内积水严重,无法产气。表明影响采动稳定区地面井抽采效果的关键问题,不是地面井筒的变形破坏,而是布井位置选择、钻井设备与工艺的选择、钻完井质量控制等因素,应该尽量减少对采动裂隙通道的污染,在钻越采动裂隙带时清水钻进工艺宜谨慎使用。

Synonymy and antonymy could also play an important role in cohesion.However,synonymy and antonymy would be more flexible,for example,“asleep”and“wake”can be a pair of synonymy and antonymy.

试验期间由于煤矿矸石山电力故障及井场设备检修等原因停抽4次,停抽间隔1~7 d不等,停抽后重新抽采时采出气浓度和流量等参数均有明显下降,且下降幅度与停抽时间长短成正比,然后逐渐升高恢复正常水平,表明采动稳定区地面井运行状态对抽采效果影响较大。

4 结论

1)结合采动稳定区煤层气储层特点,提出了稳定区煤层气资源量评价选区的基本原则,应该在竖向及横向上明确评估计算单元,多煤层开采条件时需要考虑开采卸压范围的交叉重叠问题,为稳定区煤层气资源量评估技术的应用提供基本依据。

2)地面煤层气抽采设备。进行采动稳定区煤层气抽采的主要设备包括:水环真空泵、水封泄爆器、防回火器、气水分离器、放空器、循环水箱、循环水泵和分流管路系统等。

1.2.2 N1815工作面概况

3)采动稳定区煤层气分源加法评估模型的评估结果受浓度等关键参数取值影响显著,实际运用中应该利用现场抽采数据对评估参数及时修正以校准资源量评估结果。

4)影响采动稳定区地面井抽采效果的关键问题不是地面井筒的变形破坏,而是布井位置选择、钻井设备与工艺选择、钻完井质量控制等因素,清水钻进工艺在钻越采动裂隙带时宜谨慎使用。

参考文献

试验点为沟谷地貌,毗邻民居,道路交通不便,大型设备无法进场,使用HTYM500小型潜孔锤钻机,全程采用空气钻进技术完成钻井工程。

[2] 于不凡.煤矿瓦斯灾害防治及利用技术手册[M].北京:煤炭工业出版社,2000.

[3] 张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术[M].北京:煤炭工业出版社,2001.

这是人类历史上第一株可以无限复制的“永生细胞”。不到24小时,海拉细胞就会自我复制一次,并且可以无限进行。

[4] 中华人民共和国国务院.国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年) [R].2006.

[5] 国务院办公厅.能源发展战略行动计划(2014—2020年)[R].2014.

[6] 国家能源局.煤层气开发利用“十三五”规划[R].2016.

[7] 黄昌文,杨良智.松藻矿区瓦斯抽采的现状和发展方向[J].矿业安全与环保,2009,36(4):69-72.

[8] 刘宁宁,崔刚,马国强.松藻矿区复杂条件与煤层气抽采协调的开采技术体系[J].煤炭技术,2015,34(10):31-34.

[9] 吕东亮,郝会安,廉洁.石壕煤矿工作面综合防治水技术应用[J].能源与环保,2017,39(3):113-117.

[10] 郑得文.煤层气资源储量评估方法与理论研究[D].杭州:浙江大学,2007.

1.5.3 土壤微生物数量测定土壤3大微生物数量测定采用平板稀释计数法,细菌数量测定采用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基,真菌数量测定采用马丁-孟加拉红培养基,放线菌数量测定采用改良高氏一号培养基,微生物数量计算参照文献[21]的方法。

[11] 李日富,赵国栋.采动影响稳定区煤层气储层空间计算方法[J].矿业安全与环保,2013,40(2):8-11.

[12] 李日富,文光才.采动影响稳定区煤层气资源量分源叠加评估模型[J].煤炭科学技术,2015,43(10):116-121.

[13] 李日富.采动影响稳定区煤层气储层及资源量评估技术的研究与应用[D].重庆:重庆大学,2014.

[14] 孙海涛.成庄煤矿采空区煤层气地面井抽采试验[J].矿业安全与环保,2014,41(1):1-3.

[15] 钟沛,李彦明,郭志军.松藻煤矿采动稳定区瓦斯地面抽采井施工工艺[J].煤矿安全,2015,46(7):155-158.

 
李日富
《矿业安全与环保》 2018年第02期
《矿业安全与环保》2018年第02期文献

服务严谨可靠 7×14小时在线支持 支持宝特邀商家 不满意退款

本站非杂志社官网,上千家国家级期刊、省级期刊、北大核心、南大核心、专业的职称论文发表网站。
职称论文发表、杂志论文发表、期刊征稿、期刊投稿,论文发表指导正规机构。是您首选最可靠,最快速的期刊论文发表网站。
免责声明:本网站部分资源、信息来源于网络,完全免费共享,仅供学习和研究使用,版权和著作权归原作者所有
如有不愿意被转载的情况,请通知我们删除已转载的信息 粤ICP备2023046998号