煤层气压裂开采技术

煤层气压裂开采技术（通用10篇）

煤层气压裂开采技术 篇1

煤层气是吸附于煤层中的一种自生自储式的非常规气藏, 其开发利用不仅可直接获取经济效益, 而且对煤矿减灾、保护大气环境和改善能源消费结构都具有重要意义。美国是世界上页岩气工业起步最早、发展最快、年产量最大的国家。20世纪70年代末期, 美国页岩气年产约19.6×108m3, 预计到2035年, 美国页岩气产量将占美国天然气总产量的45%。与此同时, 我国煤层气资源丰富, 新一轮资源评价表明埋深2000以上的煤层气地质资源量为36.81×1012亿m3, 超过了天然气的地质资源量 (35×1012m3) , 居世界第三位, 开发利用前景广阔。针对我国煤层气具有低压、低渗透、低饱和非均质性强等特点, 要使煤层气开发达到工业开采, 必须进行增产措施, 因此, 有必要对国内外煤层气井增产的新技术进行分析研究。

1 煤层气压裂目的及意义

(1) 压裂消除了井筒附近储层在钻井、固井、完井过程中造成的伤害。

(2) 压裂使井孔与煤储层的裂隙系统更有效的联通。

(3) 压裂可加速脱水, 加大气体解析率, 增加产量。

(4) 压裂可更广泛地分配井孔附近的压降, 降低煤粉产量。

2 煤层气压裂机理

利用地面高压泵组, 将高粘度压裂液在大排量条件下注入井中, 在井底憋起高压;当此压力大于井壁附近的地应力和地层岩石抗张强度时, 在井底附近地层产生裂缝;继续注入带有支撑剂的携砂液, 裂缝向前延伸并填以支撑剂, 关井后裂缝闭合在支撑剂上, 从而在井底附近地层内形成具有一定几何尺寸和导流能力的填砂裂缝, 沟通煤层裂隙, 最后通过煤层气排水-降压-解吸的过程, 达到正常排气的目的。

3 煤层气压裂技术

3.1 液态CO2压裂技术

在油气层压裂改造过程中将液态CO2作为介质实施增产措施, 除形成裂缝外, CO2还能大幅度降低原油粘度, 增加溶解气的能量, 达到增产的目的。在压裂过程中, 将液态CO2注入地层, 压裂结束后在地层温度下C O2快速气化, 溶混于原油中, 能大幅度降低原油粘度, 增加溶解气驱的能量。液态C O2压裂技术的优点是对储层伤害最小。适用水敏性储层、含原油较稠的储层、低压储层、易伤害储层。

3.2 二级加砂压裂工艺

二次加砂压裂就是在压裂中, 把设计的总砂量, 分成两批加入, 先将第一批砂量加入地层, 停泵一段时间, 让裂缝闭合, 然后重新开泵加入剩余砂量。在加砂量达到一定数量后, 人为地将施工砂比提高到发生砂堵的极限, 然后停砂继续注前置液造缝再加砂, 当砂量达到一定数量后, 再将施工砂比人为地提高到发生砂堵的极限上。按此工艺可以进行多级加砂, 有利于更多地沟通天然割理缝系, 加砂量应适应于具体的压裂层。适用于煤层孔隙疏松, 压裂液易滤失的煤层。

3.3 清水压裂技术

清水压裂是用清水做携砂液的一种水力压裂, 是目前压裂领域的尖端技术之一, 也是国内外不断深人研究的一个热门课题。其优点在于成本低、节省人力物力、污染小、性能稳定、压后返排好、整体效果好。但清水压裂也存在着自身运载能力不足, 容易出现砂堵事故等弊端, 因此, 要使煤层气水力压裂达到增产的效果, 就必须在煤层气储层内形成具有强导流能力的水力裂缝网络, 并最大化的增加储层的改造体积。

3.4 高能气体压裂技术

高能气体压裂技术是利用固态、液态火药或推进剂在油层目的层快速燃烧产生的大量高温高压气体, 对地层脉冲加载压裂, 使地层产生并形成多裂缝体系, 同时产生较强的脉冲震荡作用作用地层基质, 综合改善和提高地层渗透导流能力, 扩大有效采油 (气) 范围, 以达到提高产量的目的。其优点是能在地层产生不受地应力约束的多裂缝体系, 有利于沟通天然裂缝, 扩大泄流面积, 同时产生较强的脉冲震荡传播作用有利于改变地层岩性基质微错动变化, 沟通基质通道, 延伸地层深处, 提高了地层渗透性, 提高了油气井产量。高能气体压裂的优点是减小对煤储层造成水敏性污染, 且裂缝的延伸方向不受地应力控制、可形成多裂缝体系, 成本低, 不伤害煤层。

4 煤层气压裂效果影响因素

4.1 煤粉的影响

由于煤层的疏松易碎性, 在压裂作业时会由于煤层的破裂和压裂液的冲刷产生煤粉。煤粉极易聚集起来堵塞裂缝的端部, 改变裂缝方向, 使压裂施工压力增高。但是, 在压裂中生成煤粉不可避免。目前的方法是在压裂液中加入化学药, 使煤粉悬浮在压裂液中。

4.2 压裂液的影响

由于压裂液滤饼不一定能沿整个裂缝壁面形成, 割理较容易被压裂流堵塞, 割理堵塞造成的煤层渗透率伤害较砂岩地层严重。若煤层薄, 割理孔隙度低而渗透率高, 压裂液在煤层中侵入会更深, 伤害的潜力将比预想的严重。另外, 煤层是一个具有很强吸附能力的介质。煤层吸附液体的后果之一是造成煤层基质的膨胀, 且因煤对液体的吸附和所引起的基质膨胀完全不可逆。因此煤与液体化学剂接触会对煤层渗透率及割理孔隙度造成严重的伤害。此外, 煤层是一个低温、低压储层, 这给交联压裂液的破胶和返排带来极大困难, 在煤层裂缝中有大量的压裂液残渣, 这极大地影响了增产效果。

4.3 压实性的影响

煤层在压裂过程中易产生裂缝, 但支撑剂的嵌入, 在裂缝的壁面附近形成了一个应力集中区。它的存在大幅度降低了裂缝附近煤层的渗透率。尽管通过压裂可以在煤层中形成较高渗流能力的裂缝通道, 但在煤层基质与裂缝的之间通道受到阻碍。目前已经通过实验使用高能气体压裂技术, 在煤层中瞬时产生高压, 通过气体的推进形成裂缝, 这种裂缝可以避免水力压裂的压实作用。

综上所述, 煤层类型多, 储层物性差异大, 需根据煤层气的特点, 借鉴、吸收国外先进研究成果和丰富经验, 研究适合中国煤层气特点的压裂注入工艺及其配套技术, 同时在施工中要注意与常规地层的差异, 在不断积累的经验中进一步完善压裂技术在煤层气开发中的应用, 从而指导煤层气高效开发。

缓倾斜煤层开采技术研究 篇2

关键词:缓倾斜煤层 高档普采 带式回采膏体充填 放顶煤开采

中图分类号:TD325文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)02(b)-0111-02

我国煤炭储量大,且储存多样化,按照煤层倾角可分为急倾角、缓倾角、近水平煤层,其中煤层倾角在8～25°为缓倾角煤层,在我国,大多数煤层都为缓倾角煤层。根据煤层厚度划分,我国的煤层可分为薄煤层、中厚煤层、厚煤层。其中,薄煤层厚度少于1.3m,厚煤层厚度在1.3～8m之间,特厚煤层的厚度在8m以上。由于缓倾斜煤层开采条件比较好,我国的缓倾角煤层开采方面取得了很大的成绩。

1 不同厚度缓倾斜煤层的开采技术

1.1 缓倾角薄煤层开采工艺

缓倾斜薄煤层目前的开采方法主要有薄煤层高档普采、薄煤层综采、刨煤机开采等。

薄煤层高档普采采煤工艺工作面如图1所示,装备有MLQ-100但滚筒采煤机进行割煤,采煤机双向割煤,往返一次进两刀,之后进行临时支柱和清扫浮煤,工作面上下端头分别有八根钢梁支架支护,前后错距0.6m,工作面运输平巷和回风平巷用锚杆支护,回风平巷超前支护用带帽点柱,柱距1.0m。综合机械化采煤技术,需要搞好“三机”配套,要根据煤层厚度、倾角、顶底板岩性、煤层埋藏范围及深度、层间距离、煤层数目、煤层构造、含瓦斯量、煤层硬度、煤层自燃倾向、含水量、煤尘爆炸危险等来确定采煤机械的选型和参数确定。刨煤机采煤技术是针对薄煤层开采的新技术,目前在我国还没有得到广泛应用。刨煤机的工作机理是,刨头在无极圆环链即刨链的牵引下,在输送机中部槽上的导轨上运行,刨刀将煤壁刨落,并在刨头犁形斜面的作用下装入输送机,运出工作面。该工艺采用端头斜切进刀,往返刨煤方式刨煤,工作面输送机达到平直状态,克服了传统采煤机设备在回采工艺上的局限性。

1.2 缓倾角厚煤层开采工艺

针对缓倾角厚煤层的存储特点,目前使用比较多的是带式回采膏体充填技术。该技术的主要工艺是:利用综掘机快速掘进,先利用架棚支护或锚网加钢带、锚索支护回采顶分层,充填体作为下分层的顶板,边回撤边充填,由线成面,直至顶分层完全回采完毕,转入下一个分层,其回采率可达到95%以上。该开采工艺顶板安全管理优于采面,并且可进行二次充填,具有很好的安全可靠性。该技术在巷道布置和通风系统的布置方面,把整个采取作为一个工作面。工作面的巷道沿煤层走向施工,通风切眼沿煤层的倾向施工;在回采硐支护形式上,架棚支护时,采用工字钢加工的矩形钢棚,锚网支护时,顶板采用金属锚杆配合钢带和强力锚索支护;在运输系统方面,采用综掘机装载系统,综掘机后安装皮带并由皮带运输至主井煤仓;在充填方法上,稳定底层只需从巷道的最低一端开始,若地质条件复杂,如图4所示,A、B两条回采硐, A条带硐充填从1区开始到3区结束,B条采硐施工一条C硐和A硐贯通,从C硐充填A硐2区;在充填材料的选择上,可以根据地理条件来选择,选择当地的河砂、胶结料、水、矿渣等。采用该技术,利用了综掘机掘进速度快的特点,回采率比较高,利润空间比较大,同时,地表不宜下沉,有效保护地表建筑物、河流铁路等,并充分利用矿渣等,延长了矿井的服务年限。

1.3 缓倾角特厚煤层开采工艺

放顶煤开采新技术在经济效益上有着巨大的优势,使采煤方法产生了根本性的变革。特别是对缓倾角特厚煤层有着非常好的开采效果。放顶煤开采技术主要是提高放顶煤的开采的资源采出率技术,它包括放顶煤开采设计,放顶煤支架选型,放顶煤工艺参数确定,放顶煤初采与收尾方法,区段平巷布置及煤柱尺寸确定,沿空掘巷和沿空留巷技术等。

放顶煤工作面的布置方式有以下几種:一次采全厚的放顶煤是沿煤层底板布置一个2～3m采高的工作面,其余的顶煤一次在支架尾部放出;预采顶分层放顶煤是首先沿煤层顶板布置一个2～3m采高的顶分层长壁工作面回采,并铺设金属网作为下部放顶煤工作面掩护层,而后沿煤层顶板再布置一个2～3m采高的工作面,其余的中层顶煤在底板工作面支架尾部放出;多分层放顶煤是将特厚煤层在分成几个10～12m厚的分层,每个分层是一个采底放顶的放顶煤工作面,如此由上而下下行式将每个分层用放顶煤采完。

2 结语

我国煤炭资源分布广阔,在已探明的矿区中,有70%以上的矿区为缓倾斜煤层,储量非常丰富。但我国目前缓倾斜煤层开采技术已很成熟。本文分析了缓倾斜煤层中薄、厚、特厚煤层的开采技术,上述缓倾斜煤层各种开采方法的应用,为相似条件下薄煤层开采工艺的选择提供了一定的依据,各矿区可根据经济及地质等具体情况加以借鉴,这对我国煤炭资源的可持续发展具有重要指导意义。

参考文献

[1]孙家恺,柴佳美,霍丙杰.缓倾斜薄煤层的开采[J].矿业快报,2008(11):29～33.

[2]王效义,王和,李贻久,等.缓倾斜厚煤层绿色开采的探索[J].科技创新,2010:37～38.

[3]李志伟,席京德.缓倾斜特厚煤层综采放顶煤技术[J].煤矿开采,1999(2):10～13.

[4]李建平,杜长龙,张永忠.我国薄与极薄煤层开采设备的现状与发展现状[J].煤炭科学技术,2005,33(6):65～67.

[5]陆军生.缓倾斜薄煤层沿空留巷开采[J].煤矿支护,2005(3):24～26.

[6]张洪坡,祁洪晓.缓倾斜难采薄煤层开采浅析[J].山东煤炭科技,1999(3):53～55.

煤层气压裂开采技术 篇3

开发利用煤层气对于调整我们能源结构, 保护大气, 改善煤矿开发安全条件, 从根本上解决煤矿瓦斯安全问题, 都起着至关重要的作用。煤层气开发是一个排水降压的过程, 由于煤层的低渗透特点, 决定了需要进行水力压裂激化才能有效的分配井孔附近的压降, 加速脱水增加产能, 本文针对潞安集团五阳矿开发的六口重点探井的地质资料, 压裂施工材料、工艺以及施工程序、效果进行分析和总结, 希望能给今后的大规模开发提供有益的帮助。

1 地质概况及煤储层性质

1.1 地质概况

此六口探井位于山西省襄垣县侯堡镇境内, 沁水复向斜东翼构造, 为山西潞安集团五阳矿预备采掘区。主要含煤层为石炭系二叠系的山西组的3#煤层, 该矿属于低瓦斯矿井, 但随着开采深度的增加, 瓦斯含量呈现增高的趋势, 部分地点瓦斯含量达到了10m3/t (南-21钻孔瓦斯含量达到14.43m3/t) .

该区煤层气保存条件较好。一是具有围岩的封闭性, 3#煤层底板为泻湖沼泽相的菱铁质结核的泥岩, 有时相变为粉砂岩, 一般厚10m;直接顶板多为含菱铁质结核的泥岩、粉砂岩, 厚度变化较大, 一般在3m左右。3#煤层顶底板泥岩及粉砂岩比较致密坚硬, 透气性差, 渗透率为0~0.263´10-3md, 煤层气难以向外逸散, 而得以保存富集于煤层中。二是具有构造的封闭性, 区内地质构造简单, 断层稀少, 地层平缓且连续完整, 这种简单构造环境有利于煤层气的储集保存。三是具有有利的水文地质条件, 该区水文地质条件比较简单, 含水层发育, 且处于地下水的滞流区。

1.2 煤储层特性

区内3#煤层位于山西组, 煤质为腐植型无烟煤, 煤岩成份以亮煤和暗煤为主, 其次为镜煤。3#煤层平均甲烷含量为7.12m3/t, 最大为17.47m3/t。煤层渗透性直接影响着煤层气的产出速率和煤层气井的产气历程。据实验结果, 该区块煤样的渗透率为0.0262~9.82´10-3md

2 压裂施工入井材料分析

2.1 压裂液体系

在五阳矿的六口井施工过程中, 区别对待使用了不同的压裂液体系, 且多为复合液体, 具体在六口井的施工中液体采用这样的组合方式:

活性水, 用于WY04井;

活性水+胍胶+HRS解堵剂+破胶水, 用于WY01、WY02、WY03、WY06井;

活性水+土酸+缓蚀剂+HRS解堵剂+破胶水, 用于WY05井。

2.2 支撑剂

在WY01、WY03、WY06井的施工中, 除了使用了煤层气井压裂施工中常用的0.15-0.425, 0, 425-0.85, 0.85-1.25mm粒径的石英砂外, 还使用了1.25-2.00mm粒径的石英砂, 在国内压裂中尚属首例。

2.3 压裂施工工艺

煤层和普通油气藏的储层特点有较大的区别, 砂岩主要具有空隙结构, 孔隙度一般在10%左右;煤岩具有天然的多裂缝体系, 煤岩孔隙度只有2%左右, 孔隙连通性非常差, 基本不具气水渗流能力。煤层水力加砂压裂主要任务是压开和支撑更多的裂缝, 使煤层中的裂缝达到有效的连通, 为压力的传导和气水的流动提供通道, 达到甲烷从煤岩体上顺利解吸和产出。

在五阳矿的压裂过程中, 为提高裂缝长度、宽度, 改善煤层渗流能力, 采用的施工工艺如下:

(1) 由于劈理、割理的存在, 使其垂向和水平的滤失性增强, 导致压裂液造缝能力降低, 因此, 施工以大排量、大液量为主。

备注:A-活性水;B-胍胶;C-HRS解堵剂;D-破胶水;E-土酸

(2) 为了更好的实现胍胶破胶, 改变以往仅在压裂液注入过程中伴注破胶剂的方式, 采用压前注入, 压裂中伴注, 压裂后顶替破胶水, 施工完成后再低排量注入HRS解堵剂的四重破胶方式。确保破胶充分。

(3) 支撑剂尝试大粒径的应用, 并尽可能地提高铺砂浓度。

(4) WY05井裸眼煤层气井的尝试开发, 并运用土酸解堵, 恢复和提高近井储层的渗透率。

3 煤岩的裂缝启裂与展布特征

裂缝的岩石结构特征和力学特征决定了裂缝发育和展布特征。煤层杨氏模量低, 裂缝宽度大而缝长短;由于煤岩裂缝割理发育, 出现多裂缝和裂缝曲折, 降低有效缝长;由于煤岩抗压 (/张) 强度低, 支撑剂嵌入严重, 裂缝导流能力伤害严重。

煤岩实验结果证实裂缝性岩石的裂缝扩展方向受水平应力和天然裂缝双重作业, 低围压时, 煤岩的天然割理多在开启状况, 有很强的渗流能力, 裂缝会沿天然裂缝方向发展;高围压时, 煤岩天然割理多处于关闭状态, 水力裂缝的发展向垂直于最小主应力方向接近。

4 裂缝监测

在本项目中, 有2口井进行裂缝监测, 检测结果见表2。需要说明的是微地震法在裂缝方位测量方面准确度较高, 测量出的裂缝长度有一定的参考价值, 而测量出的裂缝高度误差较大。相对而言, 井温测试方法得出的裂缝高度准确性要高。

5 压裂施工和压后排采生产情况

本项目6口井的压裂施工全部一次施工完成, 并完成加砂率100%;四口井尝试运用1.25-2.0mm大粒径石英砂支撑剂, 一口井运用土酸解堵;四口井运用HRS解堵剂压裂完成。

6 结论与认识

(1) 通过对区块内地质构造, 目的煤层的孔隙度、渗透率、裂缝发育情况、地层温度、地层压力综合研究, 为制定本地区煤层气井压裂方案提供了理论基础。

(2) 现场施工了6口井, 全部一次完成施工, 加砂率全部达100%, 施工情况较为理想。

(3) 通过对煤储层的矿物组成、煤样物性、煤储层敏感性和压裂、排采效果进行分析, 确定了适合本地区煤层气井压裂入井材料。压裂液选取活性水压裂液;支撑剂选取兰州石英砂;助排剂选取ZY-09;粘土稳定剂选取氯化钾;杀菌剂选取YT-1。

(4) 通过优化压裂设计、压裂施工工艺, 确定了最佳施工方案和施工参数。压裂液注入量在600m3左右;加入支撑剂450~900μm石英砂40m3, 850~1200μm石英砂5m3, 部分井加大支撑剂加入量。对地层裂缝发育的地层, 在前置液中加入5m3左右的150~300μm石英砂;平均混砂比确定为10%左右;施工排量确定为7~8m3/min。

(5) 给出了一些压裂施工现场的操作原则及经验总结, 为今后工作提供了指导。

摘要：压裂是煤层气开发、增产的一项主要措施, 结合近期山西潞安集团五阳矿开发的六口重要探井的地质情况、煤储层性质, 压裂施工入井液体和支撑剂、施工工艺技术的研究和裂缝监测情况, 分析施工方案, 评价压裂效果, 为今后该区块的大规模开发提供指导性建议。

关键词：压裂,地质,胍胶压裂液,HRS解堵剂,大粒径石英砂,破胶,裂缝监测,效果评价

参考文献

[1]四旭飞, 张文平.五阳煤矿3#煤层瓦斯含量多元回归分析问题探讨, 2009[1]四旭飞, 张文平.五阳煤矿3#煤层瓦斯含量多元回归分析问题探讨, 2009

复杂型急倾斜煤层的开采技术研究 篇4

关键词：复杂型急倾斜煤层；伪倾斜斜坡短壁采煤法；技术参数；管理措施

中图分类号：TD823.21 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）26-0169-01

1 工程概况

井田范围内褶曲与断层极为发育，矿体整体呈一背斜状态，倾角向南东倾伏。南方某煤矿主采煤层平均埋深在430 m，煤层倾角在46～60 °，平均为49 °，为急倾斜煤层。主采煤层厚度在0.9～2.2 m，均厚为1.6 m，煤质坚硬。回采工作斜长为85 m，倾角在50 °以上。矿井原采煤方法为斜坡中深孔爆破采煤法，但随着开采水平的延伸，煤矿开采地质条件愈加复杂，顶板易垮落，工作面推进过程中遇小断层与错动层频率较高，使得原设计采煤方法中在实际开采中问题频出，亟待进行开采工艺的调整。

2 复杂型急倾斜煤层的开采技术

2.1 伪倾斜斜坡短壁采煤法

伪倾斜斜坡短壁采煤法是在斜坡采煤工艺基础上改进得到的采煤技术，通常是指在急倾斜煤层中依据一定的垂直高度，通过成组的伪倾斜巷道（即回采斜坡），将煤层划分成若干条斜形开采带；在留有一定厚度顶煤的基础上，通过爆破法对煤炭资源逐层地进行回采，落煤由倾斜的巷道直接自溜到运输巷煤仓中，从而实现采区内煤炭的无动力输送，构成较简便的采煤工艺。

2.2 开采技术参数

此种采煤方法需要顺槽的数量较多。同时，由于工作面开采采用短壁开采方式，爆破落煤中要求制定适宜的爆破技术，包括炮眼打设、装药等放炮工艺。鉴于矿井井下工作人员普遍不高，原有爆破工艺技术已经较为成熟，为节省矿井成本，决定沿用先前生产习惯与技术参数。伪倾斜斜坡短壁采煤法有其自身的特点与技术要求，施行过程中必须注重各个环节的技术参数。伪倾斜开顺槽方式为：首先工作面主斜坡仍然沿着煤层方向布设，主斜坡倾角控制在24～25 °，主斜坡边界需与工作面边界重合；沿着主斜坡方向，每间隔一定距离（25～30 m）挖掘分斜坡，分斜坡挖掘角度应控制在26 °以上，依次挖掘分斜坡直至工作面边界；煤层开采顺勋应遵循自上而下的原则，从上往下依次开采各分斜坡工作面。工作面回采过程中，为保证开采的连续性，两个工作面往往同时进行回采。

伪倾斜斜坡短壁采煤法中落煤采用放炮形式，要求多打炮眼、少装药，尽可能避免放炮过程中对顶板的扰动，保证工作面在回采过程中顶板与围岩最大程度的完整性和稳定性。在开采同一位置中，应尽可能缩减倾斜面斜长（纵切面方向）。煤体在斜坡中的力矩可用下式计算：

M=GL纵·sinα

其中：M为力矩；G为煤体所受重力，G=mg；L纵为斜坡上某一采点的斜长。

分析上式可知，L纵反映铅锤方向与沿层面的破坏程度，其值越小越有利于顶板的稳定，降低顶板沿倾斜方向冒落情况的发生率。在施行伪倾斜斜坡短壁采煤法中，为减少顶板冒落矸石溜入工作面，工作面支护需额外注意，在原有支护设备基础上进行改进，以适应新采煤方法的变化。

2.2 工作面落煤及支护

①工作面落煤主要采用爆破方式进行，其落煤效果与爆破参数的设定有着直接的关系。设定爆破参数主要考虑两方面的因素，即落煤效果与顶板稳定性，参数制定需在二者之间取得最佳值。在伪倾斜开采过程中，炮眼的水平角度应控制在10°左右，尽量使爆破的最小抵抗线介于两点柱之间；同样保证尽可能多打炮眼，装药量要少，降低爆破对顶板及围岩的扰动，避免崩坏支护点柱。炮眼的垂直角度应控制在3～5 °范围之内，定眼不穿过顶板；底角炮眼角度要小于5～15 °。爆破形式最好采用毫秒延期雷管进行引爆，也可结合矿井实际条件进行调整。

②为提高煤层开采过程中的安全性与可操作性，需调整原有的顶板管理方案。由于急倾斜煤层工作面开采中应力集中主要出现在铅锤方向以及沿层面的方面，因此可选择戴帽点柱的方式进行支护，点柱底部要进行削尖处理；同时，为了减少控顶距离，应合理分配点柱的间排距，原则上控制在800×800 mm。顶板条件恶劣地段进行加强支护，增加点柱支设密度，选用多柱或者丛柱进行支护。工作面采用“单密控顶，双密切顶”方式进行管理，偏帮区域需采用贴帮支护与刹帮方式进行处理，综合采用多种方式，确保工作面顶板及围岩的稳定性。

2.3 技术安全管理措施

除了对原开采工艺进行改造优化，还需对技术管理措施进行相应的调整。技术管理制定的方针要以煤矿安全规程作为主要参考依据，尽可能提高循环作业的效率，实施平行作业方式。以工作面平行作业为前提，合理安排各工序的时间与衔接，在确保本职工作的基础上，实现各环节之间的有效协作，确保整个开采循环过程的顺利完成。除此之外，还要设立完善的质量监督机制，保证每班都安排有质量检查人员，确保工作面支护与开采的正常进行。

3 工艺施行效果分析

矿井采用伪倾斜斜坡短壁采煤法之后，工作面煤炭资源开采中并未出现顶板漏矸等安全事故，减少了原采煤方法中的丢煤、压煤和挂煤问题，避免了采区孤岛煤柱等资源浪费情况的出现，最大程度地提高了矿井资源回收率；同时，煤矿制定了较为完善的技术安全管理措施，通过严密的劳动组织来实现工作面的正常循环。

工作面辅助支护搓成采用点柱以及木板背帮，控制工作面顶底板以及上煤帮煤体的稳定性。在斜坡短壁采煤法中，采空区管理方式采用分区管理，工作面开采过后留下的采空区面积较小，有利于采空区顶板的管理，降低了采空区支护材料消耗量；并且此种方式改善了原有爆破采煤压煤、挂煤等问题，避免了工人在支护不良采空区耙煤操作，提高了工作面开采的安全性。

4 结 语

斜坡采煤法是由倾斜煤层中的小阶段爆破采煤法以及分层放顶采煤法相互结合而逐渐形成的。这种方法对于多褶曲与多断层复杂构造地层中的不稳定、多变化煤层的开采有着极好的适应性，特别是在急倾斜煤层、鸡窝状煤层等复杂开采煤层，无法使用机械长壁采煤法和支架掩护采煤法的条件下均可获得良好的应用。正是由于其对复杂地质环境优良的适应性，使得其在我国南方诸多复杂煤田的开采中得到了广泛的使用。在实际应用中，需根据矿井地质条件以及煤矿现有设备的情况，相应地调整开采技术参数，确保矿井安全，提高煤炭回收率。

参考文献：

[1] 刘栋.不稳定煤层的爆破采煤[J].煤炭技术，2008，（7）.

[2] 林绍华，刘永胜，徐颖，等.复杂型急倾斜煤层的开采技术[J].煤炭技术，2008，（11）.

煤层气压裂开采技术 篇5

长期以来, 我国煤矿煤与瓦斯突出、冲击地压和顶板事故等煤岩动力灾害事故频发, 损失严重, 给采掘工作带来了很大的困难和危险[1]。通过预抽煤层内瓦斯可以有效地防治动力灾害的发生[2], 但是预抽煤层瓦斯, 消除突出煤层, 降低煤层的瓦斯含量和压力及减少采掘作业的瓦斯涌出量, 抽采效果的好坏, 主要取决于煤层的透气性。因此, 要保证良好的抽采效果, 必须提高煤层的透气性, 目前煤层增透的技术主要有高压水射流割缝、爆破增透和水力压裂等措施[3,4,5]。

结合松树矿的实际情况, 研究水力压裂技术进行煤层增透效果, 以及对瓦斯抽采效率的影响, 为以后松树矿提高煤层瓦斯抽采效率提供新的途径。

1 矿井概况

松树矿+206 m西二采区经煤炭科学总院抚顺分院鉴定为突出危险区, 煤层瓦斯压力1.65～3.98 MPa, 煤层瓦斯含量8.17～11.31 m3/t, 煤层透气性系数0.030～0.037 m3/ (MPa·d) 。煤层透气性系数低于规定的<0.1 m3/ (MPa·d) 的参数, 属于较难抽放煤层。

现场实验在+206 m水平掘进工作面进行, 该掘进工作面位于西侧, 东起U8火成岩墙, 西至松树矿矿界, 北起+210 m煤层底板等高线, 南至+296.1～+297.1 m标高采空区, 平均走向长为390 m, 平均倾斜长为370 m。该掘进区域地质构造比较复杂, 呈单斜构造, 由于该区域没有巷道控制, 所有资料都借鉴地质报告, 由Ⅶ、Ⅷ勘探线剖面控制区内东侧有r断层, r断层为正断层, 走向为75°左右, 倾向NW, 落差在8～12 m之间, 预计对采区的掘进会造成一定的影响。

2 现场实验

2.1 钻孔施工及压裂工艺

2010年12月9日, 首先在+206 m西1号钻场布置了3个高压注水考察孔, 1号孔和2号孔终孔间距为15 m, 2号孔和3号孔终孔间距为10 m, 孔深为:1号孔54 m、2号孔52.5 m、3号孔85.9 m, 终孔位置均在Ⅰ层煤顶板以上0.5 m处, 封孔、注浆封孔长度20 m, 封孔材料为徐州博安科技发展有限责任公司研发生产的PD材料注浆, 并对3个孔抽放管加设孔板流量计, 每天进行指标参数测量。

于2011年1月28日开始压裂, 实验选用3ZSB-135/17型高压注水泵, 在2号孔进行了350 min的注水, 注水压力最高达到12.5 MPa, 注水量0.15 m3/min。29日又选用了BPW8013105型的高压注水泵, 对2号钻孔继续注水, 由于该注水泵功率大, 开机仅注水20 min压力就达到了27.5 MPa, 注水量达到0.36 m3/min, 提高了2.4倍。经过注水210 min, 注水量12.6 m3后, 巷道30 m范围内开始出水, 又注水240 min, 注水量14.4 m3后, 巷道40 m范围内开始出水, 压力由27.5 MPa降为10.5 MPa, 共计用了450 min的注水;30日对1号孔进行注水, 经过470 min的注水后, 1号孔由开始的27 MPa降至8.5 MPa;31日3号孔注水165 min开始卸压降至8 MPa。

2.2 瓦斯抽采效率结果分析

钻孔封孔完成后, 立即对钻孔抽放参数进行测试, 经过6 d考察瓦斯浓度最高为8.5%, 纯瓦斯流量为0.017 m3/min。

压裂完成后, 立即对3个抽放孔对接抽放管路, 进行瓦斯抽采, 经过连续多天的观察, 压裂前后的瓦斯抽采的各项参数有了明显的变化, 测试结果如图1～3所示。

由图1～3可以看出, 进行水力压裂前后抽采瓦斯浓度以及纯瓦斯流量有显著变化, 其中1号钻孔压裂后瓦斯抽放浓度逐渐升高, 在14日、15日左右达到最大值, 其中瓦斯浓度提高了7倍以上, 抽放量提高了6倍以上;2号钻孔压裂后瓦斯浓度同样逐渐升高, 抽放进行一段时间后抽放瓦斯浓度与纯瓦斯流量逐渐回落;3号钻孔压裂后抽采瓦斯浓度与纯瓦斯流量出现波动, 压裂完成后抽采瓦斯浓度与纯瓦斯流量迅速升高, 在2月2日达到极大值, 之后逐渐降低, 2月7日抽采瓦斯浓度与纯瓦斯流量又迅速升高, 在2月8日再次出现极大值, 其后抽采瓦斯浓度与纯瓦斯流量降低, 但是抽采瓦斯浓度与纯瓦斯流量逐步升高。

在压裂前后抽采浓度和抽采时间均有明显提高, 压裂前抽放浓度最高为8.5%, 持续3～5 d后衰减至1%～2%之间, 压裂后抽采15 d后抽采浓度依然保持在20%以上, 1号钻孔甚至接近80%。

通过上述测试结果可以看出, 水力压裂前后瓦斯抽采效率显著提高, 水力压裂技术通过高压水沿煤层内胶结较弱的表面将煤体压开, 使得煤层内部裂隙增多, 为瓦斯运移提供了通道, 提高了煤层的透气性系数, 改善了煤层透气性, 提高了瓦斯抽采效率, 并且经过一段时间抽放后突出煤层达到了消突的效果, 为以后的安全高效生产提供了保障。

3 结论

通过这次水力压裂增透技术后, 大幅度提高了煤层透气性和煤层瓦斯抽采效果, 降低了瓦斯含量和压力, 改变了瓦斯在煤体的应力分布, 为掘进和采煤工作时, 减少了瓦斯的涌出量和采掘过程中煤尘量的产生, 改善了井下作业环境, 保证了采掘工作的安全生产和良性循环。同时, 也为今后的瓦斯抽放和消突工作积累了宝贵的经验。

摘要：结合松树矿现场实际情况, 详细介绍了水力压裂工艺, 并对水力压裂技术提高瓦斯抽采效率进行了研究。研究表明:水力压裂技术可以显著提高瓦斯抽采效率, 并且可以有效地延长瓦斯抽采时间, 对突出煤层起到了很好的消突效果, 也为今后的瓦斯抽放积累了宝贵的经验。

关键词：水力压裂,瓦斯抽采,透气性系数

参考文献

[1]俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1992

[2]周世宁, 林柏泉.煤层瓦斯赋存与流动理论[M].北京:煤炭工业出版社, 1999

[3]张其智, 林柏泉, 孟凡伟, 等.高压水射流割缝对煤体扰动影响规律研究及应用[J].煤炭科学技术, 2011, 39 (10) :49-52

[4]李忠辉, 宋晓艳, 王恩元.石门揭煤静态爆破致裂煤层增透可行性研究[J].采矿与安全工程学报, 2011, 28 (1) :86-89

煤层气压裂开采技术 篇6

煤层气俗称“瓦斯”, 其主要成分是CH4 (甲烷) , 与煤炭伴生、以吸附状态储存于煤层内的非常规天然气, 热值是通用煤的2~5倍, 主要成分为甲烷。1立方米纯煤层气的热值相当于1.13kg汽油、1.21kg标准煤, 其热值与天然气相当, 可以与天然气混输混用, 而且燃烧后很洁净, 几乎不产生任何废气, 是上好的工业、化工、发电和居民生活燃料。煤层气空气浓度达到5%-16%时, 遇明火就会爆炸, 这是煤矿瓦斯爆炸事故的根源。煤层气直接排放到大气中, 其温室效应约为二氧化碳的21倍, 对生态环境破坏性极强。在采煤之前如果先开采煤层气, 煤矿瓦斯爆炸率将降低70%到85%。煤层气的开发利用具有一举多得的功效:提高瓦斯事故防范水平, 具有安全效应;有效减排温室气体, 产生良好的环保效应;作为一种高效、洁净能源, 商业化能产生巨大的经济效益。

2 我国煤层气资源情况

我国煤层气资源丰富, 居世界第三位。据煤层气资源评价, 我国煤层气地质资源量约36万亿立方米, 可采资源量约10万亿立方米。

2006年, 中国将煤层气开发列入了“十一五”能源发展规划, 并制定了具体的实施措施, 煤层气产业化发展迎来了利好的发展契机。2007年以来, 政府又相继出台了打破专营权、税收优惠、财政补贴等多项扶持政策, 鼓励煤层气的开发利用, 我国煤层气产业发展迅速, 产业化雏形渐显。

2007年, 全国瓦斯抽采47.35亿立方米, 利用14.46亿立方米。其中井下煤矿瓦斯抽采量44亿立方米, 完成规划目标的127%。形成地面煤层气产能10亿立方米, 是2006年的2倍。地面煤层气产量3.3亿立方米, 比2006年增加1倍多。2005~2007年, 全国共钻井约1700口, 占历年累计钻井总数的85%。

3 我国煤层气抽采技术

3.1 采前地面垂直井抽放方法。

若地面井在采前10年就开始生产, 采用此法煤层气的抽出率可达50%~70%, 抽出率高又不影响生产, 是很值得推广的一种抽取方法。

3.2 采空区井。

此法一般是在开采前从地面打井到煤层上方3~15m左右, 当采煤工作面向钻孔推进时, 煤层卸压而产生裂隙, 由此造成围岩碎裂形成采空区, 煤层和周围地层中的瓦斯通过裂隙进入采空区。在初始阶段, 采空区可以抽出近乎纯甲烷的气体, 通过严格的管理和监测, 采空区井也可以长期生产高浓度甲烷气体。采空区井抽放在我国的淮南、铁法等矿区都有试验, 并且取得了很好的效果。

3.3 水平钻孔是在井下沿煤巷或岩巷进行钻孔并抽放瓦斯, 其抽放效率一般较低 (10%~18%) 。

这种方式工程量小, 成本低, 但预抽时间不允许太长, 是目前我国使用的主流技术之一, 在部分矿区取得了良好的应用效果。

3.4 水平长钻孔。与水平钻孔相似, 水平长钻

孔也是在井下用定向钻井技术向未开采煤层打的长度超过1000m的钻孔。水平长钻孔可以回收近乎纯甲烷的气体, 抽放率可达50%以上。目前在亚美大宁煤矿有成功的应用, 抽出率和浓度都大于65%。

3.5 井下穿层钻孔。

井下穿层钻孔可以用来抽放煤层及上下围岩中的煤层气。穿层钻孔的抽放率约20%。这种方式工程量大, 成本高, 适用于煤层特别松软, 顺煤层钻孔施工困难的条件。

4 我国煤层气 (煤矿瓦斯) 利用现状

我国煤层气 (煤矿瓦斯) 利用进展缓慢。2005年, 全国利用量约10亿立方米。煤矿瓦斯利用主要集中在抽采量高的国有重点矿区。地面钻井抽采利用, 主要集中在山西沁水枣园井组、辽宁阜新刘家井组、晋城潘庄、山西沁南潘河项目等, 采取管汇车运输销售, 供周边地区使用。目前, 煤层气主要用于民用和工业用燃料、发电、汽车燃料、生产炭黑等。其中, 瓦斯发电发展较快, 至2005年底, 全国瓦斯发电装机容量约20万千瓦。

专家预测, 2010年我国燃气缺口将达300亿立方米;2020年将达到1000亿立方米。在中国目前的一次性能源消费结构中, 煤炭约占74.6%, 石油占17.6%, 天然气仅占2%, 远低于23%的世界平均水平。随着终端能源需求逐步向优质高效洁净能源转化, 天然气的需求迅速增长。开发利用煤层气可将燃气在能源消费构成中的比重在2010年提高到10%。

5 城山煤矿概况

城山煤矿立井位于鸡西市城子河区, 距鸡西火车站NE3.5公里。东部与正阳矿相邻。西部与沈煤集团新城煤矿毗连。地理坐标为东经130°33′40″, 北纬45°20′40″。井田东西长10公里, 南北宽3.5公里, 矿区面积37.89平方公里, 开采标高在250米--800米之间。城山立井开采的煤层为晚侏罗世城子河含煤组, 地层总厚度520~600米, 含煤40余层, 其中可采煤层有3A、3B、3C、4、7、8、24、24上、25、29、36A、36B、37、42、43等15层。可采煤层总厚度平均15.6米。矿井开采储量为10894.57Mt, 设计生产能力为240万t/a。实际生产能力233万t/a。

城山矿立井属高瓦斯矿井, 2007年瓦斯绝对涌出量96.35m3/min。瓦斯相对涌出量21.22m3/t。2008年瓦斯绝对涌出量87.41m3/min。瓦斯相对涌出量21.43m3/t。2009年瓦斯绝对涌出量88.78m3/min。瓦斯相对涌出量19.1m3/t。各煤层煤尘爆炸指数在42.37%~60.59%之间, 属于有煤尘爆炸危险的矿井。2002年6月20日发生了震惊中外的瓦斯爆炸事故, 124名干部、员工献出了宝贵的生命。

6 矿井煤层气储存量情况

根据煤层的瓦斯含量计算城山煤矿煤层气储量为20亿立方米, 如果按1立方米纯煤层气的热值相当于1.21kg标准煤来计算, 那么, 20亿立方米的煤层气相当于242万吨的标准煤, 利用好经济效益是非常可观的。

7 城山煤矿煤层气开采技术与应用情况

城山煤矿在开采过程中瓦斯涌出量大, 仅西二采区3#层的俯采采煤工作面瓦斯涌出量高达102m3/min, 煤层渗透率又低, 严重威胁矿井的正常生产。目前城山矿为治理瓦斯, 加大煤层气抽采, 经过多年的研究、探索、实践采用顶板瓦斯巷抽采、采煤工作面上巷仰角钻孔抽采、采煤工作面高位水平钻孔抽采、采煤工作面本煤层抽采、采煤工作面上解放层采空区抽采、采煤工作面上隅角预埋管抽采、掘进工作面边掘边抽抽采、采煤工作面采空区尾后抽采、采煤工作面采前预抽抽、采煤工作面底板钻孔抽采、千米长钻孔抽采、采煤工作面煤层注水预裂、区段顶板瓦斯巷与采煤工作面上解放层联合抽采等十三种抽采技术。

井下抽采瓦斯管路15000余米, 地面设有两座瓦斯抽采泵站, 抽采能力600m3/min, 每天抽采瓦斯大约6.6万立方米, 一座发电站装机容量3000千瓦, 日发电2.25万度。然而瓦斯发电只利用10%, 剩余的排放到大气中, 污染了空气, 增加了温室效应。

8 城山矿煤层气开采技术及煤层气利用未来展望

煤层开采技术及采煤工艺浅析 篇7

井下采煤的顺序。对于倾角10°以上的煤层一般分水平开采, 每一水平又分为若干采区, 先在第一水平依次开采各采区煤层, 采完后再转移至下一水平。开采近水平煤层时, 先将煤层划分为几个盘区, 立井于井田中心到达煤层后, 先采靠近井筒的盘区, 再采较远的盘区。如有两层或两层以上煤层, 先采第一水平最上面煤层, 再自上而下采另外煤层, 采完后向第二水平转移。

一、煤炭开采的主要形式

(一) 井下采煤

按落煤技术方法, 地下采煤有机械落煤、爆破落煤和水力落煤三种, 前二者称为旱采, 后者称为水采, 我国水采矿井仅占1.57%。旱采包括壁式采煤法和柱式采煤法, 以前者为主。壁式采煤法工作面长, 一般100～200 m, 可以容纳功率大, 生产能力高的采煤机械, 因而产量大, 效率高。柱式采煤法工作面短, 一般6～30 m, 由于工作面短, 顶板易维护, 从而减少了支护费用, 主要缺点是回采率低。

(二) 露天采煤

移走煤层上覆的岩石及覆盖物, 使煤敞露地表而进行开采称为露天开采, 其中移去土岩的过程称为剥离, 采出煤炭的过程称为采煤。露天采煤通常将井田划分为若干水平分层, 自上而下逐层开采, 在空间上形成阶梯状。

其主要生产环节:首先用穿孔爆破并用机械将岩煤预先松动破碎, 然后用采掘设备将岩煤由整体中采出, 并装入运输设备, 运往指定地点, 将运输设备中的剥离物按程序排放于堆放场;将煤炭卸在洗煤厂或其他卸矿点。

主要优缺点

优点为生产空间不受限制, 可采用大型机械设备, 矿山规模大, 劳动效率高, 生产成本低, 建设速度快。另外, 资源回采率可达90%以上, 资源利用合理, 而且劳动条件好, 安全有保证, 死亡率比地下采煤要低很多。

主要缺点是占用土地多, 会造成一定的环境污染, 而且生产过程需受地形及气候条件的制约。在资源方面, 对煤赋存条件要求较严, 只宜在埋藏浅, 煤层厚度大的矿区采用。

二、采煤方法与工艺

在发展现代采煤工艺的同时, 继续发展多层次、多样化的采煤工艺, 建立具有中国特色的采煤工艺理论。我国长壁采煤方法已趋成熟, 放顶煤采煤的应用在不断扩展, 应用水平和理论研究的深度和广度都在不断提高, 急倾斜、不稳定、地质构造复杂等难采煤层采煤方法和工艺的研究有很大空间, 主要方向是改善作业条件, 提高单产和机械化水平。

(一) 开采技术

开发煤矿高效集约化生产技术、建设生产高度集中、高可靠性的高产高效矿井开采技术。以 提高工作面单产和生产集中化为核心, 以提高效率和经济效益为目标, 研究开发各种条件下 的高效能、高可靠性的采煤装备和工艺, 简单、高效、可靠的生产系统和开采布置, 生产过 程监控与科学管理等相互配套的成套开采技术, 发展各种矿井煤层条件下的采煤机械化, 进一步改进工艺和装备, 提高应用水平和扩大应用范围, 提高采煤机械化的程度和水平。

(二) 解决难题

开发“浅埋深、硬顶板、硬煤层高产高效现代开采成套技术”, 主要解决以下技术难题。

硬顶板控制技术。研究埋深浅、地压小的硬厚顶板控制技术, 主要通过岩层定向水力 压裂、倾斜深孔爆破等顶板快速处理技术, 使直接顶能随采随冒, 提高顶煤回收率, 且基本顶能按一定步距垮落, 既有利于顶煤破碎, 又保证工作面的安全生产。

硬厚顶煤控制技术。研究开发埋深浅、支承压力小条件硬厚顶煤的快速处理技术, 包括高压注水压裂技术和顶煤深孔预爆破处理技术, 使顶煤体能随采随冒, 提高其回收率。

顶煤冒放性差、块度大的综放开采成套设备配套技术。研制既有利于顶煤破碎和顶板控制, 又有利于放顶煤的新型液压支架, 合理确定后部输送机能力。

两硬条件下放顶煤开采快速推进技术。研究合适的综放开采回采工艺, 优化工序, 缩短放煤时间, 提高工作面的推进度, 实现高产高效。5～5.5m宽煤巷锚杆支护技术, 通过宽煤巷锚杆支护技术的研究开发和应用, 有利于综采配套设备的大功率和重型化, 有助于连续采煤机的应用, 促进工作面的高产高效。

(三) 缓倾斜薄煤层长壁开采

主要研究开发:体积小、功率大、高可靠性的薄煤层采煤机 、刨煤机;研制适合刨煤机综采的液压支架;研究开发薄煤层工作面的总体配套技术和高效开采技术。

(四) 缓倾斜厚煤层一次采全厚大采高长壁综采

应进一步加强完善支架结构及强度, 加强支架防倒、防滑、防止顶梁焊缝开裂和四连杆变形、防止严重损坏千斤顶措施等的研究, 提 高支架的可靠性, 缩小其与中厚煤层 (采高3m左右) 高产高效指标的差距。

(五) 各种综采高产高效综采设备保障系统

要实现高产高效, 就要提高开机率, 对“支架 -围岩”系统、采运设备进行监控。今后研究的重点是:通过电液控制阀组操纵支架和改 善“支架-围岩”系统控制, 进一步完善液压信息、支架位态、顶板状态、支护质量信息的自动采集系统;乳化液泵站及液压系统运行状态的检测诊断;采煤机在线与离线相结合的“油 -磨屑”监测和温度、电信号的监测;带式输送机、刮板输送机全面状态监控。

三、主要的开采技术

(一) 深矿井开采技术

深矿井开采的关键技术是:煤层开采的矿压控制、冲击地压防治、瓦斯和热害治理及深井通风、井巷布置等;需要攻关研究的是:深井围岩状态和应力场及分布状态的特征;深井作业场所工作环境的变化;深井巷道 (特别是软岩巷道) 快速掘进与支护技术与装备;深井冲击地压防治技术与监测监控技术;深矿井高产高效开采有关配套技术;深矿井开采热害治理技术与装备。

(二) “三下”采煤技术

提高数值模拟计算和相似材料模拟等, 深入研究开采上覆岩层运动和地表下陷规律, 研究满足地表、建筑物、地下水资源保护需要的合理的开采系统和优化参数, 发展沉降控制理念和关键技术, 包括用地表废料向垮落法工作面采空区充填的系统;研究与应用各种充填技术和组合充填技术, 村庄房屋加固改造重建技术, 适于村庄保护的开采技术;

研究近水体开采的开采设计, 工艺参数优化和装备, 提出煤炭开采与煤炭城市和谐统一的开采沉陷控制、开采村庄下压煤、土地复垦和矿井水资源化等关键技术。

(三) 优化巷道布置, 减少矸石排放的开采技术

改进、完善现有采煤方法和开采布置, 以实现开采效益最大化为目标, 研究开发煤矿地质条件开采巷道布置及工艺技术评价体系专家系统, 实现开采方法、开采布置与煤层地质条件的最优匹配。

采煤方法和工艺的进步与完善始终是采矿学科发展的主题。采煤工艺的发展将带动煤炭开采各环节的变革, 现代采煤工艺的发展方向是高产、高效、高安全性和高可靠性, 基本途径是使采煤技术与现代高新技术相结合, 研究开发强力、高效、安全、可靠、耐用、智能化的采煤设备和生产监控系统, 改进和完善采煤工艺。

实行全煤巷布置单一煤层开采, 矸石基本不运出地面, 生产系统要简化, 同时实现综采与综掘同步发展, 生产效率大幅提高的经验的同时, 重点研究高产高效矿井, 开拓部署与巷道布置系统的优化, 简化巷道布置, 优化采区及工作面参数, 研究单一煤层集中开拓, 集中准备、集中回采的关键技术, 大幅度降低岩巷掘进率, 多开煤巷, 减少出矸率;研究矸石在井下直接处理、作为充填材料的技术, 既是减少污染的一项有力措施, 又简化了生产系统, 有利于高产高效集中化开采, 应加紧研究。

摘要：采煤方法和工艺的进步与完善始终是采矿学科发展的主题。采煤工艺的发展将带动煤炭开采各环节的变革, 现代采煤工艺的发展方向是高产、高效、高安全性和高可靠性, 基本途径是使采煤技术与现代高新技术相结合, 研究开发强力、高效、安全、可靠、耐用、智能化的采煤设备和生产监控系统, 改进和完善采煤工艺。

关键词：开发技术,煤炭工艺,煤炭

参考文献

[1]蔡宝金.浅谈“三下”采煤技术[J].煤炭技术, 2003 (6) .

急倾斜煤层开采技术及技术创新 篇8

关键词：急倾斜煤层,开采技术,技术创新

煤炭是我国的主要能源, 在相当长的一段时期内, 这种现状不会轻易改变。急倾斜等复杂煤层, 开采难度大, 地质条件复杂。在这种情况下, 提高开采技术, 进行技术创新已经成为急需解决的问题。

1 国内外厚煤层和急倾斜煤层开采技术

1.1 长壁式冒落顶煤采煤法

对于开采倾斜厚煤层和急倾斜煤层, 采用的方法是:沿着煤层的底板掘进, 开拓一个长壁工作面, 煤层采用一次采全厚的方式先采一顶部分层, 通过工作面和后掩护梁下的刮板运输机运送工作面的煤和冒落的顶煤, 铺上柔性金属网, 而后沿着底板再采一分层, 在柔性金属网的掩护下, 将煤放到支架后面的运输机上, 回收柔性金属网下的煤, 从支架后方回收顶部冒落的煤, 此方法可以提高回采率。

1.2 水平房式上行水砂重填机械化采煤法

对于开采倾斜厚煤层和急倾斜煤层, 其方法是:在采区两翼布置重填管道, 中间布置溜煤道。工作面开切眼从采区石门掘进贯通整个采区的水平巷道, 在通风设备安装完成后, 开始向上回采。煤层倾角在35°~40°, 溜煤眼中铺设溜槽;煤层倾角大于40°, 采区煤沿底板自溜的方式。

1.3 掩护支架采煤法

目前, 我国矿井存在很多煤层厚度达到了10m及以上, 并且煤层倾角很大的急倾斜的厚煤层。对于此类煤层存在煤层赋存复杂, 开采深度很大, 运输煤炭较困难, 维护溜煤眼耗费大量的人力物力财力。因此, 可以采用掩护支架采煤法, 改变巷道布置和溜煤眼的维护方法。采用的方法是:在宽度大约在27m的煤带内, 在煤带的边缘开挖2个溜煤眼, 这2个溜煤眼主要用做行人、通风和运料。工作面回采煤壁时, 割下的煤落到工作面上, 而后把工作面上的煤扒到溜煤眼内。采用掩护支架开采, 只需开挖2个溜煤眼, 避免了开挖多个溜煤眼, 节省了工程量和维护费用。

1.4 急倾斜和倾斜厚煤层 (35°~65°) 的综合采煤法

对于厚度较大的急倾斜和倾斜煤层, 采用的方法是:首先开采顶部煤层, 采用走向长壁采煤法, 在工作面推进的同时铺上柔性金属网;其次开采回风水平1.6~1.8厚的煤层, 在推进的同时也铺上柔性金属网。然后在柔性金属网的掩护下, 采用倾斜向下的条带法开采其余的煤炭。

2 急倾斜煤层开采方法优缺点

2.1 掩护支架采煤法

掩护支架采煤法已在全国大部分煤矿应用, 方法较为成熟, 具有较好的经验基础。

掩护支架采煤法具有以下优点:

(1) 在掩护支架下采煤, 掩护支架受力较小, 支架可以多次回收再次使用, 资源利用率较高。

(2) 掩护支架采煤法, 由于先开采了顶分层和回风水平分层, 将工作面角度变缓, 减轻了矿压对煤层的破坏程度, 缓解了支架的损耗, 加快工作面推进速度, 节约费用, 提高经济效益。

(3) 工作面沿走向推进, 能够保持固定方向, 工作面开采条件优良, 与其他方法相比, 减少了大量的溜煤眼和巷道的掘进量, 具有低投入高收益的特点。

同时, 掩护支架采煤法也存在一些缺点:

(1) 工作面较长, 行人、掘进和辅助运输比较困难, 掩护支架的布置和拆装工序复杂, 劳动强度较大。

(2) 现有的掩护支架等设备都是正常采煤条件下设计制造的, 结构固定, 无法调宽, 适应性较差, 要求煤层的赋存条件较高。

(3) 掩护支架采煤法在掩护支架下采煤, 支架把工作面和采空区分隔, 回采过程中产生的矸石无法排除出去。

2.2 长壁式冒落顶煤采煤法

工作面沿伪斜布置, 铺设柔性金属网减少煤矸的下滑速度, 不会出现大面积破碎现象, 改善了工作面的生产条件, 此方法工作面周期来压不明显, 不易于观测, 同时需要铺设大量的金属网和架设较多的支架, 工作量大, 工人操作不够方便;在工作面和顶板冒落之间形成自然充填带;煤层顶板有淋水时, 劳动环境比较差;工作面通风较差, 瓦斯易积聚。

3 急倾斜煤层开采的发展现状

3.1 开采仍以粗放式为主, 浪费资源, 花费巨大

产量是煤炭企业考核的重要指标。在超强度开采过程中, 尤其是急倾斜特殊复杂的煤层开采, 往往煤炭回采率较低, 煤炭浪费量巨大;煤炭储采比很低;机械化程度偏低, 设备老旧, 配套程度差, 造成了资源的浪费。

3.2 支架防护问题较为复杂

对于急倾斜煤层开采, 工作面支架防护十分重要。但是, 在目前发展条件下, 仍存在许多问题。有些工作面只采用人工液压的方式进行支撑, 由于工作面倾斜角度过大, 支架承受较大的压力, 危险性较高。

3.3 在煤层开采时, 存在设备防滑的问题

工作面处于非正常的水平, 容易产生煤层片帮、更严重的产生冒顶现象。在借助伪仰斜进行防滑的过程中, 角度精确性较差, 开采难度大大增加, 工人劳动时间长, 工作强度大, 劳动环境差。

4 急倾斜煤层技术创新的前景及意义

近年来, 我国经济和社会迅速发展, 对煤炭的需求量持续攀升, 由于我国国情和经济产业结构影响, 煤炭依然是最主要的能源, 占有相当大的比重。目前, 我国政策对新能源有了更新更高的定位, 但由于其技术经济试用推广的复杂性, 依然处于初步试验发展阶段, 所以煤炭作为主要能源这一现状不会轻易改变。对于相当部分中厚煤层开采进入后期, 急倾斜等复杂条件下的煤层开采逐渐摆在各个矿区面前。实现急倾斜煤层技术创新, 有利于释放大量滞留的煤炭资源。积极探讨和研发现代采煤工艺和采煤技术, 对其应用和推广, 对于我国的能源可持续发展具有重要意义。

参考文献

[1]田家裕.国外厚煤层和急倾斜煤层开采技术[J].煤炭科学技术, 1981, 05.

[2]谢东海, 等.我国急倾斜煤层开采的现状及发展趋势[J].科技信息 (科学教研) , 2007, 14.

[3]巢建军.急倾斜煤层开采关键技术与应用趋势研究[J].河南科技, 2014, 02.

[4]李超.刍议薄煤层综采技术革新[J].内蒙古煤炭经济, 2016, 12.

煤层气压裂开采技术 篇9

关键词：厚煤层；地表破损；声部矿井开采技术；地表沉降

近几年，我国在煤矿资源开采的技术上也有了一定的提升，通常煤炭资源都是从浅层开始开采，而随着煤矿资源的采出，开采煤层逐渐转向煤层深度较大的煤层。因此，随着开采规模的增大，机械水平与开采技术也需要不断发生改变与提升。就全球的煤矿生产来看，深部开采仍然是现在面临的主要难题。我国东部地区因经济发达，对煤矿资源的需求量较大，因此，矿井延伸的深度就越强，很多煤矿企业的开采已经转向了矿井的深部开采了，最深的矿井已经达到了千米单位的深度，且这些矿井还以每年5-10m的速度在增长。就当前的形式来看，解决深部煤层开采造成的矿压控制问题与冲击矿压等问题，已经成为当前矿业的主要研究方向。

一、针对高潜水位的不迁村厚煤层采煤

对于高潜水位的煤层开采，想要实现不用迁移村庄、减少良田毁坏的目标，关键就是要在开采后达到地表沉降小的目的，一般通过走向长壁全部垮落开采的下沉系数为0.8-0.6范围内，如果开采深度为7m的煤层，一般造成的地表最大沉降为5m。伴随着矿井深部开采技术的提高，对于减小地表沉降可以采用较少煤炭回收条带式开采的方式，使得煤炭资源大量丢失，或者通过充填采空区等方式来减少的沉降至少可以降低到0.3以下。但就这两种方式来说你，煤炭成本加大，且回填物需要更多，因此实施起来效率不高。

一般，煤层上覆岩都是有岩性软硬不同的岩石组成的，为减缓地面沉降的速度，可以采用对离层空间进行连续注浆的方式，使得含有较大压力的注浆液支托上层岩体缓慢下沉，达到减缓沉降的目的。其次，由于注浆之后，地表下沉量会减少，特别容易形成积水，所以应适当进行地表积水疏排工作，通过在最低点建立排水站的方式，以便雨季排水，既解放了土地，又保证村庄的利益。上述的方法，已经能够有效达到减少地表损坏，降低房屋破损，不需要迁移村庄的目的。对于一般建筑物来说，主要会受到拉伸以及压缩两种变形带来的受力，当村庄在煤矿开采区域中，且首先开始开采村庄周围区域时，村庄首先受到的是拉伸力的影响，很可能造成较大的破坏，产生的裂隙也比较大，而继续开采剩下的区域，村庄区域内则会受到压缩的影响，导致裂缝又有一定程度的缩小。因此，可以通过先开采村庄下的区域，由此形成一个压缩区域，再开采周围区域的方式，有效减少二次拉伸破坏，大大降低村庄损坏。

二、当前矿井深部开采存在的难点与解决措施

1、防治开采中产生的冲击矿压。

1.1 造成冲击矿压的原因。

前面提到，煤层本身与顶底板岩石都具有严重的冲击性，这就是产生冲击矿压的主要内部因素。当深度煤层开采深度在650m以下时，原岩层的应力比较大，很容易造成煤层失稳的情况，尤其在应力比较集中的地方，煤层更容易受到破坏，造成冲击矿压。通常冲击矿压的突发点是高应力区域以及压力低层区，比如断层、向斜轴附近以及煤柱边沿附近等等，对于水力采煤与条带式开采过程中所留煤柱而形成的高应力区域，开采面留有护巷煤柱与丢失的煤柱等区域都是很容易造成冲击矿压的区域。其次，对于煤层老顶或者是直接顶是比较坚硬的岩石、砂石的，由于工作面的矿压显现较为明显，当顶板初次来压或者周期来压、亦或者遇到采掘工作面的集中放炮时，势必会造成冲击礦压发生。

1.2 冲击矿压的防治措施。

对于具有冲击性的煤层开采时，通常采用的防治措施包括开采解放层，合理的布置巷道、煤层以及顶板注水等方式。一旦发现危险区域，可以通过解危措施，进行煤层松动爆破、卸载注水、钻孔或者卸载巷道等方式来解决。要达到消除高应力区域的形成，首先就应该通过地应力的测定与地质动力区划，判断异常区域的高应力集中于冲击矿压走向。其次，为环节冲击矿压的强度，可以采用顶板注水的方式来做好有效的防治措施。有一些实践经验得出，一方面，顶板注水不仅可以减小岩层的弯曲度，更能降低弯曲能量指数，从而达到降低冲击程度的目的。另一方面，顶板注水方式可以将中等冲击转化为无冲击的倾向，在顶板注水后，顶板压裂分层因此很容易冒落，造成工作面前方的支撑压力变小，从而达到减轻煤壁向外的冲击压力。

2、对于井巷的保护措施。

对于矿井深部的开采技术进行研究，可以观测到一般煤层巷道与软岩的闭合速度在0.7-1.2mm/d范围内，而闭合量在600-900mm左右。当矿井深度达到800m时，原岩应力大概在25MPa左右，就会出现软岩与煤层失稳的情况，巷道布置也会出现严重的变形，而在坚硬的岩石中的巷道布置，状态仍然维持得较好。针对这样的状态而言，从经济方面来讲，要实现少丢煤柱，提高回收率，且要保持良好的巷道环境满足生产要求的目的，可以通过两种方式解决。第一，对于矿井的深部开采主要的井巷应布置在坚硬岩石中，采取锚网喷支护的方式可以达到良好的效果。第二，如果缺乏坚硬岩层设置井巷条件的，可以通过在巷道上方煤层中布置工作面，首先进行开采施工的方式，使得巷道处在一个降压环境内，再对周围的煤层进行开采，这样一来，巷道只是在初期受到了较小的影响，受破坏量也就大大减小，使得巷道能较好的保持稳定状态。

结语：综上所述，对于矿井深部的煤矿开采而言，除开需要解决严重的支护与地表损坏问题外，还需要不断探索全新的方式，实现最大限度的利用煤矿资源，减少生态影响，保护环境的目标，真正实现经济性。

参考文献：

[1]李嗣钧. 减少厚煤层采后地表破损及矿井深部开采技术[J]. 煤矿开采，2001，02：25-28.

[2]张农，李希勇，郑西贵，薛飞. 深部煤炭资源开采现状与技术挑战[A]. 中国煤炭工业协会.全国煤矿千米深井开采技术[C].中国煤炭工业协会：，2013：22.

[3]张和生. 山区地下开采引起地表变形对长输气管线的影响研究[D].太原理工大学，2013.

[4]陈勇. 开滦矿区深部开采地表移动规律的研究[D].河南理工大学，2010.

突出煤层开采的瓦斯治理技术实践 篇10

梨树矿邱家井深部二采区是单一煤层开采, 即14#层属于肥煤发热量在5300卡, 是属于优质煤层, 该区设计生产能力60万吨/年, 随着开采深度的加大, 距地表垂深660米, 因此巷道矿压逐渐加大, 瓦斯涌出量增大, 回采工作面与掘进半煤岩送巷时偶尔会出现瓦斯超限和易诱发瓦斯突出的现象, 严重制约我矿的安全生产。

在这样的困境下, 为保证我矿能够安全生产, 我矿开始对回采工作面和两巷执行瓦斯综合治理措施, 并针对我矿实际情况采取了“一面四巷”即进风巷、回风巷、尾排巷、高抽巷、高位仰角钻场等瓦斯抽采方案。经过一系列措施的实施, 该面瓦斯综合抽采率达到60%以上, 使我矿回采工作面的瓦斯含量明显下降。

2地质概况及工作面瓦斯状况

2.1地质概况。

14/右一工作面上巷为14/右零巷, 下巷为14/右一巷, 西部为14/皮带道和-275主运巷、东部为矿界, 工作面平均走向长380米, 倾斜长150米, 平均煤层厚度3.0米, 倾角5度, 直接顶和老顶为12.5米的中砂岩, 底板为中砂岩1.16米和煤页岩3.2米, 地质构造相对简单。

2.2工作面瓦斯及通风系统状况。

二采区14/右一采面为二采区首采面, 采面最大瓦斯涌出量为45 m3/min, 配风1350 m3/min, 区域防突钻场:14/右0巷10个。矿井通风方法为抽出式通风, 通风方式为中央分列式, 通风网络属简单网络, 现有“四入一排”通风系统, 即箕斗井、付井、皮带井、配风井入风, 回风立井排风。采区均有自己独立的通风系统。

3我矿采取的区域综合防突措施

3.1首先对该回采面进行区域危险性预测。14#煤层瓦斯压力P为1.05Mpa, 大于0.74 Mpa, 瓦斯绝对涌出量为35.66m3/min, 瓦斯相对涌出量38.52m3/t, 大于8m3/t, 14/二采区右一采面为突出危险区域。

3.2严格落实区域防突措施先行, 局部综合防突措施补充的原则, 对该区域采用防突措施为顺层钻孔预抽回采区域煤层瓦斯。区域防突钻场、钻孔布置方式:3.2.1 14/二采区右0巷下帮施工区域防突钻场10个, 第一个钻场距工作面切眼20m, 第二个钻场距离第个一钻场20m, 以后每个钻场间距30m, 每个钻场内向工作面方向呈扇形布置钻孔13个, 孔径Φ113mm, 钻孔长度13.6m-123m, 工程量11886m;3.2.2 14/二采区右一切眼垂直工作面煤壁施工区域防突钻孔50个, 钻孔间距3m, 孔径?75mm, 钻孔长度20m, 工程量1000m。钻孔施工完毕立即连接抽放管路, 预抽该区域煤层瓦斯。

3.3以预抽区域的煤层残余瓦斯压力或煤层瓦斯残余含量进行措施效果检验。每50米布置2个检验测试点, 共16个检验测试点。每个检验测试点应布置于所在部位钻孔密度较小, 间距较大、预抽时间较短的位置, 尽可能远离测试点周围的各预抽钻孔或尽可能与周围预抽钻孔保持等距离。在采用残余瓦斯压力或残余瓦斯含量对煤层瓦斯区域防突措施进行检验时, 必须依据实际的直接测定值。若煤层残余瓦斯压力小于0.74MPa, 瓦斯残余含量小于8m3/t, 且未发现喷孔、夹钻等突出预兆, 预抽区域为无突出危险区, 可以进行正常回采作业。若煤层残余瓦斯压力大于等于0.74MPa, 瓦斯残余含量大于等于8m3/t, 且发现喷孔、夹钻等突出预兆, 以检验孔为半径100米范围内为突出危险区域, 在该区域内则执行补充措施。

补充措施:在突出危险区域内每5米布置1个补充措施钻孔, 钻孔施工完后。每40米进行一次效果检验。若煤层残余瓦斯压力小于0.74MPa, 瓦斯残余含量小于8m3/t, 且未发现喷孔、夹钻等突出预兆, 则补充措施有效该区域为无突出危险区, 可以进行正常回采作业。若煤层残余瓦斯压力大于等于0.74MPa, 瓦斯残余含量大于等于8m3/t, 且发现喷孔、夹钻等突出预兆, 则继续执行补充措施, 直到效果检验有效为止。

3.4进行区域验证。采用钻屑指标法首先进行两次区域验证, 若钻屑指标小于临界值无异常现象, 工作面每推进25米进行一次区域验证, 在构造破碎带连续进行区域验证, 具体措施:工作面每15m布置一个检测钻孔, 深度10m, 直径42mm, 钻孔尽可能布置在软分层中。测定钻屑瓦斯解吸指标和钻屑量, 钻孔每钻进1m测定该1m段的全部钻屑量S, 每钻进2m测定一次钻屑瓦斯解吸指标△h2值。采用钻屑指标法验证工作面突出危险性的指标临界值下表的临界值确定工作面的突出危险性。钻屑指标小于临界值无异常现象, 在采取安全防护措施允许回采, 回采推进方向留有不小于2m的超前距。钻屑指标大于或等于临界值且发生瓦斯涌出异常;喷孔、顶钻、夹钻, 工作面响煤炮或遇断层, 褶曲等构造破坏带时, 该工作面为突出危险工作面, 只要有一次区域验证为有突出危险或超前钻孔等发现了突出预兆, 则该区域以后的采掘作业均当执行局部防突措施。 (图1)

4工作面防突措施 (局部)

4.1 14/右一采面, 工作面采取超前排放钻孔防突措施:采用ZQSJ140/4.1风煤钻机, 在工作面布置每5米布置一个超前排放钻孔, 孔径75mm, 孔深13m。

4.2工作面防突措施效果检验必须包括以下内容:具体措施:在工作面每15米布置1个检验钻孔, 孔径Φ42mm, 孔深10m。钻孔应布置在措施钻孔之间, 钻孔尽可能布置在软分层中。在措施钻孔预留3m的前提下允许回采10m;反之, 判定为措施无效。措施无效则执行补充措施:在工作面每5米布置1个补充措施钻孔, 孔径为Φ75mm, 孔深13m。施工完毕后进行局部防突效果检验, 钻屑指标小于临界值无异常现象, 在措施钻孔预留3m的前提下允许回采10m, 反之, 判定为补充措施无效。继续施工补充措施钻孔直至检验有效为止。

5一面四巷瓦斯治理

为达到更好的瓦斯治理效果, 我矿对该采面在上巷配合了一条专用瓦斯尾排巷用以治理上隅角瓦斯积聚现象, 在采面顶板上方20m处, 送一条专用瓦斯高抽巷, 并且为了提高高抽巷的实际效果, 在高抽巷施工时也使用了区域防突措施, 在两帮施工钻孔, 提高了顶板的瓦斯扩散性, 提高了高抽巷的实际效果。

6瓦斯综合治理措施执行后效果

在该采面送巷过程中, 由掘进队组边掘边施工该采面的瓦斯防突措施, 施工本层钻孔经过一段时间抽放并在回采前施工本层钻孔及仰角钻孔抽放。保证采面在回采过程中瓦斯压力明显减小到0.35Mpa (小于0.74Pma) , 瓦斯含量W=4.6 m3/t (小于8m3/t) , 在工作面进行区域验证的实际效果来看, 钻屑瓦斯解吸指标Δh2 (Pa) 值为100-140Pa (小于200Pa) , 钻屑量S (kg/m) 在3-4 kg/m之间。经实际检验效果明显, 该采面产量由3万吨/月提升至5万吨/月, 大幅度提升了我矿的采面生产能力。

7结论