煤层气开采方式

煤层气开采方式（精选7篇）

煤层气开采方式 第1篇

在近距离煤层开采过程中, 上煤层开采造成的底板破坏深度会超过两煤层之间的岩层而影响下煤层, 使下煤层在未开采之前就已经发生一定程度的破坏;另外上煤层开采在底板产生的应力也会对下煤层产生影响[1]。上煤层底板的破坏程度及其应力分布情况将直接影响到下煤层的工作面支架稳定性, 特别是在两煤层距离太近时, 要求上下工作面有合理错距, 保证下煤层工作面支架置于已稳定顶板下。因此对近距离煤层回采工作面布置合理错距研究, 将有利于指导下煤层工作面布置和安全开采。

结合芦沟煤矿近距离煤层地质条件, 基于错距理论和采场岩层断裂运移规律, 对上煤层回采后地板应力分布、破坏范围和合理的布置方式、错距研究, 为类似近距离煤层回采提供参考依据。

1 工程地质条件

芦沟煤矿批准回采10号和11号煤层, 生产能力90万t/a。两煤层平均间距为5.32 m, 属近距离煤层。其中10号煤厚1.0~1.97 m, 平均1.34 m, 全部可采, 顶板主要为粉砂岩, 底板为泥岩及砂质泥岩。11号煤厚3.47~4.78 m, 平均4.35 m, 煤层底板为泥岩、细粒砂岩。10号煤为薄煤层, 难以实现产量, 同时兼顾缓和采掘接续需要, 现设计两近距离煤层同采。

2 工作面布置方案分析

有关近距离煤层工作面布置方式有:稳压区内布置下工作面和减压区布置下工作面[2], 10、11号煤层近距离回采采场应力分布如图1所示。稳压区内布置下工作面是指将下层回采工作面布置在上层煤已采采空区内, 该处顶板垮落接底后压实稳定, 如图1中e区所示。减压区布置下工作面是指将下层煤回采工作面布置在上层支架后方至顶板接底区域内, 长度6~20 m, 如图1中c区所示。稳压区内顶板垮落稳定不会有冲击动压作用, 采场围岩相对稳定, 工作面布置在其中安全性较高;减压区内压力显现缓和, 工作面易维护。

结合芦沟煤矿地质条件和回采应力分布及扰动范围分析, 10号煤层回采产生超前支撑压力和支架反复支撑作用对11号煤层顶板及煤层自身扰动明显, 产生剪切和拉伸破坏, 造成承载能力降低和完整性破坏。10号煤层底板即11号煤层顶板为泥岩和砂质泥岩, 在扰动作用下可看为裂隙体结构和离层型顶板, 如果工作面布置于减压区内, 顶板扰动后发生局部支护失效, 将发生漏冒甚至11号煤层顶板全部漏空的事故, 危害极大。因此, 11号煤层工作面布置于上层10号煤层采场减压区内不可行, 应布置于后方稳压区内。

3 上煤层开采对底板破坏特征分析

上煤层开采, 在工作面前方煤壁处产生应力集中, 应力将向底板传递。若支撑应力值达到或超过岩石强度极限值, 将先后发生塑性变形和屈服破坏。随应力在底板岩层中的持续传递, 由于采空区垮落岩体堆积松散约束较小, 已发生破坏的岩体受挤压作用将向采空区运移, 并形成连续滑移面, 支承压力作用下底板屈服破坏深度示意图如图2所示。如图2所示, 将底板极限平衡区分为:主动应力区、过渡区、被动应力区。当加载在主动应力区岩体的应力超过其强度极限时, 将要发生塑性破坏产生大变形。该部分岩体在垂直方向上受到大幅度压缩, 则必然会在水平方向上产生膨胀, 在过渡区及被动应力区的岩体将受到持续挤压和应力作用, 某处底板厚度较薄或是强度较低将发生底鼓现象。

根据滑移线场理论[3], 确定上层煤开采过程中底板岩层最大屈服破坏深度hmax即采场底板损伤破坏深度hσ为:

式中:Xa为煤体屈服区的长度, m;M为采高, m;H为埋深, m;γ为采场上覆岩层的平均密度, k N/m3;φ为煤体的内摩擦角, (°) ;f为煤层与顶底板接触面的摩擦系数, f=tanφ;k为应力集中系数, 常量;C为煤体的内聚力, MPa;ξ为三轴应力系数, ;φf为底板岩层内摩擦角, (°) 。

工作面煤壁距最大破坏深度点的水平距离L1为:

式中hmax为煤层底板岩体最大破坏深度, m。

底板最大破坏深度点距离底鼓点水平距离L2为:

通过理论分析得到煤体屈服区长度的简化计算式。

当煤层强度低于顶底板的强度时:

当煤与顶底板强度基本接近时:

4 工程应用

煤层平均埋深H=300 m, 岩石密度按γ=25 k N/m3, 采高M=1.34 m, 煤层内摩擦角φ=30°;底板岩体内摩擦角φf=40°, 煤层强度低于顶底板的强度。根据以上数值可计算出:ξ=3, F=2.55, Xa=4.69 m。所以, 按式 (1) 计算可得出煤层底板岩体最大破坏深度hmax=10.97 m按式 (3) 计算可得出煤层底板岩体最大破坏深度距工作面端部的水平距离L1=9.20 m, 按式 (4) 计算可得出采空区内底板破坏区沿水平方向的最大长度L2=31.75 m。

根据上述计算结果, 得出芦沟煤矿10号煤层开采对底板的破坏形态如图3所示。

由图3分析可知, 当10号煤开采时, 对底板扰动破坏长度为40.95 m (L1与L2的合计长度) , 破坏最大深度为10.97 m, 大于11号煤底板岩层厚度, 即下层煤5.32 m厚的泥岩顶板和4.35 m厚的煤层均受到采动破坏。在采动破坏作用下, 10号煤顶板裂隙发育、岩层破碎, 极易在回采时发生架前漏冒, 且可能往10号方全部漏空, 极其危险。在破坏区域内, 10号煤回采顶板垮落不稳定, 下层煤工作面受到顶板冒落冲击动压作用, 顶板控制困难。因此11号煤工作面应布置在10号煤采空区内支撑压力恢复区, 即工作面布置错距应该大于40.95 m (L1与L2的合计长度) 。

1101工作面采用一次采全厚工艺, 选用ZZ6000/25/50型液压支架, 面长165 m, 循环进尺0.6 m, 工作面布置错距42 m。在2014-09-03—11-03期间进行了2个月的矿压实测, 得到周期来压平均循环末载荷最小为5 764 k N/架, 最大6 227 k N/架, 平均5 913 k N/架;来压动载系数最小1.00, 最大1.68, 平均1.14。在整个推进过程中矿压显现较缓和, 未出现大的支架过载现象, 但有轻微架前漏冒, 经采取措施后正常回采。

5 结论

近距离煤层的开采, 在上煤层开采超前支撑压力和支架支撑作用下, 下层煤工作面前方产生集中应力, 使得下煤层和顶板发生裂隙的扩展和联合, 直接影响下煤层支架的稳定性和安全生产。

(1) 通过对上层煤回采工作面后方稳压区和减压区 (压力降低区) 两种方式布置工作面的分析, 再结合芦沟煤矿地质条件, 减压区布置工作面易维护, 但存在顶板漏冒的安全威胁;稳压区内顶板稳定, 没有冲击动压作用, 围岩稳定, 安全性好, 应为工作面布置首选区域。

(2) 当10号煤开采时, 对底板的扰动破坏长度为40.95 m, 破坏最大深度为10.97 m, 大于11号煤底板岩层厚度, 即下层煤5.32 m厚的泥岩顶板和4.35 m厚的煤层均受到采动破坏, 即工作面布置错距应该大于40.95 m。

(3) 现场工程应用, 11号煤工作面与10号煤工作面错距为42 m, 实测得到液压支架载荷均衡, 矿压显现缓和, 来压动载系数较小, 说明布置合理。

摘要：为了探究近距离煤层同采时上煤层对下煤层的影响, 以芦沟煤矿平均间距5.32 m的10号和11号两近距离煤层为研究对象, 基于错距理论和采场岩层断裂运移规律, 建立了底板受力模型, 对上煤层回采后地板应力分布、破坏范围和合理的布置方式、错距进行了研究。结果表明:上煤层工作面采场的稳压区内顶板稳定, 没有冲击动压作用, 安全性好, 是合理的布置位置。在上煤层开采超前支撑压力和支架支撑作用下, 下层煤工作面前方产生集中应力, 使得煤层和顶板发生裂隙的扩展和联合, 最终发生破坏。10号煤开采时, 对底板的扰动破坏长度为40.95 m, 破坏最大深度为10.97 m, 即工作面布置错距应该大于40.95 m。现场工程应用, 两工作面错距为42 m, 实测得到液压支架载荷均衡, 矿压显现缓和, 说明布置合理。

关键词：近距离煤层,同采工作面,开采破坏,理论分析

参考文献

[1]郭帅.近距离煤层同采工作面合理错距及矿压显现研究[D].太原:太原理工大学, 2013:16-20.

[2]孙春东, 杨本生, 刘超.1.0 m极近距离煤层联合开采矿压规律[J].煤炭学报, 2011, 36 (9) :1423-1428.

煤层气开采方式 第2篇

处于晋、陕、蒙交界处的神府东胜煤田基本是近水平煤层, 赋存稳定, 易自燃, 矿山压力显现不明显, 千万吨矿井大都集中在这个地区。由于煤层赋存条件好, 基本都是条带式开拓, 沿煤层底板布置大巷, 在大巷一侧或两侧布置工作面。工作面煤炭经胶带运输机连续运输直出地面, 辅助运输采用无轨胶轮车直达工作面。现就前进式开拓大巷的布置方式和大巷条数进行探讨。

二、单翼三条大巷的布置方式

1、回风大巷在边界, 主运大巷在中间, 辅运大巷靠近工作面侧布置。

根据工作面风流方向的不同有两种情况:

①当工作面辅运顺槽进风, 主运顺槽回风时, 主运顺槽与辅运大巷、主运大巷都需做立交, 主运顺槽需做联络巷与辅运大巷连接以解决辅助运输问题。

②当工作面辅运顺槽回风, 主运顺槽进风时, 为解决采煤面以里的掘进面的辅助运输问题, 主运顺槽与辅运大巷需做立交, 可采取架高皮带架的方式。辅运顺槽与回风大巷联通形成通风系统需跨越辅运大巷、主运大巷做回风绕道。

两种方式的挑顶岩石工程量都很大。

2、主运大巷在边界, 回风大巷在中间, 辅运大巷靠近工作面侧布置。

根据工作面风流方向的不同有两种情况:

①当工作面辅运顺槽进风, 主运顺槽回风时, 主运顺槽与辅运大巷需做立交;主运顺槽需做联络巷与辅运大巷连接以解决辅助运输问题。

②当工作面辅运顺槽回风, 主运顺槽进风时, 为解决采煤面以里的掘进面的辅助运输问题, 主运顺槽与辅运大巷需做立交, 可采取架高皮带架的方式。主运顺槽与回风大巷连接处需做风桥。辅运顺槽与回风大巷联通形成通风系统需在与辅运大巷连接处做风桥, 为解决辅运顺槽的辅助运输问题需做联络巷与辅运大巷连通。

②方式与①方式比较, 辅助工程量增加很多。

3、辅运大巷在中间, 主运大巷在边界, 回风大巷靠近工作面侧布置。

根据工作面风流方向的不同有两种情况:

①当工作面辅运顺槽进风, 主运顺槽回风时, 辅运顺槽与回风大巷连接处需做风桥;主运顺槽与辅运大巷连接处需做立交, 同时需做联络巷与辅运大巷连通, 解决主运顺槽的辅助运输问题。

②当工作面辅运顺槽回风, 主运顺槽进风时, 主运顺槽与辅运大巷连接处需做立交, 可采取架高皮带架的方式。与回风大巷连接处需做风桥。

②方式与①方式比较, 辅助工程量小。

4、辅运大巷在边界, 主运大巷在中间, 回风大巷靠近工作面侧布置。

这种方式由于辅助运输需要跨越主运大巷, 造成采煤工作面及以里的掘进工作面的辅助运输系统非常复杂。所以都不采取这种方式, 但是如果双翼开采, 只布置三条大巷就会有一翼面临这个问题。

以上四种布置方式, 第四种由于缺陷明显不作考虑。比较前三种布置方式可见, 当工作面采用辅运顺槽进风时, 第二种从布置方式明显优于其他两种方式;当工作面采用辅运顺槽回风时, 第三种布置方式明显优于其他两种方式。考虑系统的抗灾能力及事故救援的便捷, 推荐采用第三种辅运大巷在中间, 主运大巷在边界, 回风大巷靠近工作面侧布置的方式。

三、双翼开采大巷布置方式选择

在保证一翼开采方便的同时, 考虑另一翼的开采问题。由于主运大巷靠近工作面侧布置, 辅助运输将穿越主运皮带, 明显不合理。为解决该翼的辅助运输问题, 需靠该翼工作面侧增加一条辅运大巷。则有两种布置方式可以选择:一翼的工作面布置方式前面已经论述, 这里只讨论另一翼的工作面布置问题:

1、辅运大巷、主运大巷、回风大巷、辅运大巷布置方式。

无论采取辅运顺槽进风还是回风方式, 辅助工程量都是2个立交 (或风桥) 和1个辅助运输联络巷。

2、辅运大巷、主运大巷、辅运大巷、回风大巷布置方式。

无论采取辅运顺槽进风还是回风方式, 辅助工程量都是3个立交 (或风桥) 和1个辅助运输联络巷。

从以上两种布置方式比较可以看出, 无论工作面采取那种进风方式, 第一种布置方式辅助工程量都要小于第二种布置方式, 所以双翼前进式开采大巷布置宜选择辅运大巷、主运大巷、回风大巷、辅运大巷的布置方式。

四、结论

煤层气压裂开采技术研究 第3篇

关键词：煤层气,压裂

我国的煤层气储量巨大, 煤层气的开发前景一片光明。但我国对煤层气的开发利用率却一直很低。煤层气就是俗称的瓦斯, 为了解决煤矿的生产安全问题, 将煤层气作为废气大量排入大气中。浪费能源的同时也不利用于环保。因此, 加快煤层气的开发利用对于解决我国的能源紧缺, 环境污染, 煤炭开采安全等问题都有重要意义。

一、水利喷射压裂技术

水力喷射压裂技术是指在煤层部位的套管进行射孔, 并通过高速射流在煤层中不同方位形成多个小井眼, 在煤层中形成网络通道, 使煤层气能够更加顺利的运移。是一种把水力喷砂射孔, 水力压裂、水力封隔技术融为一体的新型压裂技术。

主要机理:首先进行喷砂射孔, 油管流体加压后将压能转换成动能, 产生的高速流体射穿套管和附近的地层, 形成孔眼。然后进行水力喷射压裂。喷射的流体继续在通道中进行增压, 当超过破裂压裂时在地层中形成裂缝。在喷嘴附近的流体流速最高, 但其压力最低, 环空注入液体进入射流区后被吸入地层, 使裂缝继续延伸。通过环空注入的液体会一直控制井底压力小于裂缝的延伸压力, 开始压裂下一个层段时, 已经压开的层段裂缝不会再继续向前发展, 可以不使用封隔器等井下工具就能实现自动封隔。所需改造的层段可以依次打开。

优点:在射孔孔道顶部产生微裂缝, 降低地层破裂压力, 有助于裂缝的形成和延伸;射孔、压裂依次进行, 步骤简单, 成本低, 工期短;压裂方式较为安全, 减少事故发生率;根据水力学原理, 压裂过程实现水力封隔。

缺点:处于安全的考虑, 高压气井需要在井口安装防喷器;环空需要注入液体;由于喷嘴节流作用, 施工压力比加砂压裂泵注压力要高, 因此有些深井不适用此方法压裂。

二、高能气体压裂技术

高能气体压裂是把火药或火箭推进剂在井筒中的目的层, 点燃后使其产生快速且可控的燃烧, 这样就会产生大量的高温高压气体, 通过脉冲加载压裂在产层上压出自井眼呈辐射状多条裂缝, 从而改善产层的渗透性, 达到增加油气井产量的目的。

特点:无污染, 火药燃烧后的主要产生CO2, CO和水, 对油层没有污染;高能气体加载速度快, 因此特别适用于脆性地层的压裂;无需使用压裂车等大型压裂设备, 不需要填入支撑剂, 设备少, 施工安全、简单。与常规水力加砂压裂相比, 高能气体压裂产生的裂缝不受地应力的控制, 并且水敏性污染较低, 不伤害煤层。因此, 此项研究对探索适合我国煤层气有效开发具有重要的现实意义和应用前景。

三、间接压裂技术

间接压裂就是通过对煤层的顶板进行压裂, 虽然储层的渗透性不好, 但煤层气向顶部的运移量很大, 通过在顶层中形成的裂缝与煤层有效沟通, 间接实现对煤层增产改造的目的。

原理:煤层中存在两组天然裂隙, 他们彼此相互垂直, 叫做面割理和端割理, 一般情况下面割理较为为发育, 煤层气主要在此裂隙内进行渗流。煤层的弹性模量比较低, 泊松比比较高, 割理复杂, 压裂产生的裂缝很难进入到煤层深处。而其顶层的砂岩或粉砂岩岩层却能有效的传导裂缝。因此, 进行间接压裂能有效改造产层, 提高产量。

特点:薄煤层处理压力较低, 裂缝较简单, 间接压裂效果较好;厚煤层处理压力高, 很可能出现复杂裂缝, 间接压裂效果较差。高构造挤压部位或层状煤的情况比较特殊, 应力剖面和一般情况不同, 煤层的应力较低, 甚至低于附近岩层。因此, 此种情况不适合进行间接压裂。

四、氮气泡沫压裂技术

氮气泡沫压裂技术就是以氮气泡沫作为压裂液的一种压裂技术。20世纪70年代, 氮气泡沫压裂工艺开始发展。由于其地层伤害小、携砂能力低、反排快、率失低等特点, 主要适用于渗透率比较低的低渗、致密油气层和水敏性较强的储层。国内由于受到技术工艺、设备和成本等方面因素的影响, 制约了氮气泡沫压裂工艺的发展。泡沫压裂液性能对于氮气泡沫压裂能否顺利完成起着至关重要的作用。氮气泡沫压裂液一般由五至七成氮气, 以及液体和表面活性剂构成。

纵观泡沫压裂液的发展历史, 主要经历了三次更新换代。最初的泡沫压裂液, 用盐、水、原油、酸、表面活性剂水溶液等作为基液, 加入氮气和起泡剂, 又叫做水基泡沫液;加入了线性凝胶剂的第二代泡沫压裂液, 泡沫时间更长, 携砂能力、粘度多有所增强;加有交联聚合物的泡沫压裂液叫做第三代泡沫压裂液。第三代泡沫压裂液比第二代的各项性能又有所增强。后面两代的稳定性各方面虽然有所增强, 但是对地层的伤害也有所增加。

五、连续油管压裂技术

连续油管技术发展迅猛, 在世界范围内的应用已经比较广泛, 由于技术限制, 我国只能进行一些小型作业。近年来, 由于大管径油管车的引进, 国内的连续油管压裂技术也开始逐渐兴起。由于连续油管的存在, 可以把液体和支撑剂通过环空或油管注入, 然后进一步对储层进行压裂改造, 这样的压裂就叫做连续油管压裂。此项技术主要应用于多层浅井煤层, 特别适用于小井眼压裂以及薄煤层的分层压裂。

缺点:由于压开油层要达到足够的压裂液流量, 因此需要采用较大直径的连续油管。大直径的连续油管寿命一般要比小直径的少些, 因此压裂成本将会有所增加。油管的尺寸和强度限制了利用连续油管进行煤层气压裂作业的发展。

总结

我国煤层气类型多种多样, 储层的差异性比较大, 压裂施工后所产生的裂缝比较复杂。因此, 必须根据各油田的实际情况, 因地制宜, 采取适合自身的压裂技术, 确保我国的煤层气压裂开采工艺快速稳定发展。

参考文献

[1]田守嶒, 李根生, 黄中伟, 牛继磊, 夏强.连续油管水力喷射压裂技术[J].天然气工业, 2008, 28 (8) :61-63.

[2]吴辅兵.间接压裂技术在阜新煤层气开发中的应用[J].内蒙古石油化工, 2009, 12:114-115.

[3]戴林, 范虎, 胡文庭, 李娟.煤层气井压裂注入工艺及其效果评价[J].内蒙古石油化工, 2011, 17:59-61.

浅析煤层气注气开采 第4篇

煤层气是指蕴藏于煤层中以CH4为主要成分, 以吸附在煤基质颗粒表面为主并部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体[1]。中国煤层气资源量丰富, 地质储量巨大, 据国土资源部新一轮资源评价结果, 中国埋深2 000 m以浅的煤层气资源总量为36.8×1012 m3, 其中, 可采资源约10.7×1012 m3, 与常规天然气资源量基本相当[2]。可以说中国煤层气资源十分丰富, 其开发利用在一定程度上可以弥补常规油气资源的不足。煤层气是1种清洁能源, 其开发利用不仅对于当今热点的全球变暖具有重要意义, 可减少温室气体的排放, 保护大气环境, 减缓全球变暖的趋势和能源危机的步伐[1], 且可以减轻矿井灾害程度, 降低生产成本。

中国煤矿开采, 向大气排放的CH4量达100×108 m3/a的数倍, 约占世界采煤排放CH4总量的1/3, 引起世界的关注。目前, 国内外煤层气的开发利用主要以地面钻孔排水降压为主。由于中国煤层气开发利用起步较晚, 始于20世纪90年代, 至今还多处于试验阶段, 只有极少数地区实现了商业化生产, 如, 山西沁水盆地的晋城煤业集团蓝焰煤层气有限责任公司。

1 注气开采的基本原理

所谓煤层气的注气开发是向煤层中注入N2, CO2及烟道气等[3], 实质是向煤层注入能量, 改变压力传导特性, 增大或保持扩散速率不变, 达到提高单井产量和采收率的目的。当向煤层中注入的气体吸附能力大于CH4时, 吸附能力大的气体就排挤CH4使得CH4气体由吸附状态转变为游离状态, 发生解析。这种作用称作竞争吸附置换。如果注气压力较大时, 还可以在煤层内形成新的裂隙, 使得渗透率, 即压力传导系数增大, 引起渗透流速度的增大。压力的不断改变, 可影响煤层裂隙的开闭程度, 加快整体上降压漏斗的快速形成, 这对于煤层气的快速增产和提高采出率具有重要意义。理论上, 通过注入CO2可以实现煤层气100%的最终采收率, CO2也可永久地贮藏于煤层中。由于技术和煤层自身特性等原因, 不可能实现100%的煤层气最终采收率。事实上, 一般至少可实现比无CO2注入提高25%的最终煤层气采收率, 注入的CO2也可长期贮藏在煤层中[4]。

由此可见, 注气增产的作用机理, a) 通过注气可增加煤层流动能量;b) 通过竞争吸附置换作用提高解吸速率和解吸量;c) 改变煤层孔隙结构提高渗透率[5]。

2 单组分气体的吸附能力

煤的吸附性是煤固体表面与气体或液体的1种表面作用, 是煤的1种自然属性[6]。煤储层内的气相介质是由CH4, CO2, N2, C2H6等多组分组成的混合物。不同气体组分的吸附能力不同, 主要取决于气体分子与煤分子之间不同的作用力。这种作用力与1个大气压下各种吸附质的沸点有关, 沸点越高, 吸附能力越强。煤层气中的有机气体不仅仅只有CH4, 还有CH4的同系物及其他一些烃类气体。在这些烃类气体中, 尤其是同系物的有机物中, 分子量越大的烃类气体越易被吸收, 越易被煤介质所吸附[6], 具体数据见表1。

3 多元组分气体的吸附和解吸

二元气体的吸附等温线总是介于吸附能力强的气体与吸附能力弱的气体的吸附等温线之间, CH4-N2二元混合气体的吸附量总是小于纯CH4的吸附量, CH4-CO2二元混合气体的吸附量总是大于纯CH4的吸附量 (见图1) 。对于CH4, CO2和N2的三元混合气体, 刚开始吸附时, 煤体主要由混合气体中吸附性强的气体组分进行吸附, 随着压力的升高, 吸附性强的气体组分浓度降低, 吸附性弱的气体才逐渐被吸附, 且吸附性弱的气体组分对吸附性强的气体组分影响较小[5]。

4 采用CO2或N2置换CH4

混合气体的吸附性不仅与混合气体中各组分的吸附性强弱有关, 还与各组分的浓度 (分压) 有关, 分压大的气体吸附性强。但是, 各组分的分压变化与其吸附量变化不成比例, 且吸附量变化比其分压变化要小。往煤储层中注入N2置换出CH4, 煤对N2的吸附能力弱于CH4。随着N2分压的增加, 初始的置换速率急剧增加, 随着CH4分压的减小, 则几乎不再置换CH4。往煤储层中注入CO2置换出CH4, 煤对CO2的吸附能力强于CH4, 则在CH4分压不变时, 随着CO2分压增大, 置换速率增大并出现最大值;当CO2分压不变时, 随CH4分压的减小, 置换速率也逐渐减小[5]。

在实验室的等容和等压条件下, 进行对相同煤层注入CO2和N2的实验比较, 可以得出, 注入CO2的效果明显优于N2 (只考虑单一变量的影响) 。

这2种气体注入后作用的机理有所不同, 当注入CO2后, 它会与煤基质微孔隙中的CH4发生竞争吸附, 将吸附在煤体中的CH4置换出来。而N2只能在等压状态下通过降低游离CH4分压, 影响其吸附等温线, 导致吸附CH4被提取出来。

5 注气开发可行性

进入煤层的CO2可能是纯液态, 也可能有一部分溶于地层水中。随着泵注量的不断增加, CO2将沿煤层的孔隙和裂隙进入到煤层的深部。由于CO2溶于水形成的水溶液呈弱酸性, 且具有较低的表面张力和界面张力, 所以, 它具有一定的溶蚀能力, 可解除部分矿物质的堵塞, 有效防止黏土矿物的膨胀和运移, 能改善和提高煤层的渗透率。在同等地层条件下, CO2比CH4更容易吸附在煤颗粒的表面。由此可知, 向煤层中注入一定量的CO2后, 关井一段时间就可以置换出一定量的CH4。这不仅提高了煤层CH4的采收率, 也加快了CH4的解吸速率, 对提高煤层气的产量十分有益[4]。经过长期的实验研究和科学分析, 根据测试所得的数据说明煤层气的注气开采在技术上是完全可行的。注气开采可解决常规方法的不足, 对于深部煤层气的开发利用具有技术革新的意义, 对于已开采和正在开采的煤田增产也是行之有效的, 可以缓解政府政策和经济的双重压力。据统计, 煤层可埋藏100×104 t/km2的CO2, 这可以使得煤层气在开发过程中处理掉大量的CO2, 对控制全球温室气体的排放也具有重要作用, 它将引领1个“负碳经济”的潮流。

6 注气开采带来的问题

每个事物都存在双面性, 几乎所有的技术革新都伴随新的问题。关于煤层气的注气开采, 如果实施不当也可能引发相应的后续影响。注入的CO2会改变原始地层中的pH值, 矿化度, 地应力场特性, 影响其物理化学特性。例如, 在向煤层中增注CO2的同时, 也会使煤层的温度下降, 可能造成冷伤害, 同时, 由于CO2的体积膨胀, 可能使煤层的流体流速过快, 导致机械颗粒的运移, 对煤层造成伤害[4]。另外, CO2的封存技术和注入气量将直接影响整个开采过程的效益和效率。国内外目前对于多组分气体在煤层中的竞争吸附解吸效应, 抽出率和抽放率与有关注气参数的关系, 注气井与生产井的间距等问题还缺乏深入研究。这些问题都只有在对等的生产实践中得到相应的解决。

7 结语

中国煤层气探明资源储量为36.8×1012 m3, 目前, 煤层气勘探开发进入到崭新的时期, 未来的数十年都会成为中国能源产业不可或缺的生力军。对于先进开采技术的要求迫在眉睫, 故煤层气注气开采这一先进技术随着时代的要求日渐被人们重视。中国目前开采煤层气所面临的问题和技术、理论都证明, 将CO2, N2等注入煤储层以提高煤层气的采收率和单井产量, 是1种极具发展前途的新措施。

摘要：叙述了中国目前煤层气开发的现状及利用扩散渗透理论和多组分吸附平衡理论分析的不同气体对于注气开发的贡献值, 阐述注气开发的可行性、研究价值和后期处理技术, 新技术引起的新矛盾, 展望了中国未来煤层气开发的战略布局和技术突破。

关键词：煤层气,注气开发,解吸,吸附

参考文献

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[2]刘洪林, 王红岩, 宁宁, 等.中国大中型盆地煤层气资源[M].北京:石油工业出版社, 2009.

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谈如何加强煤层气勘探开采技术 第5篇

1 煤层气勘探的技术研究

1.1 钻井与完井工艺技术

在煤层气勘探开发中, 在非煤层地段通常都是采用泥浆钻井, 防止煤储层受到伤害。其中涉及到四种技术。一是煤层气井钻井技术。通过运用煤层气井钻井技术, 可以保证非煤层段的稳定性, 降低煤层段的储层伤害。二是取心技术。通过运用应的绳索取心技术, 可以使煤层的采取率达到90%以上。三是固井技术。通过采用固井技术可以有效地控制水泥浆的密度, 并将其控制在工程所需的范围以内。四是完并技术。虽然我国大多数的煤层井都是全套管完井, 但是仍然有很多是采用裸眼复合完井和套管技术, 还有的甚至是采用裸眼筒穴完井。只有具备一定的储层条件或动力设备, 才可以有效地使用这两种技术。

1.2 固井工艺技术

研究煤层气固井技术, 需要考虑两个因素:一是将储层及相邻的上下岩层封闭, 以便建立产区通道;二是用优质的水泥和不同作用的外加剂调配出性能优良的水泥浆, 在保护产层和保障压裂作业的同时, 延长每一口井的开发寿命。煤层气井固井技术存在着一些难点, 比如煤层埋藏浅, 替浆量少, 顶替效率低;煤储层压力低, 封固段长;水泥浆配方设计困难;煤层易受到伤害, 保护煤层的难度大等等。要提高煤层气井的固井质量, 就要采用良好的水泥浆体系以及合适的注水泥措施。首先, 要满足煤层井固井要求的水泥浆体系, 要求低温快凝、低失水、高早强、浆体稳定性好、稠度适宜, 并且对煤层的伤害较小。其次, 煤层气井固井技术要有利于保护煤储层, 要使用低失水、高早强的TS早强降失水剂来优化水泥浆性能;采用HQ-1隔离液体系, 有利于冲洗、稀释钻井液;煤层及煤层以上100m的井段采用密度为1.87~1.90g/cm3水泥浆, 充填段采用密度为1.55g/cm3的低密度水泥浆;还要采用综合固井技术, 将影响固井质量的每一项因素都减小到最低限度等等。

1.3 煤层气地球物理勘探技术

地球物理资料对于煤层气勘探具有重要的作用, 利用测井资料可以准确地确定煤层厚度;将测井资料与工业分析相结合, 可以确定煤层气的含量;利用地震资料可以确定煤层的构造的发育程度;还可以利用多波多分量、A V O资料来确定煤层的裂缝发育情况等等。近年来, 我国运用地震勘探技术对煤层气的勘探也取得了很大的进展。彭苏萍等通过开展三维三分量的地震勘探, 研究出了煤层裂缝发育、煤层厚度和煤层气富集等的预测方法, 并按照地震的属性反演的对象将其分为四个方面:一是纵波叠后反演, 研究的是与纵波和反演速度相关的岩性参数;二是纵波叠前反演, 它与含气性参数有着直接的关系;三是方位AVO反演, 主要是预测煤层的非均质性和裂缝;四是多波联合反演, 主要是用于探测煤层的压力、裂缝以及流体所具备的性质。

1.4 煤层气增产工艺技术

煤层气增产工艺技术只要包括两种, 一种是煤层气水力压裂增产技术。由于由于我国含煤地层一般都经历了成煤后的强烈构造运动, 煤层发生塑性形变。只有对煤层水力压裂裂缝展布规律有了正确的认识, 才能提高水利压力的效果。中国石油煤层气项目经理部建立了煤层水力压裂裂缝诊断测试方法, 主要包括四个方面, 一是利用井温测试近井地带裂缝高度和位置;二是利用地面电位测试裂缝的方位和长度;三是利用压后试井测试裂缝的长度和导流能力;四是利用井间地震“CT”法判断水力压裂裂缝延伸方向和高度。还有一种增产技术是注气增产法。注气增产法是一种具有发展前途的新措施, 它指的是将N2CO2或烟道气注入煤层, 降低甲烷在煤层中的分压, 使甲烷从煤体中置换解析出来, 从而提高单井产量和采收率。

2 我国煤层气勘探的误区分析

2.1 受到煤矿瓦斯地质理论的误导, 导致煤层气勘探开采效果不理想

根据煤矿瓦斯地质理论, 需要将煤层气井布置在瓦斯高突区带, 然而, 这些瓦斯高突区带正是是构造煤发育的区带, 对于煤层气的开采是十分不利的。虽然瓦斯高突区带的煤层气含量很高, 但是煤层的渗透性较差, 因而不能运用常规煤层气开发技术进行勘探开采。然而在煤层气参数井和开发试验井中, 很多煤矿井都受到了该理论的误导, 导致煤层气勘探开采效果不理想。

2.2 受到常规油气勘探理论的误导, 煤层气的勘探难以取得长期效益

常规油气勘探理论以“构造圈闭”勘探理论为主要表现形式, 在过去的几十年力, 该理论对常规油气的勘探开采带来积极的效果, 取得了较好的成绩。然而, 直接套用“构造圈闭”勘探理论来指导煤层气勘探使不科学的, 煤层气与常规油气在试井方面有很大的差别, 首先, 煤层气所针对的流体, 而普通试井分析的对象是油或气;其次, 从地质结构上看, 煤层包含有煤基质和割理系统两种不同的介质, 是一种“两重孔隙”结构, 但试井时并不表现油气层中的双孔介质流动特征;再次, 描述煤层气渗流过程的微分方程与常规的天然气所依据的微分方程也是不同的。沿用常规油气井的钻井工艺技术来对煤层气进行勘探开采, 还会对煤气层造成诸多伤害, 比如如果煤层的孔隙和裂缝受到损害, 就会使气体的渗流通道受损, 进而影响煤层气的解吸过程等。

2.3 受美国煤层气勘探开发理论的影响, 生搬硬套不符合我国的实际

美国的多数含煤盆地是构造比较稳定的原始盆地, 寻找构造活动带可以找到高渗区。因而, 美国煤层气勘探开的成功经验就是寻找构造活跃区带。然而中国的地质条件与美国相差甚远, 中国的多数煤田都曾经历过强烈的后期构造运动, 聚煤盆地被破坏成残留构造盆地或者是断块煤田, 煤层渗透率特低, 不利于煤层气的开发。仅仅只有少量的构造较活跃地区可以找到原生结构煤层, 这些煤层的渗透率就较高, 煤层气开发较为容易。因而, 直接生搬硬套美国煤层气勘探开发理论, 并不符合我国的实际情况, 也就难以取得良好的开采效果。

3 加强煤层气勘探开采的对策

3.1 强化煤层气的勘探开采理论研究

煤层气不同于常规油气和固体煤, 是以储层与气源同层的煤层吸附气为主。煤矿勘探的重点是寻找盆地边缘浅煤层、低瓦斯突出区以及无水区, 并且开采深度在600m以上。这种方法找到的煤层气以游离气为主, 含气量较低, 瞬时产量较高。而常规油气 (石油、天然气等) 勘探的重点是找构造高点和无水区, 用这种方法找到的煤层气一般弱含水, 气产量低。近年来, 由于研究工作的滞后, 我国一半以上的煤层气井属乱打井占地盘, 勘探开采的效果十分不理想。因此, 想要提高开采效果, 就要强化煤层气的勘探开采理论研究, 从煤层气气田的形成条件以及煤层气的富集规律等方面, 选准煤层气勘探开采的目标。

3.2 深化煤层选区评价研究

煤层气的勘探思路需要从大区、区带和目标评价三个方面进行考虑。国外煤层气勘探在大区评价上, 充分考虑供气环境、地质条件、资源量等因素;在目标评价上, 充分考虑构造条件、煤层埋探、古气量、渗透率等条件。根据中国煤层气高产富集特点, 相关人员在对全国进行大区评价后, 认为华北区和华南区是煤层气勘探重点, 并评选出了八大煤层气勘探有利区、较有利区以及二十六个目标区, 勘探面积3.0万km2, 资源量4.3万亿m3。其中华北地区有利的勘探面积就占2.6万km2, 资源量多达4.0万亿m3。我国目前煤层气勘探最有利目标区是沁水盆地环状斜带南斜坡晋城地区和鄂尔多斯盆地东部吴堡地区, 其中晋城地区晋试1井已成功获煤层气工业气流。因而, 想要提高开采效果, 就要深化煤层选区评价研究, 重点勘探开采有利区、较有利区以及目标区。

3.3 优化煤层气勘探工艺技术

近年来, 通过相关部门研究人员的不懈努力, 我国在煤层气勘探的关键技术上取得了较大进展, 形成了与我国煤层气勘探配套的工艺技术。想要提高开采效果, 就要掌握并优化这些工艺技术。一是绳索式取芯。研制出快速全封闭式取芯工具, 缩短了煤芯出井和出筒时闭, 同时减少了煤层气的散失。二是煤层气测井评价方法。引进国外开发的煤层气测井评价软件, 能够准确地处理煤层含气量、含气饱和度、封盖性以及地应力等参数, 进而为钻井、压裂设计提供参考依据。三是注入/降压试井。通过利用试井理论进行指导, 准确地求取煤层渗透率等参数, 经储层产量历史模拟后, 就可以为进一步勘探开采工作提供依据。四是大地电位法和CT法压裂裂缝监测。通过对压裂井前后电位梯度的测试差值数据处理和井下电视观测, 准确解释煤层压裂裂缝方位及长度。五是储层产量历史模拟。引进国际上最先进的评价系统软件, 选择各项参数对煤层气井的产气历史进行模拟, 分析影响煤层气井产能的主要因素, 设计出煤层气勘探开发的最佳方案。六是煤层气实验样品测试。引进一些新仪器, 对煤芯样品进行含气量、突破压力以及相渗透率等进行测定。

5 结语

总之, 煤层气具有很大的开采利用价值。西气东输工程加速了我国煤层气产业的发展步伐, 给煤层气选区带来勘探开发机遇。中国煤层气资源量丰富, 具备补充或接替常规天然气的坚实基础。目前我国已经形成了自身特有的煤层气勘探开发理论, 适台中国地质条件的煤层气勘探技术也日趋承受, 相信在不久的将来, 煤层气工业将会崛起并快速发展, 成为我国能源结构的重要组成部分。

参考文献

[1]张遂安.有关煤层气勘探过程中的理论误导剖析[J].中国煤层气, 2004, (2) :7-8

[2]赵庆波, 田文广.中国煤层气勘探开发成果与认识[J].天然气工业, 2008, (3) :16-18

浅析煤层气开采技术与发展趋势 第6篇

煤层气是成煤母质在煤化作用过程中形成的, 主要以吸附状态赋存于煤层或煤系地层中, 以甲烷为主要成分的非常规天然气资源。它俗称瓦斯, 是一种新型洁净的能源, 它不同于呈液态赋存的石油, 又有别于主要以游离态存在于地层中的常规天然气。

经过十几年国内各部门自行的勘探工作, 尽管未能取得煤层气商业开发的突破, 但是, 在引进、消化、吸收美国成功经验的基础上, 在地质选区、实验室测试、钻井的工程工艺、试井、压裂和排采等方面取得了一些突破性的进展。

1煤层气开采技术

1.1 煤层气的勘探

煤层气的储集和富集与地下的构造有密切关系, 并不遵循背斜构造圈闭的理论, 美国煤层气勘探实践证明, 大量产气的煤层气藏是一种压力圈闭气藏, 主要是水压圈闭气藏, 多分布在向斜和单斜的底部位置;气压圈闭气藏形成机理与油气圈闭相似, 只是储集空间是煤层的微孔隙。裂缝发育带一般代表了高渗透带, 对于水压圈闭气藏, 向斜与背斜带底部的裂缝发育区往往是吸附气富集区。煤层若处于区域或局部构造强烈变形或断裂发育带, 则煤层气往往难于保存而易于散失。强烈火山岩活动对煤层有破坏作用, 但活动较小却有利于煤层有机质向气态的转化或煤阶的逐渐升高, 从而提高煤层气的产量。煤层顶底板的岩性对煤层含量也有影响, 当煤气顶底板岩性致密时, 从中扩散出去的气体少, 煤层气含量就高。因此, 查明区域或局部构造的形态和地址特征、地址条件, 选择煤层气勘探开发最佳领域是拟定煤层气井位之前十分重要而必须做的工作。

1.2 钻井工程工艺技术

当前, 煤层气钻井的设备基本采用进口或国产1 500～2 000 m石油钻机, 在工艺上采用取心钻头和压轮钻头, 针对煤层常压或欠压、低渗的特点, 钻井液以清水和低密度水泥浆为主。目前已制定煤层气钻井工程规范。钻井法主要有欠平衡钻井法和定向钻井技术。欠平衡钻井法是在钻井过程中, 在可控条件下使钻井流体的压力低于被钻地层, 在井筒内形成负压。这样不仅增加了煤层气的产量, 提高了煤层气的开采效率而且避免了对储层的损害, 能够提高机械钻速, 降低钻井费用。定向钻井技术中, 定向煤层长钻孔可有效减少开采前方的煤层气含量, 无论是对透气性的煤层, 还是透气性好的煤层都有效果。凭借长孔钻井, 钻井工能有效地抽放本煤层和邻近层的煤层气。

1.3 煤层气的开采技术净化及增产

提高煤层气的开采技术净化及增产的方法主要有:①采用超短半径水平井。曲率半径远比常规岛短曲率半径水平井更短的一种水平井即超短半径水平井, 也称为超短半径径向水平井。超短半径水平钻井技术是一种在垂直井内对煤层打水平孔, 即沿煤层水平钻井形成井眼开采煤层气的技术。②降压法开采。降压开采技术是一种通过降压引起煤层气层稳态失衡来抽取煤层气的方法。首先开采下伏有力煤层气, 游离气体的不断减少, 破坏了吸附在煤层孔隙中的煤层气与煤层之间的平衡, 使其不停地向游离煤层气方向转移。还可以通过降低煤层压力将煤层中的煤层气解析出来。降压开采煤层气无热量消耗和损失, 可行性较高, 比较经济, 简单易行, 但单一使用降压开采煤层气较慢。

1.4 压裂技术、排采技术及增长措施

压裂技术是煤层气开发过程中的关键技术。其重要性在于对产层进行改造, 以提高生产层的产量。目前, 国外针对不同储层采用的压裂技术主要有交联凝胶压裂、加砂水力压裂、不加砂水力压裂和氮气泡沫压裂。此外, 在生产实践中采用了多次压裂 (2次以上) 和注水、注氮技术, 对低产气井的增产取得了很好的效果。煤层气的生产是通过排水采气实现的, 常用的技术主要是气举方法和管式泵磕头机等。磕头机的动力源在电网发达区用电机, 电网不能到达地区用气井生产的煤层气带动小型燃气动力装置。其水温、气体埋深、排水量、日产气量、累计产气量, 全部是自动化仪表记录。

2煤层气开采技术发展趋势

我国煤层产业急需解决的问题是在产业建设规划和管理、外商投资、开发利用方面需要优惠的鼓励政策, 在前期经济投入、国家投资和国际融资方面需要可靠的投资融资体系, 在技术创新和技术发展战略方面要做到理论突破、技术引进和科技投入, 重视优秀的技术和管理人才的及时补充。目前, 国内外煤层气的勘探开发有以下几个发展趋势:

1) 勘探开发煤层 (包括试验性开发、示范项目和煤层气商业性生产) 的规模有增大趋势;

2) 煤层气井深增加, 因煤埋藏越深, 形成甲烷的熟化特性越优;

3) 煤层气钻水平井数增加, 因水平井单井不压裂时煤层气产量高出直井压裂井的4倍;

4) 煤层气井压裂工艺技术有进步, 美国能源部和矿业局研究和实施了一种名为Kiel的压裂法, 增产效果显著。

3结语

总的来说, 我国煤层气的开采利用有着广阔的前景, 煤层气的开采技术也取得了一些成果。但是, 由于对煤层气的研究起步较晚, 仍面临技术、装备、人才等许多难题, 还需要进一步深入研究。

摘要：介绍了煤层气的国内开采技术现状, 煤层气的开采、净化及增产技术。分析了我国煤层气开发存在的问题和难题。指出我国煤层气资源十分丰富, 煤层气的开发和利用有广阔的前景。

关键词：煤层气,开采技术,发展趋势

参考文献

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[2]张艳玉, 魏晓霞.煤层气开采技术与发展趋势[J].河南石油, 2001 (2) .

薄煤层开采技术与开采设备的发展 第7篇

由于煤层薄、工作条件恶劣、回采效率低, 除特殊短缺煤种外, 大部分薄煤层被暂时放弃, 煤炭开采过程中“吃肥丢瘦”和“采厚弃薄”现象比较普遍, 致使相当一部分2m以下薄煤层未开采。薄煤层开采工艺可作为解放层开采的综采工艺, 开采解放层可防治冲击地压、冒顶和瓦斯突出、提高回采率, 是煤炭行业实现高效、安全生产的有效手段。

随着国家对资源管理力度加大与资源费用的大幅度提高, 煤炭产业已进入了快速发展时期。由于缺乏有效的开采手段使占煤炭总资源19%的大部分薄煤层未进行开采, 厚煤层的资源却在逐渐的枯竭, 薄煤层开采已经是势所必然。降低工作面劳动强度, 提高井下人员的安全系数, 推进综采自动化进程, 提高生产效率是薄煤层开采的关键因素, 研究薄煤层开采中的新技术, 开发高效智能煤机装备, 减少井下作业人数, 最终实现井下无人采煤工作面, 已成为国内外采煤行业的迫切需要解决和研究的方向。

如何实现薄煤层安全、高效、自动化开采, 保证高产高效矿井可持续性发展, 是全国煤炭行业所关注的重要问题之一, 薄煤层开采越来越引起人们的重视, 提高整个矿区薄煤层的开采能力, 实现高产高效和可持续发展已成为主要研究发展方向。

1 薄煤层开采设备

1.1 薄煤层综采工作面的主要技术难题

(1) 0.6m~1.3m煤层作业空间狭小, 工人操作困难。

(2) 在有限空间下难以采用大功率截割电机, 截割困难。

(3) 煤层厚度变化大, 起伏变化大。

(4) 自动化程度不高, 产量低。

1.2 关键技术研发

1.2.1 薄煤层采煤机

(1) 研发整体机身, 电控箱与牵引、行走部一体, 缩短机身长度;采用机身爬底方式, 降低机面高度;截割电机、牵引电机、行走部易于更换。

(2) 采用385k W的截割功率, 提高了破岩能力;摇臂结构短, 力臂小, 适应高截割强度;行星部分优化设计, 行星头外径最小 (320mm) , 提高滚筒装煤效果。

(3) 过桥处增加俯仰调整油缸, 俯仰角度 (+2°/-3°) ;通过液压油缸预紧压力, 保持支撑滑靴始终与底板接触;牵引力大 (52t) , 变频四象限控制模式, 适应45°工作面。

(4) 多传感器融合技术, 可同时完成对包括采煤机自身及周围环境60多点检测;采煤机自定位功能, 可配合三机实现推拉移架。

1.2.2 刨煤机

(1) 刨头无级调高装置, 解决刨煤机采高难以调节的难题。刨头高度可通过粗调或微调, 适应煤层采高, 解决了以往刨煤机采高难以调节的难题。

(2) 无级变速恒功率一体化驱动技术, 解决传统刨煤机组易断链、高耗能及重载启动的行业难题;改变传统刨刀的布置方式、改进刨刀结构, 提高刨煤能力。

(3) 研制防止刨头“飘刀”或“啃底”装置, 俯仰角度 (+6°/-6°) ;自动化控制和定量推移系统保证了刨煤机的截深并保持工作面的直线性。

(4) 自主开发基于一体化设计的刨煤机上下位工控机控制程序, 实现刨煤机组所有设备控制系统的无缝连接, 实现远程操作和控制、少人或无人工作面。

2 薄煤层开采设备特点

2.1 刨煤机组

2.1.1 设备组成

采煤系统 (刨煤机) ;运输系统 (刮板输送机) ;支护系统 (液压支架) ;控制系统 (电液控) ;供电及供液系统 (电站及泵) 。

2.1.2 机组特点

(1) 安全:刨头运行速度快、截深浅, 刨速最高可达3m/s, 最大截深120mm, 采煤机速度7m/min, 截深800mm。相同工作时间内, 瓦斯释放量小且释放均匀, 是采煤机开采的10%;自动覆盖刨头喷雾, 粉尘量是采煤机开采的20%;刨煤机工作面人员配置6人左右, 采煤机人员配置15人左右, 降低了人员管理风险。刨煤机特别适合于高瓦斯煤矿开采, 通风断面面积是采煤机开采的2.7倍, 满足煤安许可的最小行人空间要求。

(2) 高效:刨头以最大截深高速运行, 在仅1.3m厚的煤层中, 可实现4500吨的日产量和300m超长。

(3) 高效:相同条件下, 产量是采煤机开采的1.5倍;2cm以上块煤率是采煤机开采的2倍;可实现300m长工作面布置。

(4) 少人化:集中控制将采煤司机、刮板机司机、转载机司机、破碎机司机及泵站司机等8人合并为3人, 保证人员和设备的安全;可实现刨煤机、输送机、液压支架之间的联动;液压支架自动控制技术, 工作面支架可通过支架控制器实现手动控制;自动顺序联动;成组控制等多种操作方式。

(5) 高可靠:采用变频拖动技术, 负载均衡匹配, 减缓刨链冲击、延长设备使用寿命;采用故障报警专家诊断系统, 在设备异常问题未引发故障前能及时发现并解决, 提高开机率;完善的试验体系和先进的刨煤机产品试验台, 确保关键零部件的可靠性。中部槽滑架体进行静载与疲劳试验, 机组出厂前联合调试。

(6) 易维护:工作面不需铺设随机移动的电缆、水管等, 管理方便, 维护费用比采煤机开采低10%;刨煤机组传动装置位于顺槽内, 便于维护。

2.2 薄煤层采煤机组

2.2.1 设备组成

采煤系统 (采煤机) ;运输系统 (刮板输送机) ;支护系统 (液压支架) ;控制系统 (电液控) ;供电及供液系统 (电站及泵) 。

2.2.2 机组特点

(1) 成套化:以一体化设计为原则, 从系统的整体性研究成套设备的功能, 满足地质条件匹配、开采工艺匹配、配套尺寸匹配、使用性能匹配、生产能力匹配、使用寿命匹配, 统一标准、统一制造。

(2) 极限化:极限化的高度、倾角和长度满足多样化煤层条件;一次采全高满足8.0m, 薄煤层厚度可采0.7m;适应工作面最大倾角45°;可实现400m超长工作面开采。

(3) 智能化:采煤机工况监控、故障诊断、远程通信、记忆截割、端头防掉道、姿态检测等功能;刮板输送机工况监控, 刮板机运行更加平稳;工作面支架可通过支架控制器实现手动控制、遥控、自动顺序联动、成组控制等多种操作方式;工作面可实现视频监控。

3 薄煤层开采技术新趋势

(1) 解决薄煤层开采环境与过煤空间的矛盾, 使总装机功率进一步提高, 从而提高产量。

(2) 采用先进的工艺与技术提高设备工作的可靠性。

(3) 提高系统的自动化程度, 完善自动控制系统, 使设备能准确地判断机电设备和周围环境的状态, 从而使设备自动适应环境以达到最佳的工作状态;完善故障诊断系统, 使监控系统可迅速查找出故障原因, 及时对故障原因进行分析, 从而排除故障。

(4) 综采工作面可视化监测系统的研究, 针对井下工作面粉尘量大、照明差、设备动作复杂、区域狭长等特点研究合适的应对策略, 实现对整个工作面的远程监控。

4 薄煤层开采设备市场前景

《煤炭行业机械装备现状及发展思路暨煤炭机械发展“十二五”规划研究》中明确提出“十二五”期间综采设备的发展目标:研究与开发薄煤层开采技术和关键设备。中华人民共和国国家发展和改革委员会2012年12月发布的《特殊和稀缺煤类开发利用管理暂行规定》指出:特殊和稀缺煤类矿井采区回采率薄煤层不低于88%。国家、地方政策的出台为薄煤层开采设备的研制带来了良好的契机。

5 结语

薄煤层的开采难度大、成本高、安全系数低, 而改善这些因素也就成为薄煤层开采技术的前进方向。这就需要在薄煤层开采技术的深入发展中取长补短, 积极实现高产高效的开采工艺, 提高薄煤层工作面在采煤、支护、运输程序的机械化、自动化水准, 降低人力投入成本, 研发实用、适用的开采设备, 逐步实现机械化、自动化采煤。

摘要：本文分析薄煤层开采设备定位, 指出薄煤层开采技术新趋势:解决薄煤层开采环境与过煤空间的矛盾;总装机功率进一步提高从而提高产量;采用先进的工艺与技术提高设备工作的可靠性;提高系统的自动化程度, 完善自动控制系统。探讨了薄煤层开采设备市场前景及研制意义, 最后对薄煤层开采技术与开采设备的发展做出总结:提高薄煤层工作面在采煤、支护、运输程序的机械化、自动化水准, 降低人力投入成本, 研发实用、适用的开采设备, 逐步实现机械化、自动化采煤。

关键词：薄煤层,采煤机,刨煤机

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