2016年主要研究成果

 

　　一、如何评价废弃煤矿采空区煤层气资源是其开发中遇到的关键问题。在对煤炭开采覆岩变形破坏规律研究的基础上,通过理论分析和数学推导,建立了废弃矿井煤层气资源量评价模型和方法,对山西晋煤集团晋圣煤矿采空区煤层气资源进行了评价。研究结果表明,煤炭开采导致采场周围岩体应力重新分布,引起煤层顶底板岩体发生变形与破坏。采空区煤层气资源主要由吸附气和游离气组成,主要来源于煤柱及残留煤层、临近未采煤层和围岩中的游离气和吸附气。基于采动覆岩变形破坏分带特征,根据破碎岩体孔隙率和碎胀系数关系,分别建立了采空区垮落带和断裂带内岩体孔隙体积模型。结合煤层气资源在废弃矿井中的分布特征,考虑煤炭开采采空区积水情况,建立了采空区积水量计算和含水饱和度计算模型,提出了废弃矿井煤层气资源量计算方法,对山西晋煤集团晋圣煤矿采空区煤层气资源进行了评价分析,评价结果认为,废弃煤矿采空区煤层气资源丰富,井田面积为6.5 km²,二叠系山西组3号煤层煤层气总资源量为5.871 7×10⁸m³,其中吸附气资源5.835 3×10⁸m³,游离气资源0.036 4×10⁸m³,资源丰度为0.902 0×10⁸m³/km²。

 

　　二、煤矿采空区岩体渗透性是煤矿采空区煤层气抽采设计的基本参数。从煤矿采空区岩体变形-破坏特征分析入手,通过理论分析研究了岩体渗透性与应力之间的耦合关系和模型,揭示了采空区岩体应力-应变和渗透性分布规律。研究结果表明:不同岩性岩石的渗透性在全应力-应变过程中为应变的函数,采空区岩体渗透性决定于岩体破坏程度和断裂的张开度,基于采空区岩体应力-应变导致断裂开度变化,推导了采空区岩体渗透系数与应力之间的三维关系与模型;应用FLAC^3D计算软件,对采空区岩体应力-应变-渗透性进行了数值模拟计算,分析了采空区岩体的变形破坏的分区分带特征,在纵向上自上而下形成弯曲下沉带、断裂带和垮落带;在横向上划分为原岩应力区、超前压力压缩区、卸载应力区和岩体应力恢复区;揭示了采空区岩体渗透性分布与采空区岩体应力-应变和破坏规律相一致的特征。无论是垂直渗透系数比(Kz/Kz0),还是水平渗透系数比(Ky/Ky0),均随着距开采煤层垂直距离的增大,采空区岩体渗透性逐渐减小,且采空区边缘的渗透系数较大,采空区两侧煤柱区岩体渗透性显著降低。

 

　　三、煤储层应力敏感性是影响煤层气井产能的关键地质因素,在煤层气井排采过程中如何降低或避免煤储层应力敏感性对渗透性的影响是值得考虑的问题。通过不同应力下煤储层渗透性试验,研究了有效应力作用下煤储层渗透率的变化规律;在对已有应力敏感性评价参数分析的基础上,提出了新的应力敏感性系数S1与S2,揭示了有效应力对煤储层渗透性的影响规律。研究结果表明:煤储层渗透率随有效应力的增加按负指数函数规律降低,在煤层气开发中煤储层表现出明显的应力敏感性;试验煤样应力敏感回归系数a为0.099~0.115 MPa^–1,平均为0.108 MPa^–1,应力敏感性系数S1为0.383~0.436,平均为0.414,应力敏感性系数S2为0.572~0.666,平均0.625;应力敏感性系数S₁与S₂具有整体性与唯一性,可以结合应力敏感回归系数a进行煤储层渗透率应力敏感性评价。

 

题名	来源	发表时间
沁水盆地南部地应力场特征及其研究意义	煤炭学报	2010
煤层气/页岩气开发地质条件及其对比分析	煤炭学报	2013
断裂结构面对回采工作面矿压及顶板稳定性的影响	煤田地质与勘探	2006
煤储层应力敏感性及影响因素的试验分析	煤炭学报	2012
淮南矿区地应力条件及其对煤层顶底板稳定性的影响	煤田地质与勘探	2007
高煤级煤储层渗透性与应力耦合模型及控制机理	地球物理学报	2013
煤岩变形力学特性及其对渗透性的控制	煤炭学报	2012
不同岩性顶板回采工作面矿压分布规律	煤田地质与勘探	2006
基于岩性-结构的煤层底板突水危险性评价	煤田地质与勘探	2011
鄂尔多斯盆地东南缘地应力、储层压力及其耦合关系	煤炭学报	2013
考虑应力敏感性的煤层气井产能模型及应用分析	煤炭学报	2014
基于测井参数的煤层含气量预测模型与应用	煤炭科学技术	2014
晋城矿区煤体结构及其测井响应特征研究	煤炭科学技术	2015