煤与瓦斯共采设计软件研发

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1、煤与瓦斯共采设计软件研发可行性研究报告中平能化研究院瓦斯研究所2010年10月煤与瓦斯共采设计软件研发可行性研究报告一、概述1、项目名称、起止时间、承担单位与协作单位项目名称：煤与瓦斯共采设计软件研发起止时间：2011年1月-2012年12月承担单位：中平能化研究院瓦斯研究所2、简述项目的现状、研究的目的、意义及国内外技术概况1)项目的现状瓦斯，亦称煤层气，是在煤的生成和变质过程中伴生的气体，是一种具有强烈温室效应的气体，其大量直接排放将严重污染大气环境，但是，瓦斯又是经济的可燃气体，是一种清洁、方便、高效的能源。据估计，全球

2、埋深浅于2000m的煤层气资源量约为240万亿m3，是常规天然气探明储量的两倍多。中国是世界上煤层气资源最丰富的国家之一，全国陆上煤田埋深浅于2000m的资源量为36.7万亿m3，相当于450亿吨标准煤，与中国常规天然气资源量相当。但是，在煤矿开采过程中，瓦斯灾害是威胁煤矿安全生产的巨大隐患之一。近年来，随着开采深度和集约化生产程度的迅速提高，地质条件越来越复杂，煤层瓦斯已成为制约矿井安全高效生产的关键因素。大力开发煤层气，既可以充分利用地下资源，又可以改善矿井安全生产条件和提高经济效益，并有利于改善地方环境质量和全球大气环境

3、。实践表明，一旦煤层开采引起岩层移动，即使是渗透率很低的煤层，其渗透率也将增大数十倍到数百倍，甚至更多，为瓦斯运移和抽放创造了条件。因此，如何更有效地开发和利用煤层瓦斯，实现煤与瓦斯两种资源的安全高效共采，一直以来都是煤矿企业和广大科研工作者努力的方向和目标。1)研究的目的、意义项目研究的目的在于揭示煤岩采动的裂隙发育规律和煤层瓦斯吸附、解吸、运移规律，建立煤与瓦斯共采的时空协同机制，形成科学、有效、有针对性的煤与瓦斯共采理论体系和技术方法，开发煤与瓦斯共采设计软件，为煤炭资源的安全、高效、洁净开发和可持续发展提供科学依据和解

4、决方案。2)国内外技术现状a)煤层瓦斯赋存与运移煤中瓦斯的赋存形式有游离态和吸附态，其中吸附瓦斯占全部瓦斯含量的80%-90%,游离瓦斯量占10%-20%；在吸附瓦斯量中又以煤体表面吸着的瓦斯量占多数。煤的吸附性实际上是固体表面与气体或液体的一种表面作用，这种表面作用之所以能发生，是由于煤体表面的分子存在剩余的自由立场，当瓦斯分子碰到煤体表面时，其中一部分将被吸附，并释放出吸附热；在被吸附的瓦斯分子中，只有当其重新获得动能，并足以克服煤体表面引力场的位垒时，才能重新回到气相中形成游离态的瓦斯。1916年法国化学家朗缪尔（Lan

5、gmuir）在研究固体表面吸附特性时，得出了单分子层吸附的状态方程，即朗缪尔方程。随后，国内外瓦斯研究工作者经过实验和理论分析后发现，该方程同样适用于瓦斯在煤体表面的吸附。影响煤体吸附瓦斯的主要因素有：瓦斯压力、温度和煤的变质程度。冯增朝认为，煤体表面的吸附是固相、吸附相与气相构成的三相介质结构，正是由于吸附相的存在，才使煤的表面张力下降、煤的表面能降低，使煤的固体骨架发生相对膨胀，导致煤的强度降低，使煤易于破碎。煤体吸附瓦斯量多，吸附相瓦斯所占比例越大，则煤体强度降低的就越多；而煤体解吸瓦斯后，强度能有所提高。目前研究煤层瓦

6、斯运移的方法主要是渗流理论和扩散理论，其中渗流理论的核心是达西定律，是流体在多孔介质中的流动规律。扩散方程是菲克首先总结得出的，称菲克定律。对于煤岩体，王佑安等测定煤粒瓦斯放散速度时发现，当煤粒尺寸小于一定粒度后，煤粒的放散速度基本接近，因此把这一粒度称为极限粒度，认为煤体是由若干尺寸小的煤粒组成，尺寸小于极限粒度的煤粒中的瓦斯流动是扩散运动，符合菲克定律；煤粒尺寸大于极限粒度时，瓦斯在煤粒之间的流动是渗流运动，符合达西定律。即，在煤体的大孔和裂隙中，瓦斯流动是以压力梯度为动力，其运移遵循达西定律；而在微孔结构中，瓦斯流动是以

7、浓度梯度为动力，遵循菲克定律。a)煤层气开采与利用美国自20世纪80年代以来，进行了系统的煤层气地质基础研究，形成了“煤储层双孔隙几何模型”、“中阶煤生储优势与成藏优势理论”、“生物型或次生煤层气成藏理论”、“中阶煤选区评价理论”、“低渗极限与高煤阶煤层气缺陷理论”、“煤储层数值模拟技术”等为核心的煤层气勘探开发理论体系，在此基础理论支撑下，形成了“地面钻井-完井-试井-压裂-排采”为核心的技术工艺流程，是美国的煤层气年产量突破500×1012m3（2005年）。二十余年来，我国煤炭部门、石油部门、地矿部门、地方政府、国内外煤

8、层气公司等先后在中国42个含煤区施工了3000余口煤层气井，但是除了山西沁水盆地东南部、辽宁铁法、山西河东煤田等少数地区实现了局部商业化开发外，大多数煤层气井开发试验结果不理想，彭苏萍院士认为，其原因除客观地质因素影响外，最主要的是煤层气开发是一项系统工程，地质是煤层气开发的