寺河矿的简介

2006年2月1日19时02分，山西省晋城煤业集团公司寺河煤矿发生局部瓦斯爆炸，造成23人遇难，53人受伤（其中重伤6人）。事故发生后,国务院领导做出重要批示,要求全力抢救伤员,做好善后工作,一定要查明事故原因,吸取事故教训。晋城煤业集团公司是国有重点煤矿企业。寺河煤矿是高瓦斯矿，1993年经原国家计委批准立项，1996年开工建设，2002年竣工投产，设计能力400万吨/年，2005年经山西省煤炭工业局核定能力为1080万吨/年。主井为斜井，副井为立井，盘区式开拓，中央和分区混合式通风。

寺河煤矿事故发生在交接班过程中。经初步了解，造成事故的原因是：寺河煤矿在东二盘区2307回采工作面安装设备时，封闭的采区巷道内发生局部瓦斯爆炸（原因正在调查），冲击波摧毁3道密闭墙，致使在2307工作面四条进风巷道内的作业人员一氧化碳中毒，造成人员重大伤亡。

位于山西省沁水县嘉峰镇殷庄村和寺河村之间。隶属于山西晋煤集团。

2006年经山西省煤炭工业局核定矿井生产能力为1080万吨/年，是晋城煤业集团首个千万吨级矿井。

矿井位于沁水煤田东南边缘，矿区西侧紧邻侯月铁路，距候月铁路嘉峰车站1公里，距阳城电厂20余公里，并有铁路专用线直接相连。携太行神韵，踏三晋雄风，乘时代快车。寺河矿伴随着晋煤集团又好又快发展的时代节拍，迈着铿锵有力的步伐，向着“三晋第一矿”、“中华品牌矿”、“世界知名矿”的目标不断进取、奋力攀登。

颜志丰1 琚宜文1 侯泉林1 唐书恒2

基金项目:国家自然科学基金项目(No.4103042240972131)国家重点基础研究发展规划(973)课题(No.2009CB219601)国家科技重大专项课题(2009ZX05039-003)中国科学院战略性先导科技专项课题(XDA05030100)河北工程大学博士基金课题。

作者简介:颜志丰,1969年生,男,河北邯郸人,博士后,长期从事能源地质和构造地质研究。Email:yanzf@gucas.ac.cn。

(1.中国科学院研究生院地球科学学院 北京 1000492.中国地质大学(北京)能源学院 北京 100083)

摘要:为模拟研究煤储层水力压裂效果,对煤样进行了饱水条件下的常规单轴压缩试验和声发射测试。对结果进行分析表明:在常规单轴压缩条件下,煤在平行层面上其力学性质具有方向性差异,平行面割理方向的单轴极限抗压强度要比垂直面割理方向的单轴极限抗压强度大得多,其弹性模量也大得多。煤样在垂直面割理方向弹性模量E随着单轴极限抗压强度σc的增加而增加,相关性较高,平行面割理方向弹性模量E随着抗压强度的增高而增高,但离散性较大。在单轴压缩条件下煤样变形破坏表现出的全应力—应变曲线形态大体可以概括为3种类型。

关键词:单轴压缩试验力学性质各向异性饱和含水率割理

Uniaxial Mechanical Test of Water-saturated Coal Samples in Order to Simulate Coal Seam Fracturing

YAN Zhifeng1 JU Yiwen1 HOU Quanlin1 TANG Shuheng2

(1.College of Earth Science, Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049 2.School of Energy Resources, China University of Geosciences (Beijing), Beijing 100083 China)

Abstract: In order to simulate effect of hydraulic fracturing in coal reservoir,conventional uniaxial compres- sion test and acoustic emission test on the water-saturated coal samples were hold. The results showed that the me- chanical properties in parallel to the level of coal have directional difference. Under the conditions of conventional uniaxial compression. The uniaxial limit compressive strength in direction parallel to the face cleat is much larger than it in the vertical, so is the elastic modulus. The elastic modulus of coal increased with the increasing of com- pressive strength, however it is higher correlation in the direction of vertical face cleat, but a larger dispersion in parallel. The complete stress-strain curve shape showed by deformation of coal samples under uniaxial compression can be roughly summarized as 3 types.

Keyword: uniaxial compression testmechanical propertiesAnisotropysaturated water contentcleat

1 前言

煤层气是储存于煤层内的一种非常规天然气,其中CH4含量多数大于90%,是一种优质洁净的气体能源(单学军,2005)。我国煤层气资源十分丰富,根据新一轮全国煤层气资源评价结果,在全国19个主要含煤盆地,适合煤层气勘探的埋深300~2000m范围内,预测煤层气远景资源量为36.8万亿m3。煤层气主要是以吸附状态存在于煤层内,也有少量以游离状态存在于孔隙与裂缝中(Smith D M,1984)。就孔隙结构而言,煤的孔隙结构可分为裂缝性孔隙和基岩孔隙。人们又习惯地把煤岩中的内生裂缝系统称为割理。其中面割理连续性较好,是煤中的主要裂隙,端割理是基本上垂直于面割理的裂缝,只发育在两条面割理之间,把基岩分割成一些长斜方形的岩块体(李安启,2004)。

渗透率高的煤层产气量往往较高,而低渗透率的煤层产气量较低。水力压裂改造措施是国内外煤层气井增产的主要手段。而我国的煤层气储层普遍属于低渗透煤储层,研究表明:我国煤层渗透率大多小于50×10-3μm2(张群,2001)。因此,目前国内的煤层气井采用最广泛的完井方法是压裂完井,煤层和砂岩的岩性特征有很大的区别,压裂施工中裂缝在煤层中的扩展规律与在砂岩中的扩展规律也不相同,为了解煤层的压裂特征和压裂效果就需要对煤层压裂进行模拟研究,要进行模拟研究就需要研究煤岩的力学性质。

通过试验研究煤岩的力学性质,发现煤岩具有尺寸效应——即煤岩的尺寸对试验结果具有影响,Daniel和Moor在1907年就指出(Daniels J,1907):小立方体的屈服强度高于大立方体,而且当底面积保持常数时,随着试块高度的增加,其屈服强度降低。研究过煤岩尺寸效应的还有Bunting(Bunting D.1911)。Hirt和Shakoor(Hirt A M,1992),Med-hurst和Brown(Medhurst T P,Brown E T.A,1998),吴立新(1997),刘宝琛(1998),靳钟铭(1999)等。

由于单轴力学性质试验结果受尺寸、形状等因素制约,因此进行单轴岩石压缩试验时,对试验样品的加工有一定的要求,通常试件做成圆柱体,一般要求圆柱体直径48~54mm,高径比宜为2.0~2.5,试件端面光洁平整,两端面平行且垂直于轴线。

2 试验方法说明

在单轴压缩应力下,煤块产生纵向压缩和横向扩张,当应力达到某一量级时,岩块体积开始膨胀出现初裂,然后裂隙继续发展,最后导致破坏(闫立宏,2001)。为避免其他因素的影响,采用同一试样,粘贴应变片,在测试强度过程中同时用电阻应变仪测定变形值。

2.1 煤样制备和试验方法

实验煤样采自沁水盆地南部晋煤集团寺河煤矿3#煤层。煤样制备和试验方法参照中华人民共和国行业标准《水利水电工程岩石试验规程(SL264-2001)》(中华人民共和国水利部.2001),以及国际岩石力学学会实验室和现场试验标准化委员会提供的《岩石力学试验建议方法》(郑雨天,1981)进行的。沿层面方向在大煤块上钻取直径为50mm,高为100mm的圆柱样,煤样轴向均平行煤岩层面。为研究平行面割理和垂直面割理方向煤岩力学性质的差异,制备了两组煤样。一组煤样平行面割理方向,样品数10个,编号DP1-DP10另一组煤样垂直面割理方向,样品数10个,编号DC1-DC10。试验前对煤样进行了饱水处理(48h以上)。单轴实验设备为WEP-600微机控制屏显万能试验机。记录设备为30吨压力传感器,7V14程序控制记录仪。数据处理设备为联想杨天E4800计算机及相应的绘图机、打印机。试验工作进行前测试了煤样的物理性质,对试件进行了饱水处理。进行单轴压缩试验的煤样条件见表1。

表1 煤样条件

2.2 计算公式

单轴抗压强度计算公式

中国煤层气技术进展:2011年煤层气学术研讨会论文集

式中:σc为煤岩单轴抗压强度,MPaPmax为煤岩试件最大破坏载荷,NA为试件受压面积,mm2。

弹性模量E、泊松比μ计算公式:

中国煤层气技术进展:2011年煤层气学术研讨会论文集

式中:E为试件弹性模量,GPaσc(50)为试件单轴抗压强度的50%,MPaεh(50)为σc(50)处对应的轴向压缩应变εd(50)为σc(50)处对应的径向拉伸应变μ为泊松比。

3 试验结果与分析

3.1 加载轴线方向对煤块的抗压强度σc和弹性模量有显著的影响。

试验结果数据见表2。从表中可以看出,平行面割理方向的单轴极限抗压强度要比垂直面割理方向的单轴极限抗压强度大得多,其弹性模量也大得多,抗拉强度平均值高出2/3,而弹性模量更是高出一倍。这说明即使在平行煤的层面上其力学性质也具有方向性,不同方向上其值大小有显著差异。

表2 煤样单轴抗压强度试验结果

注:DP9沿裂隙面破裂,没有参与力学性质分析。

煤是沉积岩,小范围内同一煤分层在形成环境、形成时代上都是相同的,可以认为小范围内在平行煤的层面上,煤的组分、煤质等是均匀的,变化非常小,所以沿平面上力学性质的差异与煤质、组分等关系不大。推测其原因是由于在地史上受到构造应力的影响,构造应力具有方向性,在不同的方向上其大小不同,使煤在不同的方向上受到地应力作用的大小程度也不同,导致煤在不同方向上结构有所不同,从而表现出来在不同方向上力学性质的差异,在受力较大的方向上可能会表现出较大的强度。由于在构造力作用下沿最大主应力方向裂隙最容易发育,发育程度也应该较好,沿最小主应力方向上裂隙发育程度要差些。发育好的裂隙往往形成面割理,因而在平行面割理的方向上抗压强度和弹性模量都高,而在垂直面割理的方向上其值相对就会小些。

3.2 煤岩单轴极限抗压强度与其他性质之间的关系

由表2可知煤样的抗压强度离散性较大,影响因素是什么?煤的密度与含水状态对单轴抗压强度有什么影响?现分析如下:

图1-a表示了极限抗压强度σc与饱和密度ρw之间的关系。从图中可以看出,无论是C组、P组还是全部样品,随着饱和密度的增加,煤块的极限抗压强度都有增加的趋势,说明随着饱和密度的增加,抗压强度有增加的趋势。

图1 σc与其他性质之间的关系

图1-b表示极限抗压强度σc与饱和吸水率ωs之间的关系。从图中可以看出,C组样品随饱和吸水率的增加抗压强度有减少的趋势,而P组样品单轴抗压强度和饱和吸水率的相关性非常低,可以认为饱和吸水率对P组样品没有影响。由此可见,饱和吸水率的增高使垂直面割理方向的抗压强度降低,而对平行面割理方向的单轴极限抗压强度影响很小。

图1-c表示单轴极限抗压强度σc与弹性模量E之间的关系。从图中可以看出C组样品单轴极限抗压强度σc与弹性模量E之间具有明显的正相关性,即垂直于面割理方向的单轴极限抗压强度随着弹性模量的增加而增加,P组样品具有不明显的线性正相关,即平行于面割理方向的单轴极限抗压强度σc与弹性模量E的增加而增加,但离散性较大。

图1-d表示单轴极限抗压强度σc与泊松比μ之间的关系。从图中可以看出C组样品单轴抗压强度与泊松比之间具有较明显的负相关关系,也就是说垂直于面割理的单轴抗压强度随着泊松比的增高而降低但是P组样品的相关性很低,即平行于面割理方向的单轴极限抗压强度σc与泊松比的变化无关。

3.3 弹性模量和其他性质之间的关系

图2-a表示弹性模量E与泊松比μ之间的关系。从图中可以看出C组样品、P组样品及全部样品相关性均不明显。说明弹性模量与泊松比之间的变化互不影响。

图2 弹性模量E与其他性质之间的关系

图2-b表示弹性模量E与饱和密度ρw之间的关系。从图中可以看出无论C组还是P组,样品弹性模量与饱和密度相关性非常弱,可以认为不相关。由此可见弹性模量不受饱和密度变化的影响。

图2-c表示弹性模量E与饱和吸水率ωs之间的关系。从图中可以看出C组样品弹性模量与饱和吸水率相关性较高,呈明显的负相关关系但是P组样品的相关性却很低,几乎不相关。由于C组样品以垂直轴向的裂隙为主,在压力作用下煤样的变形等于煤岩本身的变形再加上水的变形,水是液体,在压力作用下很容易变形,在压力不变的情况下随着水含量的增加变形随之增大,而产生较大的轴向变形,导致C组的煤样随着含水量的增加弹性模量变小。而P组样品裂隙以平行轴向为主,尽管在饱水的情况下裂隙中完全充填了水,但由于水含量很少,承载压力的主要是煤岩本身,变形量也是由煤岩本身决定的,因此它与含水量关系不明显。

3.4 泊松比和其他性质之间的关系

由图3-a中可以看出C组样品、P组样品和全部样品的泊松比与饱和密度之间散点图均比较离散,相关性很低,也可以说它们不相关。

由图3-b中可以看出C组样品、P组样品和全部样品的泊松比与饱和吸水率之间相关性很低,可以认为它们不相关。

3.5 煤岩单轴压缩全应力—应变曲线类型

岩石试件从开始受压一直到完全丧失其强度的整个应力应变曲线称为岩石的全应力应变曲线(重庆建筑工程学院,1979)。大量岩石单轴压缩实验表明,岩石在破坏以前的应力应变曲线的形状大体上是类似的,一般可分为压密、弹性变形和向塑性过渡直到破坏这三个阶段。

煤是一种固体可燃有机岩石,由于成煤物质的不同及聚煤环境的多样化,煤的岩石组分、结构特征比较复杂。因此,在单轴压缩条件下煤样变形破坏机制及表现出的全应力—应变曲线形态多种多样,大体可以概括为3种类型。

3.5.1 迸裂型

应力—应变曲线压密阶段不明显,加速非弹性变形阶段很短,曲线主要呈现表观线弹性变形阶段直线,直到发生破坏,见图4-a。具有迸裂型全应力—应变曲线特征的煤样,通常均质性较好、强度较大、脆性较强,其抗压强度通常很高。煤样在整个压缩变形过程中,积聚了大量弹性应变能,而由于发生塑性变形而耗散的永久变形能相对较小。因此,当外部应力接近其极限强度而将要发生破坏时,煤岩内积聚的大量弹性应变能突然、猛烈地释放出来并发出较大声响,形成一个很高的声发射峰值。

图3 泊松比μ与饱和吸水率ωs之间的关系

图4 煤岩样品应力—应变关系曲线图

3.5.2 破裂型

应力较低时,出现曲折的压密阶段,当应力增加到一定值时,应力—应变曲线逐渐过渡为表观线弹性变形阶段最后变为加速非弹性变形阶段,直到发生破坏,见图4-b。试件随荷载的增加,煤样受力结构逐渐发生变化,同时出现局部张性破坏,但整体仍保持完整,并在变形过程中也积聚了一定的弹性应变能。当外部应力接近其抗压强度,即煤岩发生加速变形时,煤岩中积聚的弹性应变能就突然释放,产生较高的声发射值,破坏时声发射强度又变得非常低。

3.5.3 稳定型

应力—应变曲线压密阶段不明显,表观线弹性变形阶段呈略微上凸的直线,加速非弹性变形阶段较长,见图4-c。试件随荷载的增加,煤样受力结构逐渐发生变化,同时出现局部张性破坏,并在变形过程积聚的弹性应变能释放,形成振铃计数率峰值,随后振铃计数率迅速降低,并在加速非弹性变形阶段开始时出现新的振铃计数率峰值,接近破坏时又出现一次振铃计数率峰值。破坏时声发射强度又变得非常低。

4 结论

通过上面对沁水盆地寺河煤矿3号煤力学试验,可以得出如下结论:

(1)煤岩单轴抗压强度和弹性模量等力学性质在平行煤层的平面上具有方向性差异,平行面割理方向的单轴极限抗压强度要比垂直面割理方向的单轴极限抗压强度大得多,其弹性模量也大得多。

(2)煤的极限抗压强度σc随着饱和密度ρw的增加而增加极限抗压强度σc在垂直于面割理方向上随饱和吸水率ωs的增加而减少,而在平行面割理方向上与饱和吸水率无关单轴极限抗压强度σc随着弹性模量E的增加而增加,在垂直面割理方向上相关程度较高,在平行面割理方向上离散性较大。单轴极限抗压强度σc在垂直面割理方向上随着泊松比μ增加而减小,而在平行面割方向上与泊松比无关。

(3)弹性模量E的变化不受泊松比变化的影响,同时也不受饱和密度的影响垂直面割理方向弹性模量随着饱和吸水率ωs的增加而减小,而平行面割理方向弹性模量与饱和吸水率无关。

(4)泊松比μ的变化既不受饱和密度变化的影响,也不受饱和吸水率ωs变化的影响。

(5)在单轴压缩条件下煤样变形破坏表现出的全应力—应变曲线形态大体可以概括为3种类型:(1)迸裂型(2)破裂型(3)稳定型。

参考文献

单学军,张士诚,李安启等.2005.煤层气井压裂裂缝扩展规律分析.天然气工业,25(1),130~132

靳钟铭,宋选民,薛亚东等.1999.顶煤压裂的实验研究.煤炭学报,24(1),29~33

李安启,姜海,陈彩虹.2004.我国煤层气井水力压裂的实践及煤层裂缝模型选择分析.天然气工业,24(5),91~94

刘宝琛,张家生,杜奇中等.1998.岩石抗压强度的尺寸效应.岩石力学与工程学报,17(6),611~614

吴立新.1997.煤岩强度机制及矿压红外探测基础实验研究.北京:中国矿业大学.

闫立宏,吴基文.2001.煤岩单轴压缩试验研究.矿业安全与环保,28(2),14-16

张群,冯三利,杨锡禄.2001.试论我国煤层气的基本储层特点及开发策略.煤炭学报,26(3),230~235

郑雨天等译.1981.国际岩石力学学会实验室和现场标准化委员会:岩石力学试验建议方法.北京:煤炭工业出版社

中华人民共和国水利部.2001.水利水电工程岩石试验规程(SL264~2001).北京:地质出版社

重庆建筑工程学院,同济大学编.1979.岩体力学.北京:中国建筑工业出版社

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Hirt A M,Shakoor A. 1992. Determination of Unconfined Compressive strength of Coal for pillar Design. Mining Engineer- ing, (8), 1037 ～1041

Medhurst T P, Brown E T. 1998. A study of the Mechanical Behavior of Coal for Pillar Design. Int. J. Rock. Min. Sci.35 (8), 1087～1104

Smith D M, Williams F L.Diffusional effects in the recovery of methane from coalbeds. SPE, 1984: 529～535.SPE,1984:529～535

乡和村西北部，东距晋城市约30公里，西距寺河矿井工业广场40公里。寺河矿二号井是晋煤集团所属矿井中的小型矿井，早在1994年开工建设时设计生产能力仅为15万吨/年，到了2008年生产能力已实现90万吨/年，目前正在办理180万吨/年产能释放项目的行政许可手续，预计将于6月底完成。从15万吨/年到180万吨/年的转变，晋煤集团凤凰山矿和寺河矿二号井荣膺2009年度全国煤炭工业先进煤矿称号。

都新建 田永东 何庆宏 赵祉友 赵小山

( 晋城无烟煤矿业集团有限责任公司，山西晋城 048000)

基金项目: 国家科技重大专项项目 63 “山西晋城矿区采气采煤一体化煤层气开发示范工程” ( 编号为2008ZX05063) 。

作者简介: 都新建，男，晋煤集团副总经理，高级工程师通讯地址: 山西省晋城市城区北石店镇邮政编码: 048006联系电话和传真: 0356 2190326 电子邮箱: jangcoal@126. com

摘 要: 寺河矿区范围内进行地面煤层气井抽采已经有 6 年的时间，为对煤层气井抽采效果进行评价，在该矿区施工了抽采效果检测井，并进行含气量测试。根据现今含气量，结合历史生产情况分析，结果表明煤层含气量每年平均可以降低 1. 36 ～2. 40m3/ t。根据这一结论，在时间和空间上，可以使地面煤层气抽采和井下煤矿生产更好地衔接起来，为今后的煤层气设计提供依据。

关键词: 寺河矿 煤层气井 抽采效果 评价

Surface Coalbed Methane Extraction Effect Test in Sihe Mining Area

DU Xinjian TIAN Yongdong HE Qinghong ZHAO Zhiyou ZHAO Xiaoshan

( Shanxi Jin cheng Anthracite Mining Group Co. Ltd. ，Jin cheng 048006，China)

Abstract: We are engaged in surface extraction of coalbed methane has been 6 years in Sihe mine. In order to evaluate the extraction effect of coalbed methane，we designed one CBM well for testing and tested the gas con- tent. According to the present gas content and the analysis of production history，the results show that the average coal seam gas content can be reduced 1. 36 ～ 2. 40m3/ t per year. This conclusion can make the surface extraction of coalbed methane and underground coal production more harmonious in time and space and provide the basis for the design of coalbed methane in the future.

Keywords: Sihe minecoalbed methane wellthe extraction effectevaluation

在寺河区块已有一定抽采时间的煤层气井中，借助国家科技重大专项的契机，施工抽采效果检测井，并进行研究，检测在抽采一定年限后，区域煤层含气量的下降情况，并根据历史生产情况进行拟合分析，得出一定的预测曲线，为煤矿煤层瓦斯含量的降低及煤层气井的排采做出一定的指导。

1 总体设计

1.1 总体要求

通过资料收集，分析施工地面参数井煤层气井残余气含量数据变化，揭示晋城矿区典型地区不同抽采周期地面煤层气开发后煤层残余气含量的变化规律，为煤层气后续抽采及煤矿生产接续提供科学依据。

1.2 主要研究内容

国内外煤层气井开发残余气含量研究理论和方法调研不同抽采周期的煤层气井残余气含量数据分析晋城矿区地面煤层气开发后煤层残余气含量的变化规律研究。

1.3 技术方案

1.3.1 现场调研、收集资料

在国内外煤层气井开发残余气含量研究理论和方法调研的基础上，通过晋城矿区现场实地考察，调研并收集矿区内不同抽采时间的煤层气井区的煤层气含量分布等资料。

1.3.2 数据分析

依据相关资料和对不同抽采周期的煤层气井残余气含量数据进行总结分析，绘制相应等值线图，揭示晋城矿区典型地区地面煤层气开发后煤层残余气含量的变化规律。

1.4 参数井井位选择

通过现场考察，经过充分协商与沟通，计划实施 1 口参数井: 在寺河矿区 30 口抽采井群 ( 已抽采6 年以上) 和70 口抽采井群 ( 已抽采5 年以上) 内布置一口参数井 ( 图1) 。

图1 参数井井位布置图

1.5 参数测试设计

参数测试设计需要依据钻探工程设计中的预计煤层厚度来设计采样数量，目前主要依据收集的资料进行了初步设计。

1.5.1 采样数目及分析技术方法

采样数目及测试分析项目:根据要求，对地面参数井鉆遇的3、9、15号煤层进行测试，采集样品数及测试分析项目如表1。

表1 采集样品及测试项目

测试分析技术方法:各项测试分析，严格遵照现有国家标准、行业标准执行。

1.5.2 采样要求

钻井液:煤层段，特别是目标煤层，原则上选用清水作为钻井液。

取芯:采用绳索取芯，用于气含量测试的煤样，在500m以浅钻孔中提升时间不超过10min1000m以浅钻孔中提升时间不超过20min。

2 施工概况

2.1 施工简况

图2 井身结构图

试01井位于沁水县加峰镇桃掌村附近，为国家科技重大专项晋城矿区一体化煤层气开发示范工程的示范井，编号为SHSF01#。甲方为山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司，该井由沁水蓝焰煤层气有限责任公司设计并组织具体钻井施工。其目的在于检测周围煤层气井抽采3#煤层的效果，获得相应的储层资料。

本井由沁水蓝焰煤层气有限责任公司组织钻井施工任务。2010年11月2日一开钻进，钻头规格Φ311.15㎜三牙轮，11月5日下入Φ244.5㎜表层套管，经48小时固井候凝后下入Φ215.90㎜三牙轮钻头进行二开钻进，11月21日达到设计目的后完钻，完钻井深为495.00m。

2010年11月22日，完成测井作业。

2010年11月22日，完成固井作业。

2010年11月25日，完成固井质量声幅测井。

2010年11月25日进行试压，30分钟压力15兆帕没有下降，试压合格。

2.2 井身结构

2.2.1 井身结构示意图

井身结构示意图见图2。

2.2.2 井身结构数据表

井身结构数据见表2。

2.3 基本数据

施工情况见表3。

2.4 煤层、煤质与煤层瓦斯概况

2.4.1 煤层

本区主要含煤地层为石炭系上统太原组﹙C3t﹚和二叠系下统山西组﹙P1s﹚。揭露煤系地层厚度为141.00m，共见可采煤层四层，厚度分别为:3#煤层厚5.89m，7#煤层厚0.34m，9#煤层厚1.15m，15#煤层厚2.46m。本井为取芯井，取芯层位3#，9#，15#煤层段。

表2 井身结构数据表

表3 施工情况简介表

表4 煤层一览表

2.4.2 煤层瓦斯概况

本次钻井在钻遇3#、9#和15#煤层的过程中，未发现井口有冒气冒泡的现象。据已有地质资料:本井及其附近处于瓦斯富集带，邻近生产矿井寺河煤矿及其他矿井均为高瓦斯矿井，瓦斯涌出量大、煤层瓦斯压力较大。地质钻探资料及本井所返煤屑显示:3#、9#和15#煤层呈块状产出，空隙、裂隙均不甚发育，渗透性弱等特性，但从井内返出煤屑在泥浆循环池沉淀时有气泡析出，因此，该井应具有瓦斯抽放潜力。本井要想获得较为理想的抽放结果和可观的经济效益，需进行有效的压裂。

3 实测剩余气含量

3.1 目标煤层

井号:试01#

目标煤层3煤，深度387.88～393.68m，厚5.80m。现场采取解吸样5个

目标煤层9煤，深度437.54～438.74m，厚1.20m。现场采取解吸样2个

目标煤层15煤，深度479.07～481.67m，厚2.60m。现场采取解吸样4个(表5)。

表 5 煤芯样品采集情况一览表

3.2 气含量

气含量测定，遵照GB/T195592008《煤层气含量测定方法》执行。

3#煤共采集了5个解吸样，空气干燥基气含量8.97～12.45cm3/g，平均10.74cm3/g(报告内平均值均为算术平均值，以下类同)干燥无灰基气含量12.07～14.08cm3/g，平均12.88cm3/g空气干燥基甲烷含量8.55～12.09cm3/g，平均为10.20cm3/g干燥无灰基甲烷含量10.99～13.67cm3/g，平均12.24cm3/g。

9#煤共采集了2个解吸样，空气干燥基气含量26.08～27.66cm3/g，平均26.87cm3/g(报告内平均值均为算术平均值，以下类同)干燥无灰基气含量30.04～32.99cm3/g，平均31.51cm3/g空气干燥基甲烷含量25.76～27.14cm3/g，平均为26.45cm3/g干燥无灰基甲烷含量29.67～32.37cm3/g，平均31.02cm3/g。

15#煤共采集了4个解吸样，空气干燥基气含量22.01～26.34cm3/g，平均24.92cm3/g干燥无灰基气含量28.61～30.17cm3/g，平均29.43cm3/g空气干燥基甲烷含量21.65～25.88cm3/g，平均为24.50cm3/g干燥无灰基甲烷含量28.14～29.65cm3/g，平均28.93cm3/g(表6)。

表 6 煤层瓦斯含量表

3.3 吸附时间

3#煤样品吸附时间变化4.69～18.69天，平均9.26天。

9#煤样品吸附时间变化1.30～1.97天，平均1.64天。

15#煤样品吸附时间变化1.64～2.95天，平均2.27天。

4 周围取芯井数据

4.1 目标煤层

井号:SH020#，SH036#

目标煤层3煤。

4.2 气含量

气含量测定，遵照GB/T195592008《煤层气含量测定方法》执行。

SH020#:3#煤共采集了5个解吸样，空气干燥基气含量21.07～23.55cm3/g，平均22.31cm3/g(报告内平均值均为算术平均值，以下类同)干燥无灰基气含量22.01～24.23cm3/g，平均23.12cm3/g空气干燥基甲烷含量16.31～22.09cm3/g，平均为19.20cm3/g干燥无灰基甲烷含量17.35～23.47cm3/g，平均20.41cm3/g(表7)。

表7 煤层瓦斯含量表

SH-036#:3#煤共采集了5个解吸样，空气干燥基气含量20.81～25.41cm3/g，平均23.11cm3/g(报告内平均值均为算术平均值，以下类同)干燥无灰基气含量23.48～27.28cm3/g，平均25.38cm3/g空气干燥基甲烷含量19.73～24.68cm3/g，平均为22.21cm3/g干燥无灰基甲烷含量21.99～25.63cm3/g，平均23.81cm3/g(表8)。

表8 煤层瓦斯含量表

5 周围排采井分析

根据上述周围煤层气井的排采数据进行统计，得出表9数据，其中SH-018#～SH-021#抽采时间为6年，SH026#～SH029#抽采时间为5年。

表9 周围煤层气井产气量表

假设煤层气初始含气量为A，日产气量为C，经过D年的抽采后，煤层剩余瓦斯含气量为B，煤层气井控制范围为R，煤层高度为H，煤炭比重为1.5，则可推断出下列等式:

中国煤层气技术进展: 2011 年煤层气学术研讨会论文集

即:

中国煤层气技术进展: 2011 年煤层气学术研讨会论文集

所以得出:日产气量与年煤层瓦斯含量呈指数变化关系。

预测图如图3。

图3 年产气量与年煤层瓦斯含量降低关系图

6 验证结论

通过对抽采效果检测井试01井的取芯数据与SH020#、SH036#进行对比分析(图4，表10，表11)，因此周围煤层气井未抽采9#，15#煤层，故在此不作对比。

图4 取芯井瓦斯含量对比图

表10 煤层瓦斯含量对比表

表11 煤层瓦斯含量对比表

按照6年的排采时间来算，平均每年降低1.36～1.5cm3/g。

按照5年的排采时间来算，平均每年降低2.31～2.40cm3/g。

综合进行分析，得出结论，在寺河矿区煤层气的抽采下，煤层气含量将以每年1.36～2.40cm3/g的速度降低，最后必将降至煤矿可采煤层瓦斯含量以下。

7 结束语

由于目前国内抽采效果检测井较少，而在寺河区块属于首次，但是只做了1口，故数据尚不完全，得出的结论尚不完整，今后晋煤集团将借助重大科技专项以及公司科研项目的实施，做出更多的试验性成果，在此对晋煤集团相关领导一并表示感谢。

参考文献

贺天才，秦勇本著.煤层气勘探与开发利用技术.徐州:中国矿业大学出版社

孟召平，田永东，李国富著.煤层气开发地质学理论与方法.北京:科学出版社

倪晓明，苏现波，张小东著.煤层气开发地质学.北京:化学工业出版社

苏现波，陈江峰，孙俊民等著.煤层气地质学与勘探开发.北京:科学出版社

凤矿 在东上村

古矿 在市里

寺河矿 在沁水

成庄矿 在下村

大赵庄矿 在长治

小赵庄矿 在高平

大概就这些把

参考晋城地图去看

代表

成庄煤矿

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古书院等都是老矿井了。

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代表

莒山煤矿

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唐安煤矿等

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晋城市下辖的阳城

高平

沁水

泽州等县市仔细查询。

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