Question

煤矿区煤层气评价参数

Answer 1

（一）煤炭储量

矿井煤层气资源计算时，采动区采用保有储量，未采动区采用煤炭探明储量，保有储量具有动态变化特征。保有储量根据“三量”的动态变化求得，即：

M_保有＝M_探明—M_产量—M_损失

式中：

M_保有——煤炭保有储量，t;

M_探明——煤炭探明储量，t;

M_产量— —来自计算单元的煤炭累计产量，t;

M_损失——煤炭损失量，t。

（二）采动区动态含气量

1.数值模拟

煤矿井巷开拓和煤炭生产改变了煤层的地应力场、流体压力场，打破了煤层内游离气、吸附气和水溶气之间的动态平衡关系。煤矿采动区因为煤层卸压，裂隙张开或形成新的裂隙；因为矿井通风，井巷瓦斯与暴露煤壁瓦斯间连续出现瓦斯压力差和甲烷浓度差，煤层气发生解吸，并在浓度梯度、压力梯度作用下向巷道或工作面扩散、渗流。随着巷道和采煤工作面的连续推进，采动区内煤层的含气量、透气性、储层压力等均呈现出动态变化特征。本次煤矿区煤层气资源评价基于矿井瓦斯涌出量、瓦斯抽放、瓦期压力测定及有限元数值模拟等有关研究成果，对煤矿采动区内煤层动态含气量进行了数值模拟。

煤矿采动区可划分为本煤层采动影响区（水平采动影响区）、邻近层采动影响区（垂向采动影响区）和煤炭资源残留区。

（1）本煤层采动影响区

本煤层采动影响区包括掘进巷道和采煤工作面导致的采动影响区。影响区内煤层动态含气量与煤壁暴露时间（或采煤工作面推进速度）和距暴露煤壁的距离有关，任何一点的流速、流向和瓦斯压力均随时间的变化而变化，即为非稳定流场，往往采用数值模拟的方法来近似地估算。

1）有限元法。

据弹性力学有关研究成果，采动影响区最多涉及巷道宽度的5倍，据采矿界数十年来的经验，巷道周围的裂隙和卸压区最终约等于巷道宽度的3～4倍。本煤层采动影响区内煤层残余瓦斯含量是地应力、煤层透气性系数、距暴露煤壁的距离及煤壁暴露时间的函数。

据丁广骧有限元模拟结果（1996），采动影响区内某时刻压力分布与距暴露煤面之间距离的拟合关系为对数衰减形式：

全国煤层气资源评价

式中：

L— —某点距暴露煤面的距离，m;

a₂、b₂——拟合系数，P₀、P_i意义同前。

根据瓦斯压力由兰格缪尔方程可计算得到动态瓦斯含量。

2）瓦斯涌出量法。

实测暴露煤壁瓦斯涌出系数与时间的关系为：

全国煤层气资源评价

式中：

C_Q0、C_Qt——煤壁瓦斯涌出初始强度系数和t时间后煤壁瓦斯涌出系数m³/m²·d;

t——煤壁暴露时间，d；

α——时间因次系数；

β——与煤类、透气性等有关的系数。

3）瓦斯压力测试法。

据实测瓦斯卸压带内煤中某点的原始瓦斯压力和不同时间的残余瓦斯压力，由朗缪尔方程计算原始瓦斯含量和残余瓦斯含量，通过数值模拟回归出煤层瓦斯排放率随暴露时间和距暴露煤壁距离的关系，在某一时刻，煤壁卸压区瓦斯排放率与距暴露煤壁距离的关系呈指数衰减形式，即：

全国煤层气资源评价

式中：

n——本煤层瓦斯排放率，%;

a₃、b₃——拟合系数，其中b₃又称为衰减系数；

L——距暴露煤壁的距离，m。

（2）邻近层采动影响区

受煤层开采的卸压作用，邻近层煤层气会不同程度地发生解吸，在矿井瓦斯抽放中用排放效率来度量，排放效率受多种因素的影响，有距开采层的距离、开采层的工作面采高、工作面采长、层间岩石性质、地应力等。邻近层瓦斯的排放程度与层间距成反比，上邻近层排放范围可波及到170m，下邻近层排放范围可至50m。经回归分析，上、下邻近层煤层瓦斯排放率与层间距（h）的关系为：

η_上＝-53.481n(h)＋275.01

η_下＝-40.191n(h)＋157.62

(3）煤炭资源残留区

在采空区煤层顶部残留、煤层底部残留和安全煤柱中，由于卸压和煤壁充分暴露，煤层气发生了大量解吸成为风排消耗资源量的一部分，并被通风排出了矿井。但是，煤层含气量中的残留气部分仍会残存在煤炭损失量中。

本次工作中用含气量测定中的碎前脱气量与碎后脱气量之和近似表达含气量中的残留气。当有解吸法煤层含气量数据资料时，采空区煤炭资源残留区动态含气量等于煤层含气量中碎前脱气量与碎后脱气量之和；无解吸法煤层含气量数据资料时，采空区煤炭资源残留区动态含气量等于含气量乘以残留气经验系数，残留气经验系数为已知资料区同煤级煤层统计结果（表4-10）。

表4-10 不同煤级煤层残留气经验系数

在建筑物下、道路下、水体下等的大型煤柱体中，其残余含气量可依据本煤层或邻近层采动影响区有关方法进行相应数值模拟。

2.经验外推法

利用揭露煤层不同时间井下钻孔获得的煤芯实测含气量，通过经验关系外推出动态含气量，其数学模型为：

C_动态＝f(C_实测，t）

式中：

C_动态——煤层动态含气量，m³/t;

C_实测——特定时间井下钻孔煤芯实测含气量，m³/t;

t——时间，月。

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