阳泉工矿区煤层气吸特性的研究.pdf

第 3 0卷 第 1 期 2 0 0 2年 2月 煤 田地 质 与勘探 C OA L GE O L O GY ＆ E XP 1 C,RA T I O ／ 文章编 号 l O O l 一 1 9 8 6 2 0 0 2 0 1 ． O O 2 5 ． 0 2 阳泉矿区 3 煤煤层气解吸特性 的研究 张力 ， 田晋生 1 ． 中国矿业大学能源科学与工程学院， 江苏 徐州2 2 1 0 0 8 2 ． 晋中煤炭规划设计研究所， 山西 榆次0 3 0 6 0 0 摘要 实验测定 了阳泉矿区 3 煤煤层 气的解吸特性。利 用煤粒 中吸附煤层气扩散微分方程式计算 出煤层气的解吸时间， 并用作图法确定出3 煤煤层气的解吸时间， 为阳泉矿 区3 煤煤层气的开发 和利用提供 了重要 的参数。 关键词 煤层 气； 解吸时间； 阳泉矿区 中图分类号 P 6 1 8 ． 1 1 文献标识码 A 1 引言 阳泉矿区是全国最大的无烟煤生产基地 。现矿 区总面积 1 1 0 5 0 0 ， 地质总储量达 1 0 7 ． 3亿 t 。在 煤炭生产过程中， 涌出大量瓦斯 ， 每分钟涌出量高达 7 8 1 ． 3 6 m ] ， 全年总涌出量达 4 ． 0 5 0 6亿 。阳泉矿 区含煤地层 主要 为石 炭二叠系 的太原 组 、 山西组 。 可将其划分为 3个煤层气储集层段⋯ a ． 3 上储集层段 富含大量煤层气， 含量高 达 1 8 ． 1 7 ／ t ， 煤层气压力为 1 ． 2 5 M P a 。开采过程 中 瓦斯涌出量较大 ， 相对 量达 3 5 m 3 ／ t ， 并有频繁的煤 与瓦斯突出。 b． 1 2 中储集层 段 煤层气压力为 1 ． 0 M P a ， 含量为 1 4 ． 7 5 m ] ／ t ， 煤层气部 分运移到其他岩层 、 裂 隙和溶洞内造成煤层气局部富集。 c ． 1 5 下储 集层 段 煤层气压力为 0 ． 2 M P a ， 含量为 7 ． 1 3 m3 ／ t 。与中、 上两个储集层段相 比有明 显的降低。 综合上述煤层气储集特点， 3 煤含气量最高， 适合煤层气的开发和利用。本文将以实验为基础． 研究 3 煤煤层气的解吸特性， 以期对 3 煤煤层气 的开发和利用作出贡献 。 2实验研究 2 ． 1 煤样采集 实验煤样取 自阳泉 3 煤层 ， 该煤层为低渗透无 烟煤。用 常规采煤管采取煤心 ， 严 密封装后送 至实 验室 2 ． 2 实验装置 利用脱气， 充气和等压瓦斯解吸实验装置 ． 在实 验室考察 3 煤煤层气的放散特性。 a ． 采用高真空油扩散泵， 将带有压力表和控 制阀门的高压吸附缸置于恒温水浴中进行脱气 ； b ． 高压钢瓶内 9 9 ． 9 9 ％的甲烷气体经过压力 缓冲罐可对吸附缸充气 ； c ． 瓦斯解吸测定在等压 瓦斯解吸测定仪上进 行 ， 该仪器 由带有中心进气管 的有刻度量管构成 2 ． 3 实验方法 实验分 5步进行 ， 即 a ． 将煤样称重后 ， 置于真空干燥箱中． 加热到 1 0 0 ～ 1 0 5 T ， 恒温 1 0 h ， 干燥真空度不小于0 ． 0 9 3 M P a b． 烘干后 的煤样再次称重后 ， 装人高压吸附 收稿 日期 2 0 0 1 ． 0 1 ． 1 1 基金项 目 山西省 自然科学基金项 目 9 5 1 o 4 作者简介 张力 1 9 7 2 ， 男， 山西阳泉人， 现为中国矿业大学能源科学 与工程学院博士研究生， 主要从事煤层气开发与利饼 和矿井灾害防治的研究 Go o l o u i c s t r u e h l r e c o n t r o l o fCB M i nHa n c h e n gM -咖Ar e a WA N G S h e n g - q u a n G e o l o g y D e p a r t m e n t o f X i a n S c i e n c e and T h n o l o g y I n s t i t u t e ， X i a I 1 7 1 0 0 5 4 ． C h i n a Al t r ．a d O n t h e h a ,s is 0 f r e s e a r c h i n g g e n e r a l g a s - c o n t r o l l i n g s t r u c t u r M f r a me w o d i n H 6 t c h e n g Mi n i n g A r e a ．t h e c o n s lr i c t i 0 n s t n I du a n d r h s l n l c t u r e b 0 u r ．d a r y d t h is a r e a ， a n d th e c h a r a c t e r i s t i c s a n d m e e h a tt is m o f c o n t r o l l h g o 0 b o 由 s t n m t a r e t p e s ， p e 丌 e a b m押a t x m I 【 i J舯【 } H c o n te n t a r e s e d h p mv i 4 a b a s i s f o r p s p e c l i ng ， , e l o p i n g a n d e v a l u a t i ng C B M r 0 L I r c i n H a t h e r t g Mi n i ng _A r e a i n f umr , K姆 0 o 0 b e d r t h a n C B M ； g e o l 0 c S t n l C t ll l ； c o a l b o d y s t n l c t u r e p e r m e a b i l i t v 维普资讯 煤 田地质与勘探 荨3 0卷 缸 ． 并检查其气密性 ； c ． 将装有煤样的高压吸 附缸与真空泵连接 ． 置于 6 0 ℃ 恒 温 水浴 中进 行 真 空 脱 气 ， 真 空 度 达 l 3 3 3 P a ， 连续脱气 2 0 h ， 脱气后关 紧阀门； d ． 将高压吸附缸单 向 阀门与高压瓦斯瓶相 连 ， 瞬间注入高压瓦斯 ， 恒温下经过长时间吸附达到 吸附平衡 ； e 将吸附平衡 的高压吸附缸接到等压瓦斯解 吸仪上测定煤样随时间变化的累计瓦斯解吸量。同 时记下实验室的室温、 大气压以供校正。 3 煤样解吸特性 3 ． 1 解吸时间确定 煤层采掘过程中， 当煤层气原有吸附平衡态破 坏后， 吸附煤层气和游离煤层气同时流向井巷或煤 壁 ， 即煤层内同时存在一个沿孔隙流动 的扩散场和 ～ 个沿裂隙流动的渗流场。由于裂隙中的渗流速度 大于孔隙中的扩散速度 ， 所 以煤粒孔隙 中的吸附煤 层气要扩散到煤粒表面， 再解 吸穿过边 界膜进入裂 隙． 即孔隙和裂 隙系统之间要 发生质量交换。其传 质速 率 由煤粒 中吸 附煤 层气 扩 散微 分 方 程式 决 定 ． 即 a C ， a C 2 a C、 了 了 J ， f 。， 。 r r o , C a b c p o p f 0， r 0， ,3 C 0； r r 0 ． m 一D a c p ， 毒 导 r r c e ； 2 式 中 C单位体积煤层所含吸附状态煤层气质 量 ， 即煤层 中吸附状 态煤层气 的质量 浓度 ， k ； D吸附状态煤层气 孔隙系统 的扩散系 数 ， ／ s ； 。每吨可燃物在参考状态下的极限吸附 量 ， m 3 ， t ； C每 l 煤 中含可燃物吨数 ， t ／ m 3 ； n 一单位体积煤在参考状态下的极限吸附 量 ， ， m 3 ； 6吸附常数 ， P a ～； P吸附平衡压力 ， P a ； P 衡 量煤层气质量浓度 大小 的参考压 力 ， 通常取 1 P a ； h极限煤粒半径 ， t ／ t ； 煤层气气体常数 ． J ／ k g K ； r煤层气 煤层 绝对温度 ， K； c 吸附状态煤层气初始质量浓度 ； k g m3 ； a 以固体相表示的膜系数， s ； C 煤粒表面吸附状态煤层气质量浓 度， k g ／ mJ； c 与 P平衡 的吸 附状态煤层气质量浓 度 ， k g ] i n 3 ； q单位时间 内单位体积煤粒平均扩散的 煤层气量 ， k m s 准稳定流煤块甲烷运移方程及定解条件如下 C ／ t 一1 ／ r Ce CCn t 0 ； C ， 0 ， [ 厂； 3 式中r 煤基质块的边界 采用分离变量法 ， 可直接得出方程式 I 的解吸解 C ￡ C C nC e ； 4j 当 t r ， 并将方程 4 变形， 可得 一 一 { o ， r s ， 式中C ， r时刻的解吸量 C 总解 吸量 方程式 3 的物理意义为 当煤块开始解吸甲烷 后， 达到解 吸时间 r时 ， 约有 6 3 ％的 町解 吸甲烷被 解吸到割理系统或解吸罐中。煤层气的解吸时间是 指在一定的解吸压力下， 当煤层的解吸量达到总解 吸量 6 3 ％时 的时间 煤层 气的解 吸时间也称 吸附 时间， 是衡量煤层气解吸或吸附速度的重要参数 在煤层气勘探开发过程中 ． 正确确定煤层气的解吸 时间至关重要 。 3 ． 2 阳泉 3 煤煤层气解吸特性 阳泉 3 煤样煤层气 累计解吸量随时间变化特 性曲线如图 1 所示 该实验煤样解吸时间长达 7 d ， 煤样每克町燃基累 计瓦斯解吸量 5 ． 3 7 9 m L ， 根据方程 5 町求出阳泉矿 3 煤层解吸时间达到 r时的煤层气解暧量的值 。． 6 3 C o ⋯ C 0． 6 3 C。 C 0． 6 35 3 7 9 m L3 3 9 n 1 l l 根据阳泉矿区 3 煤层解吸时间达到 时的煤 维普资讯 第 3 0卷 第 1 期 2 O 0 2年 2月 煤 田地质 与勘捶 C 0 A L CE 删 0 ey＆ E XP L 0 R T 1 O N 文章编号 1 0 0 1 1 9 6 r 2 o o 2 o t o t 7 2 7 0 3 基 于 A D O技术 的煤层气 开发项 目经济评价 系统 姜在炳 ， 张新民， 靳秀良， 庞湘伟 煤炭科学研究总院酉安分院， 陕西 西安 7 1 0 0 5 4 摘要 介绍 了A D O技术的工作原理厦算对象模型， 并以煤层 气开发 项 目经济评价系统为 实例。 阐述 了A D O技 术在系统开发 中的应用。谊 系统在数据 的访 问速度 、 数据 史换 、 系统开放性能厦 网络 支 持等方面具有明显优势， 太大提高了系统性能。 关键词 A D O； 对象模型； 煤层 气； 经济评侨； 软件 系统 中围分类号 P 6 1 8 ． 1 l 文献标识码 A 1引言 有关煤层气项目经济评价的工作还很薄弱， 因 此建立适合我国国情的煤层气项目经济评价模型和 软件系统具有迫切的现实意义。建设项目的经济评 价工作在各行各业均 已广泛开展 ， 大多评价工作都 建立在手工计算的基础上， 现行的评价系统也都是 以 D O S操作系统为基本运行平台 ， 无论是操作界 面还是系统灵活性等方 面均存在先天不足。A a i v e x 数 据 对象￡ 4 加 A c t i v e x D a t a O b j e c t 是 V i s u a l B a s i c 6． 0 提供的一种新的数据访 问方法 ， 在系统数据访 问方 面存在极大的灵活性。本文以我们 自行开发的煤层 气项目经济评价软件为实例， 阐述 A D O技术在系统 开发中的应用。 2 煤层气开发项 目经济评价系统 2 ． 1 评价模型 模型内容包含财务评价 、 国民经济评价和不确 定性分析三大部分。具体包括 建设规模 、 总投资估 算 、 总成本和费用估算 、 煤层气销售忱 人、 税金及附 收稿 日期 0 o 1 ． ∞一 2 7 基金项目 “ 九五 国家科技攻关专题的部分研究成果 9 7 2 2 4 0 3 0 3 作者简介 姜在炳 1 卿卜一 ， 男， 重庆粱平县人， 硕士， 煤炭科学研究总院西安分院工程师 ， 从事数学地质与计算机应厢研究 层气解吸量 的值和对应通过 E X C E L 制得的煤层 气解吸量记录曲线 ． 可在 图中求得对应的解吸时间 r2 6 2 0mi n1 ． 8 2 d 6 5 4 鲁3 2 【 0 0 2 0 0 0 4 0 0 0 6 O O 0 8 0 0 0 1 0O o 0 I 2 0 0 0 时问／ r o in 圈 1 用泉 3 煤煤层气解吸量随时间变化曲线图 4 结语 阳泉矿区 3 煤煤层气富集量高， 适合于煤层气 的开发和利用。通过煤屑瓦斯扩散方程计算得出， 在一定煤层气压力下 ， 煤层气的解吸时间是煤层气 解吸量达到总解吸量的 6 3 ％时的时间 ， 阳泉矿区3 煤煤层气的解吸时间为 1 ． 8 2 d 。 参考文献 [ 1 包剑影等阳泉煤矿瓦斯清理接术 圳北京 煤炭 r 业出版 杜 1 9 9 6 ． [ 2 吴世厥， 郭勇义煤层气运移特征的研究[ J ]煤炭学报． 1 9 9 9 ， I 6 5 5 9 l 3 ] P e t e r J堞层 甲姹吸附与解吸同媒组鹿的关系 J 摊层气． 1 9 9 9 ， I 一 2 1 o 2 1 ∞ [ 4 ] 何学秋， 刘明举 含瓦斯煤岩破坏电融动力学[ M]缘州 中国 矿业太学 出版社 ． 1 9 9 5 ． [ 5 ] 张力煤层气扩散渗漉机理的研究[ D ’太原 太原理 [太学 采矿工程系 1 9 9 9 S t u d y O i l c a a l l l e d me t I l a n e出 匝 l 帕岫c ha r a c t e ris t i c s o f Co a l s 咖3 i n Ya n g q m M ．m_mg Ar e a ZH A N G L i 。 ， T I A N n s h e n g 1 C h i n a U n i v e r s i t y o f Mi n i n g a n d T e c h n o l o g y ； 2 ． J i o Ma o n gC o a l P r o j e c t a n d P l a nI n s ti t u t e Ak嘲； 1 k c o a l b e d me t h a n e 3 e p t i o n a r a c t e n s tl c s C o d s e a n l 3 i n Y a n g q u a n i s t e in t h e I t my T h e c 【崩 l b e d me t h a n e d e s o r v t i me i s c a l c u l a t e d b y u s i n g d i f f u s i o n d i ff e r e n t i a ti o n e q u a t i o n o f a d s o r b e d g a s i n c o a l n s a n d c o a l b e d ma a n e d e s 0 r p t i l m t i me o f C o a l ㈣ 3 i n Ya n g q u a n i s d e t e mfi n e d-． i t h s m e t h o d T h e s t I 】 d y p r o v i d e s i m p o r t a n t p a r ml t e r s f o r c o a l b e d m e t h a n e d e , l o p m e n t a n d I I 【 I i z 咖 c L 8 e m 3 K四 wmx c o a l b e d me t h a n e ； _t e s o r t i o n me ； Y 啭q u a n Mi mn g D i s t r i c t 维普资讯