及说明书中文题目三矿瓦斯抽采设计

在煤矿的开采中，瓦斯始终是煤矿生产的头号“”，而瓦斯中的主要成分——甲Intheexploitationofcoal，minegasisalwaysthenumberone"killer"intheproductionofcoalmine,andarealsothemaincomponentsofthegas,methaneisagreenhouseeffectisstrongerthancarbondioxidemorethan20timesthegreenhousegas,isalsoakindofhigh-quality,efficientcleanenergy.Thistextwiththeguaranteecoalmineproductionsafety,environmentalprotection,energysaving,ofBritishJinheminegasdrainagedesign,inthescopeofminegasdrainagedesign.ThroughysisofthethirdmineofYingjinhe,thedesignofthecoalindustry,tothethirdmineofYingjinhedominegasemissionprediction.Accordingly,thejudgmentofthenecessityandfeasibilityoftheminegasdrainage.Thustheminecoaloccurrencecharacteristicsysis,ysisofgeologicalstructuralcharacteristics,gasemissioncharacteristicsysisandschemecomparison,theproposedtheminethecoalseamalongthelayerparallellongboreholedrainageandadjacentlayerwearlayerboreholegasdrainagesystem,andpumrecoveryeffectpredictedaccordingAccordingtotheproductionamountandconcentrationofselectedutilizationschemeofgaspowergenerationofthegasEnglishJinhethreemine.Andcalculatetheinvestmentand thethirdmineofYingjinheminegaspowergenerationbenefitisverygood,andwill etheanewprofitgrowthpointofthemine.Overall,theprospectisverygoodoftheminegasdrainageand:Gushvolume;Forecast;Extraction;Beddingboring;Thepumpofgasextraction;Uutilizationofgas前 矿井概 井田概 矿井地理位置及地 气候、降水、河流及概 矿井现采情 井田地质特 地质构 含煤地层及煤 煤层瓦斯、自燃及倾向 井田水文地 矿井开拓、开采概 矿井通风系统概 矿井瓦斯赋存情 煤层瓦斯基本参 矿井瓦斯储量计 矿井可抽瓦斯量计 瓦斯抽采的必要性和可行性论 瓦斯抽采的必要 规 矿井瓦斯涌出量预 通风处理瓦斯量核 瓦斯抽采的必要性论 瓦斯抽采的可行 瓦斯抽采方 瓦斯抽采方法的规 矿井瓦斯来源分 本煤层抽采方案 本煤层抽采方案一钻孔布 本煤层抽采方案一封孔方 本煤层抽采方案一抽采效果预 本煤层抽采方案 本煤层抽采方案二钻场布 本煤层抽采方案二封孔方 本煤层抽采方案二抽采效果预 方案对 本煤层工作面边采边抽方 邻近层抽采方 邻近层抽采方案确 邻近层瓦斯抽采的钻孔钻场布 邻近层抽采方案封孔方 邻近层抽采量计 掘进工作面抽采方 系统图中采煤工作面的钻孔画法说 瓦斯抽采系统管路及设备选 抽采管路的选型及阻力计 瓦斯抽采泵选 瓦斯抽采泵选型要 瓦斯泵选型计 瓦斯泵选 辅助设备设 经济概 经济概算的编制依 费用概 安全技术措 抽采系统安全措 地面抽采瓦斯站安全措 瓦斯的综合利用与配套设 抽采瓦斯的综合利用及评 配套设 供电及通 给排水、采暖及供 监测系 井下的监 地面的监 地面建筑及环 抽采站泵房噪声防治措 抽采站的环 抽采瓦斯管 瓦斯抽采管理及其规章制 抽采的钻孔、钻场管 瓦斯抽采配 瓦斯抽采技术资 结论和展 致 参考文 附录 附录 前究，从而确定了该矿本煤层和邻近层的抽采方法，据此计算了抽采量。根据抽采量及瓦斯矿井地理位置及气候、降水、河流及概吹的较多，风速最大达到8m/s风的方向向西，年温-31.5~42降雨量范围矿井现采情地质构田边境处有两个小的断层，断层大致为南北。井田内没有陷落柱和岩浆侵入。本矿5-2煤层5-3煤层均为可采煤层，5-2煤层4.5m，5-3煤层3.5m，层间距为35m，5-2煤层为5-3煤层上邻近层。煤层厚度均匀，且井田全区发育。本井田煤层赋存方面，亮煤和暗煤互成条带，镜煤、丝炭呈透镜状结构。5-25-3煤层瓦斯、自燃及倾向1)煤层瓦Table1-1Thetable parameteroflayerof瓦斯流量衰减数残余瓦斯含瓦斯含量瓦斯压力系数/d-/m2MPa-2.d-量2）自燃及倾科学重庆分院鉴定，本矿的煤尘指数为42%，有煤尘的性。井田水文地 2)5-25-3F38断层为井田境界，东部F10断层为井田境界上部以31号勘探线为井田境36号勘探线为井田境界。南北长度约4.65km，东西长度约3km。各煤层均为近水平煤层，井田面积为14.56×106m2本矿井井田资源量163.07Mt，其中5-2煤层为91.73Mt，5-3煤层为71.34。矿井年生产能力1.2Mt/a，目前设计开5-2煤层5-3煤层，先5-2煤层，再5-3煤矿井的通风系统为并列式通风分带斜巷、工作面。本矿选用的采煤设备为G30-W双滚筒采煤机，其采高2.1～3.6米，滚筒截深为0.6m，横梁长3.6m，采用采两刀放一刀，放煤步距为1.2m。放煤方式为单轮、间隔、多口放3.5m1m。分带斜巷和分带回风斜巷采用锚杆支护。在工作面前方30米两顺槽上进行加强掘进采巷掘进工艺，煤巷掘进速度为300m每月，巷道掘进高度4.5m，宽4m，断面18m2；采煤工作面的高度和宽度分别是3.5m、3.6m，断面的面积12.6m2。班6h，三采一修。英金河三矿的通风方式为并列式，通风系统是并列式通风分带斜巷、工作面。回采工作面风量为1000m3/min，掘进工作面为：400m3/min。5-2煤层，即开采层，其次为邻近煤层即，5-3煤5-25-25-32-1Table2-1Thetableparameteroflayerof瓦斯流量衰 透气性系残余瓦斯 瓦斯含量瓦斯压力系数/d- 根据《GB50471—20084.0.1条规定，矿井瓦斯W=𝑊1+𝑊2+ (2−𝑊1=∑𝑊2=∑

（2—W3=K(𝑊1+ (2−W1——可采煤层瓦W2——受到采动影响后能向开采空间里排放的各个不可采煤层的瓦斯储量式2-4计算；层71.34Mt；A2i——受到采动影响后能够向开采空间里排放的i不可采煤层的煤炭资源量Mt，由于英金河三矿没有不可采煤层，所以A2i=0；对较少，所以取K=0.1。=151.96Mm3W=W1+W2+W3=1519.61+0+151.96𝑊3= (2−=501.473式中，W3——矿井可抽采瓦斯量，Mmηk——矿井瓦斯的抽采率，%，根据《煤矿瓦斯抽放规范》中的关于预抽煤层矿井规矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的也得建立地面抽采瓦斯系统或井下临时抽开采有煤与瓦斯突出煤层的。矿井瓦斯涌出量𝑞=𝐾∙𝐾∙𝐾 ∙(𝑊−W （3− 3 =1.3×1.05×0.83 ×(9.8−=7.25式中：q1——开采层的相对瓦斯涌出量理顶板，K1取1.3。K2——工作面丢煤的瓦斯涌出系数，由回采率取倒数求得： 𝐾 = K3——采区内的准备巷道预排瓦斯对开采层瓦斯涌出的影响系数,K3L−𝐾3=

L225−2×

（3−式中：L——工作面的长度的时间约196天，h19m；m——开采层的厚度，m,5-2煤层厚M——回采工作面的采0W——煤层的原始瓦斯含量，m3/t，5-2煤层为0cW——煤的残存瓦斯含量，m3/t，5-23.4m3/tc𝑞= ∙𝑚2∙ （3− =(8.7−3.0) ×=0.89q2——邻近层的相对瓦斯涌出量，m3/t—5-25-3，3.5m；——开采层的工作面采高，m𝑞采=𝑞1+ （3−=8.14采式中：q采1q——开采煤层的相对瓦斯涌出量，m3/t，7.2512q——邻近煤层的相对瓦斯涌出量，m3/t，0.89m3/t2计算掘进工作面的瓦斯涌出𝑞3=𝐷𝑣𝑞0

− (3−=9×0.009×0.21×(2× −=15.88q3——进风巷掘进巷道煤壁的瓦斯涌出量，m3/min；平均月工作天数3018h0.009m/min；L——进风巷的掘进巷道长度，m，为𝑞0=0.026[0.0004(𝑉𝑟)2+0.16]∙ (3−=0.026[0.0004×41.272+0.16]×=0.21式中，q0——巷道煤壁的瓦斯涌出量初速Vr——煤中挥发分含量，％，本矿两煤层都 00 计算掘进巷道的落煤瓦斯涌出量采用式(3-7)𝑞4=𝑆∙𝑣∙𝛾∙(𝑊0− (3−=18×0.009×1.4×（9.8−=1.453式中，q4——掘进巷道落煤的瓦斯涌出量，mS——掘进巷道的断面积，m218—开采层煤的密度，0W——煤层的原始瓦斯含量，m3/t，9.80cW——煤运出矿井后的残存瓦斯含量，m3/t，3.4m3/tc 𝑞掘1=𝑞3+ （3−=17.33式中，q3 34 ——掘进工作面落煤的绝对瓦斯涌出量，m3/min，1.45m3/min4 𝑞3=𝐷𝑣𝑞0

− （3−=9×0.009×0.21×(2×=15.583q3

0.009−D——巷道断面内煤壁面周边长度平均工作天数3018h0.009m/min；L——回风巷掘进巷道的长度，m，为𝑞0=0.026[0.0004(𝑉𝑟)2+0.16]∙ (3−=0.026[0.0004×41.272+0.16]×=0.21式中，q0——巷道煤壁的瓦斯涌出量初速Vr——煤中的挥发分含量，％，本矿为 𝑞4=𝑆∙𝑣∙𝛾∙(𝑊0− (3−=18×0.009×1.4×（9.8−=1.45式中，q4——掘进巷道落煤的瓦斯S——掘进巷道断面面积，m2，18W0——煤层原始瓦斯含量，m3/t，9.8Wc——煤的残存瓦斯含量，m3/t，3.4m3/t 𝑞掘2=𝑞3+ （3−=17.03式中：q掘2——回风巷道掘进工作面的绝对瓦斯涌出通风处理瓦斯量𝑞𝑓=

60×4×12.6×

（3−=式中，qf——工作面的通风所能承担的最大的瓦斯—工作面的断面面积，3.1.2q采=8.14m3/t，采>qf。𝑞𝑓=

60×4×18×

（3−=式中，qf——掘进工作面的通风所能承担的最大的瓦斯涌出量v——掘进工作面所允许的最大风速，m/s，根据《煤矿安全规程》规定， =17.03m3/min，都比各自32m3/minq<qf瓦斯抽采的必要性论斯涌出量，用通风方法就能合理解决掘进中瓦斯涌出问题，但出于探测煤与瓦斯突出瓦斯流量衰减系数和煤层的透气性系数来判断，具体如表3-1。3-1Table3-1Thetableofcoalseamgasextractiondifficultyvariety

m2(MPa2·d13-2Table3-2Thetable Parametersofcoal瓦斯流量衰减系数/d-《MT5018-96矿井瓦斯抽放工程设计规范》中第4.1.1规定：选择抽采瓦斯方法，就本设计所设计的工作面，其瓦斯涌出总8.14m3/t27.41m3/min，其中本煤的10.93%。据此，设计方案对采煤工作面进行本煤层和邻近层瓦斯抽采。能解决。但是出于探测煤与瓦斯突出以保证掘进安全，以及合理利用瓦斯的目的，仍本煤层抽采方案一钻孔本设计所设计的采煤工作面，倾角为5.3°，长度为1906m，宽225m，煤炭储270.183177.32m34-1Fig.4-1Thefigureofthefirst条带长1906m，厚4.5m，条带两侧已经掘出了机巷和风巷，属于可以抽采煤层，以及掘19m水平角为90°，钻孔之间相互平行。顺着工作面所在条带的方向在条带两侧每相隔两侧钻孔相对布置，如图4-1。本煤层抽采方案一封孔设计为7m。本煤层抽采方案一抽采效果预瓦斯抽采量计𝐿𝑖×𝜂−𝐿×Q ×𝑄 (4−81095×90%−7×=

×式中，Li——工作面钻孔的累计长度，m，Li=钻孔的个数N×深度百Q——百米钻孔瓦斯抽采量，m3/min，0.028m3/min；百90%；Q=Q=Q÷2=18.974÷2=风式中，Q风机Q——机巷瓦斯抽采量，m3/min机η= +

× (4− =573.774+抽W抽

×𝑊抽=𝑞抽× （4−=573.774万抽式中，q抽排W——排放的瓦斯总量，万m3。排 W= A——工作q排𝑞排=𝑞风× （4−=10式中，q风——工作面的通风量，m3/min，10003)抽采方案可行性确定抽采（出）率应不小于20%，回采工作面抽采（出）率应不小于25%。20m，可以抽放煤层10m～15m；较难抽放煤层8m～10m。4-1吨煤钻孔量表 Thetableoftonsofcoaldrilling从吨煤钻孔量看，所设计的工作面煤炭储量W:本煤层抽采方案二钻场19m 20.4m（19m，所以第一个钻场距离切29.2m）92个92个184个钻场5个钻孔，钻110mm，一个钻场中钻孔428.94m，共920个钻孔，所以钻场中的钻孔78924.96m。按钻孔与巷道的角度及长度分为5类孔，如图4-24-2。4-2 Thetableoffandrilling长度23454-2Fig.4-2Thefigureofthesecond本煤层抽采方案二封孔层钻孔、煤壁开孔等特点，采用充填材料封孔，封孔材料用聚氨酯，封孔长度为7m。本煤层抽采方案二抽采效果预瓦斯抽采量计𝑄=

𝐿𝑖×𝜂−𝐿× ×𝑄 (4−78924.96×90%−7××式中，Li——钻孔累计长度，m，Lin×L，Li=184×N——钻孔个数，个，920百Q——百米钻孔瓦斯抽采量，m3/min，0.028m3/min；η— L封——钻孔封孔长度，m，7m；百 Q=Q=Q÷2=18.09÷2 风式中，Q风机Q—机巷的瓦斯抽采量，m3/min机工作面抽采率dη=

+

× (4− =560.35+

×抽W抽𝑊抽=𝑞抽× （4−=547.04万抽式中，q——预抽瓦斯量，抽排W——排放的瓦斯总量，万m3。排 W= A——工作面的年产量，Mt/aq排𝑞排=60×𝑞风× （4−=10式中：q风——工作面的通风量，m3/min，1000从吨煤钻孔量看，所设计的工作面煤炭储量W=270.18万t，方案一钻孔总量为83214.36m，则吨煤钻孔量78924.96÷2701800=0.029m/t，结5-2煤层4.5m，即厚煤层，且是可以抽采煤层，吨煤钻孔量应在0.01～0.03这个范围内。所以，方案二可行。4-3Table4-3Parametercomparisonoftwoschemestothehereofcoal布 钻方 个深度度长度方案—方案二钻孔总长也更少，但钻场的开掘和后期的需要大量费用。经济方面，总体而言，方邻近层抽采方案5-25-3煤层倾角小，水文地质条件及地质构造简单，煤层结构单一，条带两侧已经掘好进回风巷道及切眼，5-25-335m5-35-3邻近层瓦斯抽采的钻孔钻场布邻近层抽采的钻孔布置采用钻场的方式布置，在5-2煤层中，工作面的进风巷和回风单个钻场、进风侧、回风侧钻孔总长统计如表4-6。4-4Table4-4Drillintothewindlanefielddrilling长度角度1234567 Classreturnairlanedrillingfielddrilling长度角度1234567Table4-6Lengthofall 4-3Fig.4-3Thefigure near邻近层抽采方案封孔方5-2煤层底板为砂质泥岩，构造简单，钻孔封孔部分孔器型号ZYS—503。邻近层抽采量计𝑄1

𝐿𝑖×𝜂−𝐿× ×𝑄 (4−11580.66×80%−=

×式中，Li——煤层中钻孔累计长百Q——百米钻孔抽采量，m3/min百N——孔个数,1638η——钻孔成孔率，%，根据5-3煤层硬度中等且较5-2煤层稍差，取L封——封孔长度，m，封孔部分在岩层中，所以煤层部分为𝐿𝑖×𝜂𝐿×𝑄2 ×𝑄 （4−118055.34×80%−7×=

×式中，Li——岩层中钻孔累计长Q百——百米钻孔抽采量，m3/minη80%；——总的钻孔个数，个，1638L封——封孔长度𝑄总=𝑄1+ （4−总式中，Q总1Q——煤层中的钻孔抽采总流量,3.7112Q5.81m3/min23.465m3/min4-4Fig4-4Thefigureoftunnel Thetableofdrilling 类 钻场，然后在其中布置超前钻孔进行煤与瓦斯探突和瓦斯抽采。然后当巷道掘进45m𝐷1=

(5−= =0.14式中，D1——进风巷瓦斯管内Q1——进风巷瓦斯管内瓦斯流量，m3/min，12.952根据计算结果，选择D1=0.15m。0.15=选择热轧无缝（YB231—70外径159mm壁厚4.5mm理论质量17.15kg/m，2193m1957m，10%4564m，即𝐷3= (5−= =0.195式中，D3——总管内径Q3——总管内瓦斯流量，m3/min，25.064选择执行标准S007-2007，D3=203.6mm的管道。0.2036=数按11%计算，共需1078m，即18.488t。抽采管路选型Tab5-1Thetableofthechoiceof管 规 外径 壁厚 长度 质量支 YB231— 干 进风巷及整个支管路摩擦阻力计19.8𝐿1Υ𝑄1𝐻1=

𝑘 (5−09.8×2193×0.644×00.7×=14862.37式中，H1——支管阻力损失L1——支管长度Q1——支管的瓦斯流量，m3/h，755.52D1——支管管道内径因为回风巷管路长度为1957m，小于进风巷管道长度2193m，根据式(5-5)可知，回风巷力H2=H1=14.86kPa。干路摩擦阻力计𝐻3

9.8𝐿3Υ𝑄30𝑘 (5−309.8×971×0.644× 0.71×式中，H3——干路阻力损失L3——干路管道长度整个管路摩擦阻力计𝐻4=𝐻2+ (5−=14.86+式中，H4——整个管路摩擦阻H3——干路部分摩擦阻力，kPa，6.16kPa；短，网络简单，取下限值，取11%，则局部阻力：

=2.31𝐻6=𝐻5+ (5−=2.31+=23.33式中，H6——整个系统管路总H5——整个系统的局部阻力损失，kPa，2.08kPa—整个系统的摩擦总阻力损失，kPa，19.82瓦斯抽采泵选型

100𝑄𝑍∙Q𝑥∙100×25.064×=80×

(5−=47式中，Q——瓦斯泵抽采的额QZ——矿井的最大瓦斯抽采总量（纯量，m3/min，25.06m3/min；H=(𝐻入+𝐻出)∙ (5−+ℎ钻负+ℎ出正=[(2310+21020+14000)+(1789.75+196.87+0)]×式中，H——抽采瓦斯泵的压力H入——井下的负压段管路所产生的全部阻力损失，Pa，23330h入摩——井下负压段管路所产生的全部摩擦阻力损失，Pa，2310h入局——井下负压段管路所产生的全部局部阻力损失，Pa，21020于13000kPa，此处取14000Pa；300m算，根据式(5-6)h出摩h出局——井上正压段管路所产生的局部阻力损失，Pah出摩11%计算，得h出正Pa100𝐻i= (5−100×=

式中，i——瓦斯抽采泵的真空H —瓦斯抽采泵提供的最大负压，Pa，47179.94Pa瓦斯泵选Tab5-2Thetableofthepumpof3m3

型

- Tab6-1Thetableofgasdrainageengineering名

数 单 工钻机

4 6

89000

备 备及 杆根具

3 用 管用

(YB231—70）

吨吨

吨

封孔 四台

2台

防爆电Y280S- 2瓦及备其及备其

备个个10J11T-5HLUX-个个J11T-103根3根5个HLUX-4个2备件 6

避雷 2

2

机

2部

20 高浓度瓦斯

5

TIP-35TIP-35台5台CPN-5台5台5台5台2台备1台测测 2

89500小

总 在煤与瓦斯突出煤层钻进时，钻进的工人必须对其进行专业培训，再掌握了煤与情况，选择在管边加设防护罩或者埋到，以防管路坏。在瓦斯抽采泵站20m范围外及站房内设置醒目的标语“站房20m以内吸烟及任空管的管口高出泵房房顶4m。站房建设地沟，地沟与矿井排污系统相同，以排放站房的污水排入矿井排入系统。斯浓度大于6%，具有了建设瓦斯电站的条件，因此此方案可行。站的装机容量。把瓦斯折合为100%甲烷后，1m3纯瓦斯发电量约为3.5kW·h，英金河三矿瓦斯抽采纯量为25.064m3/min，由此确定该矿发电站的总装机容量。N=K×q× （8−=3.5×25.064×式中，N——总装机容量

=q——矿井瓦斯抽采总量，m3/min

nn= 𝑊×=1000×

（8−=6.191000K的低浓度瓦斯发电机行成本包括机油的消耗、设备的、的工资、设备的折旧等的各种费用，综合起来计算，一度电的年发电成本约为0.10元/（k·Wh；单台发电机组的年运行成本=0.10元/度×750万度=0.0075单台发电机组的年收益=年发电收益—年总成本费用=0.03750.00750.031000K500℃，其排烟余热通过能产生700kg/h0.4MPa饱和温度为133℃的饱和蒸汽。电机的年运行时间按330天来计算，蒸汽按65元/t来计算。单台发电机组产生的蒸汽量=700×24×330/1000=0.7854t/a8-1Figure8-1Thefigureoftheusingofoddhotof6台型号为 K的机组投资共0.16～0.22亿元，年发电直接收入0.18亿元0.0306供电及通瓦斯抽采站的电6kV6kV变配电所的两段不同母线段上，从工业场地的35/6kV变电所的高压柜接出两条线，线的规格LGJ-50mm2，瓦斯抽采站的变6kV1750kW85kW，低高压段的工作容量总共935kW。站房内设置变配电所，变配电所占地面积长16m，宽9m，变配电所内安设设6kV的保护瓦斯排放空管，在泵站安设避雷线；为了避免泵房直击雷，在泵房的屋顶安地，接地间隔小于30m，冲击接地电阻小于30Ω。给排水、采暖及监测系井下的监井下抽采系统的监测地点及要井下抽采系统的监测设地面的监2台温度传感器监测冷、热水池的水温，配备2台水位传感器监测冷、热水池的5台监测各路开关的电流及接地、短路、过流等故障显示设备。进线柜安设两台的电压监抽采站泵房噪声防治措在真空泵的电机外侧加上隔音罩，以此降低电机的噪音其窗户采层结构。抽采站的环的组织编制、、实施等。并对瓦斯抽采工作作出长远的规划，此外，安全措施的制定查。矿上部门负责把本职范围以内的瓦斯抽采工作管好。抽采的钻孔、钻场管施工，直到瓦斯浓度恢复到1%以下才再次进行施工。参数进行监测，并将监测到的数据填入表9-3中，检查每检查一次，就要填写一次。 Table9-1Therecordingtableofdrainagegasdrilling地编地编点号方位角倾角孔深方位角倾角孔深 月 煤进尺 岩进尺 总进尺 备 Tableofdrainagegasparameterstesting日负浓温压气测备期压度度差压/m3min-/m3min-/m3min-定注人矿长 技术员 填表人 Therecordingtableofgasdrainage 运行的泵交接的时 备9-5Table9-5Thecumulativetableofgasdrainageamountofa 间

负 温

纯 混合 纯 混合矿长 技术员 填表人致设计逐渐的提升和完善。可以说，如果没有了张老师的指导，设计将很难完成，另外，我还要向梅陶陶老师表示感谢，因为设计中也得到了陶老师的帮助。50471206，0［4］于不凡,王佑安.煤矿瓦斯防治与利用技术手册.：煤炭工业0052000202006，2006［8］,张建国.矿井瓦斯抽放理论与技术.徐州：中国矿业大学［9］UrbanPetr.EvaluationofHazardofMineGasemissionsattheSurface[J].ActaMontanistica［10］翟成,,王力.我国煤矿井下煤层气抽采利用现状及问题[J].天然气工业,2008,07:23-［11］矿井瓦斯的开发利用与环境经济效益分析[J煤矿环境保护,1990,04:44-.].［13］GeramiS,PooladidarvishM,MoradK,etal.TypeCurvesforDryCBMReservoirsWithEquilibriumDesorption[J].JournalofCanadianPetroleumTechnology,2013,47(7):48-56.［14］,于万纪.矿井瓦斯零排放利用的优化模型[J].煤,2014,09:1-.［16］煤矿瓦斯综合利用技术的探索与实践[J].中国煤层气,2007,03:28-［17］黄盛初刘孙庆刚韩甲业.提高煤矿瓦抽采浓度低浓度斯利用术途径.国家煤矿安监局中煤工.探索立煤区层气采与经利用体，动煤矿瓦斯治理、抽采技示范与煤层气资源合利用—煤矿瓦斯抽采利用与通风安全技术现场会煤矿瓦斯抽采与通风安全集.国家煤矿安全监察局、中国煤炭工业协会038.干燥煤储层的平衡解吸曲线1普地达西1目前正与伊朗国家石油公司合：这项工作的目的是模拟单相径向气流在煤层中,包括在煤基质中的平衡吸附现修改的。随着这些转变的帮助，传统（PTARTA）型曲线可用于干煤储层生产数据的分自西部沉积盆地马蹄峡谷煤的野外数据利用了本文求解过程进行了分析。储集层。全世界的煤层气潜在资源量估计约有143.2万亿m3[1]。10Å，使得煤基质具有大的表面积，约100至300平方米/克m2/g。因此，大量的气体会吸驱动[4，5]。通过微孔扩散导致了三个不同的机制，可单独或同时的结果，第一是体扩散：10-4-10-5cm2s[6]。这些实验测定的扩散系数63.2%时的解吸时间，吸附时间由整个筒解吸试验测定。吸附时间与裂缝间距和扩散的表面解吸，3）气体通过裂隙系统进行扩散，4）气流从裂缝流入井筒[8]。模型可以容纳更加综合的框架形式，并且可以呈现出更复杂的过程。这些模式的评论也表平衡模型中，依赖于时间的解吸扩散过程是不可忽略的。非平衡模型的双孔隙模型使用传统的天然裂缝性储层的构架，并考虑到在煤基质中的独特的和运移机制。对于均衡模型，其隐含的假设是，与裂缝中流体流动相比，解吸扩散足够快速，并且对解吸扩散的影响可以忽略。对于许多应用，认为平衡的假设是合理的。本文的目的是发展分析干煤储层生产数据的技术，该技术遵从于平衡解吸的。主要的是解释气体解吸导致的非线性和

1t0，气体从储层中产出，统既是微孔所产出气体的，也是气体流向生产井筒的通道。1。本节提供了一个详细的方法用于𝑉𝐸=𝐿

𝑝+

考虑瞬时平衡条件，解吸气体的体积随时都可以通过方程（2）计算，方程（2）如下𝑉=𝑉

𝐿𝑝𝑖+ 𝑝′+式中，Vd——煤的单位体积煤的解吸气体积之PZ

=𝑍

∗

𝐺− 𝑍∗

)(1+)(𝑝+PZZ所代替的Z*。1

)]

𝑟

𝑡

𝜕𝑡tr,号(µc*) tr,𝑐∗=𝑐𝑔+ Ψ(p)=2∫ （5，𝑐𝑑=

∅𝑝(𝑝+𝑝 atr,方程（5）是一个非线性方程。这是由于这样的事实，(µc*) 可压缩油的流动方程的解可以应用于气藏（以平均储层压力来评价。如附录A，我们通过引入修正的拟时间t*将来应用这个过程[18，20，21]，如方程（atr,对修正的扩散方程的解，即方程（10经适当的边界条件，可以赋予短暂和边界控制ψ，以修正的物质平衡方程计算，即方程（3。干煤储层井的产能方程可表示为[22]：a程，以及修正的伪时间t∗。利用方程（3），修正后的材料平衡伪时间由方程（12）给出，a方程（12）如下以前，使用这个公式是由克拉克森等人[14]。推导的细节在附录B和格拉储层模拟器进行了对比，（24。该模拟器是一个气水两相数值模拟器，解释了粘性、毛细psia定速率下（q1.42×103标准立方米/d）和恒定井底压力（pwf345kPa1流量/Stdm3d-井底压力温度初始压力煤密度/kgm-朗缪尔压力朗缪尔体积/Stdm3m-地层厚度井筒半径储层半径绝对渗透率（Gerami(接下来，一口来自西部马蹄峡谷煤沉积盆地的井的压力和流量（工况）的测量数据将被分析（见表4和图3。生产中没有水或少水的情况，使这组数据适合使用本文中提正如看到的，这些数据的质量不允许用于渗透基质和表皮所测定的瞬态数据分型曲线

=𝑇

=(1)(𝜓𝑖−𝜓′)的形式。他 𝑘ℎ QDA=1/(2π)=0.159，该点所对应的流体已被正确QDA0.1591/pwDQDAY轴的表达中消除了T/kh。∗生产分析模型是基于气体从基质的缝隙中的瞬时解吸而。已经被商业开发的煤虽然在我们的过程中，在cf是一个可以通过增加cf而修正的重要参数的情况下，我们没有解释岩层压缩率cf。时的参数（K，S）和边界控制参数G。致A=cf=地层压缩系数，kPa-1cd=解吸压缩系数，kPa-1ct*修正总可压缩系数，kpa-h=k=Mg甲烷毫克=/kg/KmolP=压力，kPaP=pb=pi=pL=psc=q=qd*=解吸率，kg/sr=re=rw=R=真实气体常数，R8.314kPam3/kmolS=拉斯参t=ta*tca*=T=Tsc=vg=气体流速，米/VE=气体吸附的体积，m3气/m3VL=朗缪尔体积，m3气/m3∆Vr=Z=Z*=修正的压缩因子，无量纲，Zi*=初始修修正的缩因子，无量纲ψ_拟压力，千帕/ψi=拟压力，以原始地层压力计算，kPa/sψwf=拟压力，以流动井筒压力计算，kPa/s 第三国际研讨会集，德国，柏林，20045.25-26。卷，5号，第等效，1984.10-84/0060号最终报告，芝加哥，伊利诺斯，1984.418947增石油工程师未的评审22285，1991 同提出，四月12-141993。的概念；油藏评价与油藏工程，2卷，5号，第478-486，1999.10。萃取的石油工程师99351天然气技术研讨会，卡尔加里，AB,2006.3.15- 工程师地层评价，卷4，2号，第293-302页，1989.6。 AB，2006.5.15-17。地层评价，卷1，2号，第57-73页，1986.4。 技术会议和展览的固相萃取的研究，新奥尔良，洛杉矶，1990.9.23-26。1243的工程在丹佛的秋季会议上，1965.10 分析中的应用；石油技术杂志，卷34，12号，第2877-2887，1982.12。 间；石油工程师地层评价，卷2，第4，第671-682，1987.12。 费克奇，典型的下降曲线分析；石油技术杂志，32卷，61065-1077，[24法斯瑞特，煤层气储层产品，菲克特公司，卡尔加里，AB，2006马特波，安德森，系统、全面而又的先进的生产数据分析方法；石油工程师19102气技术研讨会提出在固相萃取，达拉斯，得克萨斯州，1989.6.7-9。于石油工程师20568年度技术会议和展览会中的固相萃取提出，新奥尔良，洛杉矶，19909.23-26。萨博特，试井分析；海湾公司，休斯敦，得克萨斯州，1991附录A:修改后的径向扩散dq*代表瓦斯解吸率（瞬时气体单位时间每单位体积的质量）trdd表达出的解吸的项q*作为解吸瓦斯d动相关的项，而第二项与瓦斯解吸率有关。右边的项显示了气体的变化是因为气体密微分方程，即方程（A-6）线性的，由于气体性质对压力如Z和µ的具有很强的（修改了传统的总压缩系数的定义，方程（A-8）可以写为t方程（A-10）是非线性的，因为结果(µc*)，是一个压力强大的压力函数，因此taa其中(µct*)pt t在修正拟时间的定义中，(µc*).作为一个时间和空间的函数被(µc*)准确地取代。该函数仅仅是平均储层压力和时间的函数。使用链式法则和拟时间的定义，方程（A-11），t tt取值为(µc*)（平均储层压力时的µctt程中获得，即方程（3。附录B：干煤储层平衡解吸的物质平衡拟时12，在方程3tt把方程(A-5)cg和方程(A-8)cd带入方程(B-4)ct*中，得t计。积分方程（B-3）在适当限制并将结果除以q(t)，得：t7和（B-7），得到方程（B-8。现在定义修善的物质平衡拟时间，tca*，如下面的方程（B-7a8a即，tca*=t*。

气工程技术石油大学（1991）获得。在德黑兰大学（2001）油藏工程，在伊朗卡尔加里大学（2007）取得化学和石油工程系的博

他已学术30余篇，包括2000年的“《心血管与肺技术学杂工作。他曾作为能源资源保护局的和人。他在伊朗获得他的学士 。他是石油工程和APEGGA的委员。卡马尔在伊朗获得他的学士和。在卡尔加里大学的化学和石油工 。他是石油工程和APEGGA的委员数据，并撰写了50种技术物。2003年，他获得了石油学会的杰出 TypeCurvesforDryCBMReservoirsWithEquilibriumDesorptionS.Gerami1,m.Pooladi-UniversityofK.morad,l.Feketeassociates1currentlywiththeNationaliranianoilCompanyiorresearch：Thepurposeofthisworkistomodelthesingle-phaseradialgasflowincoalbedmethaneincludingequilibriumsorptionphenomenainthecoalmatrixandDarcyflowinthenaturalfracturenetwork.UsingaLangmuir-typesorptionisotherm,thegasdesorptionrateisdeterminedatanyradiusofthereservoir.Introducingthedefinitionofpseudo-pressureandpseudo-time,theresultingcontinuityequationisconvertedintothelinearizeddiffusivityequationbymodificationoftotalgascompressibility.Itisshownhowthetraditionaldefinitionofthematerialbalancepseudo-timeismodifiedfordryCBMreservoirs.Withthehelpofthesetransformations,thetraditional(PTAandRTA)typecurvescanbeemployedforysisofproductiondataofdryCBMreservoirs.ThemodeldevelopedhereisvalidatedagainstFekete’snumericalCBMsimulatoroverawiderangeofreservoirparametersInaddition,onesetoffielddatafromHorseshoeCanyoncoalsoftheWesternCanadianSedimentaryBasinisyzedusingthesolutionprocedurepresentedinthispaper。Coalbedmethane(CBM)isnaturalgasproducedfromcoaleams.Coalisboththesourcerockandthereservoirformethaneroduction.TheworldtotalCBMresourcepotentialisevaluatedatbout143.2trillioncubicmetres(1).CBMreservoirsarenaturallyfracturedreservoirsthatarecharacterizedbytwodistinctporositysystemsincluding:i)micropores(matrix)withextremelylowpermeabilityandii)macropores(naturalfracturesorcleats).Duetothesmallporediameteroflessthan10Å,thecoalmatrixhasalargeinternalsurfaceareaof100to300m2/g(2,3).Asaresult,substantialtiesofgascanbeadsorbedonthesurfaceofthecoalgrains.Microporesareimpermeabletogasandinaccessibletowater.However,thedesorbedgascanbetransportedthroughtheprimaryporositysystembydiffusion.Themacroporesaasinktothemicroporesandprovidepermeabilitytofluidflow.Inporousmediawithlargerporesizedistributions,masstransferisdrivenbypressuregradients,whereasincoal,masstransferisdrivenbyconcentrationgradients(4,5).Thediffusionthroughthemicroporescanbetheresultofthreedistinctmechanismsthatmayactindividuallyorsimultaneously(6):i)bulkdiffusion,wheremolecule/moleculeinteractionsdominate;ii)Knudsendiffusion,wheremolecule/surfaceinteractionsdominate;andiii)two-dimensionalsurfacediffusionoftheadsorbedgaslayer.Thesteadystatediffusioncoefficientofmethaneformostcoalsisontheorderof10-4to5cm2/s(6).Theseexperimentallydetermineddiffusioncoefficientsrepresentaveragedvaluesincludingthecontributionsofthebulk,Knudsenandsurfacediffusionprocesses.Diffusioneffectscanbefiedbydeterminingasorptiontime.Thesorptiontimeisequaltothetimerequiredtodesorb63.2%oftheinitialgasvolume.Itisdeterminedfromwholecorecanisterdesorptiontest.Thistimeisrelatedtofracturespacingandthediffusioncoefficient(7).GasproductionfromtheCBMreservoirsiscontrolledbyafourstepprocessthatincludes:1)dewatering,2)desorptionofgasfromcoalsurface,3)diffusionofgastothefracturesystem,and4)flowofgasthroughthefracturestotheTwocategoriesofmodelshavebeendevelopedformodellinggasproductionfromCBMreservoirs(7-9):numericaland yticalmodels. yticalmodelsaremoresuitedformechanisticstudiesleadingtoimprovedunderstandingoftheprocess.However,theymaynotbesufficienttosimulatetheprocesswithallitscomplexities.Ontheotherhand,numericalmodelscanmodatethemoregeneralformoftheformulationandcanrepresentmorecomplexprocesses.Areviewofthesemodelsalsoshowsthattwoapproacheswithrespecttodesorption/diffusionprocesseshavebeenadopted:equilibrium(instantaneous)andnon-equilibrium(time-dependent)desorption.Innon-equilibriummodels,thetimedependentdesorption/diffusionprocessisnotignored.Non-equilibriummodelsaredual-porositymodelswhichusetheconventionalnaturallyfracturedreservoirformulationtoaccountfortheuniquestorageandtransportmechanismswithinthecoalmatrix.Inequilibriummodels,theimplicitassumptionisthat,comparedwiththefluidflowthroughthefractures,thedesorption/diffusionissufficientlyrapidandthekineticsofthedesorption/diffusioncanbeneglected.Formanyapplications,itisthoughtthattheequilibriumassumptionisjustified.TheobjectiveofthispaperistodeveloptechniquesforysisofproductiondataindryCBMreservoirsthatfollowequilibriumdesorption.Themainchallengesareaccountingforthenonlinearitycausedbygasdesorptionandtimedependentboundaryconditionsinthewellbore.PalacioandBlasingame(10),andlaterAgarwaletal.(11),showedthat,withtheuseoftheconceptofmaterialbalancetime,onecould modatethechangingboundaryconditionsatthewellboreprovidedthesechangesinpressureandratearesmoothandslow.Accountingfortheeffectofcoalcompressibilitywithinthematerialbalanceandpseudo-timecalculations,Jordanetal.(12)graphicallyshowedthatthemethodswhichlinearizevariableratepressuretoequivalentsinglerateorconstantpressurecasescanalsolinearizeCBMdatainamanneridenticaltoconventionalgasreservoirs.Theyusedresultsgeneratedbyanumericalsingle-phaseCBMsimulatortovalidatethismethodologyonBlasingame(10)andBourdet(13)typecurves.Clarksonetal.(14)alsoshowedtheapplicabilityoftraditionalsinglewellysistechniquestoyzesinglewelldryCBMreservoirs.FIGURE1:HypotheticalradialcylindricalCBMThispaperpresentsthesystematicdevelopmentofaproductionmodelforCBMreservoirswithimmobileinitialwatersaturation(whichweshallcalladryCBMreservoir).Forthispurpose,theproductionmodelconsistingofthemodifiedformsofmaterialbalanceequation,diffusivityequationandmaterialbalancepseudotimeisformulatedandsolvedbyaccountingfortheequilibriumdesorptionprocess.Then,thesolutionisvalidatedagainstanumericalCBMsimulatoroverawiderangeofreservoirparameters.Lastly,theactualfielddatafromadryCBMreservoirisyzedwiththeproductionmodel.PhysicalReferringtoFigure1,acylindricaldryCBMgasreservoirisconsideredinthisstudy.Attimet=0,gasisproducedfromthereservoir,causingthepressuretobereducedgraduallyfromtheinitialreservoirpressure(pi)toapressure(p)belowtheadsorptionequilibriumpressure.Withgasproductionandcorrespondingpressuredecline,gasisdesFIGURE1:HypotheticalradialcylindricalCBMreservoir.orbedfromthecoalsurfacetoFIGURE1:HypotheticalradialcylindricalCBMreservoir.thefracturesystem.Thus,thefracturesystemactsbothasasinktothemicroporesystemandasaconduittoproductionwells.MathematicalDevelopmentofaproductionysismethodforadryCBMreservoirrequirestheconsiderationofthegasdesorptioneffectintothecontinuityequationfortheflowofgasthroughadifferentialelementofthereservoirvolume(seeFigure1).Thissectionprovidesadetailedmethodologyusedtomodelgasproductionundervariableoperatingconditionsatthewellbore.Themathematicalmodelconsistsofthreemainelements:1)asetofassumptionstofacilitatethemodeldevelopment,2)anequilibriumgasdesorptionmodeltodeterminetherateofgasdesorptionasafunctionofpressure,and3)aproductionmodeltodescribereservoirperformance.Thefollowingassumptionsareconsideredtofacilitatemodeldevelopment.1）Thereservoirishorizontalwithhomogeneousproperties.ThereservoirhasuniformThereservoirisTheCBMreservoircontainsasingle-phasegas.5）Porevolumecompactionisnegligible.6）Gasdesorptionisinstantaneous,i.e.,equilibriumsorptionGasdesorptionGasstoredbyadsorptionistypicallymodelledwithanadsorptionisotherm.Theadsorptionisothermisamathematicalrelationbetweenthevolumeofgasadsorbedandthecoalsystempressure.The monlyusedfunctionalformformodellingadsorptionistheLangmuirisotherm(15)whichhasthe𝑉𝐸=𝑉𝐿(𝑝+𝑝 Consideringtheconditionofinstantaneousequilibrium,thevolumeofdesorbedgasatanytimecanbecalculatedbyEquation(2):𝑉=𝑉

𝐿𝑝𝑖+ 𝑝′+whereVdisthecumulativedesorbedgasperunitvolumeoftheProductionTheproductionmodelconsistsoffourelementswhichare:1)themodifiedformofthematerialbalanceequation,2)thediffusivityequationanditssolutionssubjectedtotheconstantrateandconstantpressureproductionatthewellbore,3)deliverabilityequation,and4)materialbalancepseudo-time.Theterm‘modified’referstothefactthatalloftheseelementswerepreviouslydevelopedforaconventionalgasreservoir;however,theelementsaremodifiedbyaccountingfortheequilibriumdesorptionprocess.MaterialForconventionalgasreservoirs,therealgasequationofstateisusedtoderiveafamiliarequation.ThesameapproachisusedforCBMreservoirs,exceptthatthegasdesorbedduringproductionperiodmustbeaccountedfor.King(16)developedtwomaterialbalanceequationsforcoalseamandDevonianshalegasreservoirs.Thefirstmodelassumesequilibriumconditionswhilethesecondmodelallowsfortimedependent,non-equilibriumdesorption.AccordingtoKing’sapproach,foradryCBMreservoirunderequilibriumdesorption,thematerialbalanceequationtakestheformof: 𝑝𝑖𝐺− whereZ*isthemodifiedgascompressibilityfactorandisdefined𝑍∗

)(1+)(𝑝+

Equation(3)isthegasphasemassbalanceoverthetotalreservoirsystemincludingcoalmatrixandfractures.Theassumptionsusedinthedevelopmentofthematerialbalanceequati