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琚宜文 颜志丰 李朝锋 房立志 张文静
作者简介:琚宜文,男,博士,教授,博士生导师。中国科学院研究生院,北京市玉泉路甲19号,100049,,,
(中国科学院研究生院 地球科学学院 北京 100049)
摘要:煤层气和页岩气是重要的非常规资源。目前我国的煤层气产业已实现商业化生产,但页岩气还处于试验阶段。在一些能源盆地中,会同时存在煤层气和页岩气源岩,它们可能相邻或处于较近或较远层位。尽管煤层气和页岩气在气体的来源与赋存层位等方面有所不同,但是在富集特征、运移过程及开发技术方面具有一些共性。煤层气的富集主要是以吸附状态存在于煤层中,页岩气的富集是以吸附或游离状态存在于高碳质泥页岩中。煤层气和页岩气均储存于低孔低渗的储层中,它们的开采技术均包含评价技术、测试技术、钻井技术和储层改造技术等。如果在一个盆地中同时赋存有煤层气和页岩气,就可以考虑利用同一口井同时进行煤层气和页岩气开采,从而提高它们的开采效率,促进非常规天然气产业的快速发展。
关键词:煤层气 页岩气 富集特征 开发技术 储层改造
Commonness and Differences of Enrichment Characteristics and Mining Technology of China's Coalbed Methane and Shale Gas
JU Yiwen YAN Zhifeng LI Chaofeng FANG Lizhi ZHANG Wenjing
(College of Earth Science, Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100049, China)
Abstract: Coalbed methane and shale gas are important unconventional present, the coalbed methane industry of China has been produced commercially; however, the shale gas production is still at experi- mental source rocks of coalbed methane and shale gas will occur in some energy basin together,and they may be adjacent or in near or far coalbed methane and shale gas are different in their sources and occurrence layers etc., there are some common situation, such as the enrichment characteristics, the migrating procedure and the developing coalbed methane mainly enrichs in the coalbeds with adsorption state, while shale gas enriches in the high-carbon mudstone or shale with adsorption or free both coalbed methane and shale gas store in reservoirs with low porosity and permeability,and all their mining technolo- gy include evaluating, testing, drilling and reservoir stimulation both coalbed methane and shale gas occur in the same basin, then they can be exploited by the same well, therefore their exploiting efficiency will be im- proved, and the unconventional natural gas industry will be developed rapidly.
Keywords: coalbed methane; shale gas; enrichment characteristics; development technology; reservoir stimulation
1 前言
我国经济持续快速发展,能源需求不断增加,天然气需求迅速增长,预测2015年需求量1560亿m3,缺口约560亿m3,2020年需求量2930亿m3,缺口将达1000亿m3(王一兵等,2010)。在国际上煤层气和页岩气等非常规天然气是油气勘探的重要目标(Ross et al.,2008)。在我国增加常规油气产量非常困难的情况下,开发煤层气和页岩气等非常规资源,就成为我国能源可持续发展的现实选择。
煤层气和页岩气的勘探开发和利用首先由美国获得成功,2006年以来全美煤层气年产量稳定在540亿m3以上(李五忠等,2008),2009年美国的煤层气产量达到542亿m3。2009年美国页岩气生产井近98590口,页岩气年产量接近1000亿m3(崔青,2010),2010年,美国页岩气探明储量已逾60万亿m3,产量达1000亿m3,占其天然气总产量的1/5(新华网,2011)。煤层气和页岩气产业已成为美国举足轻重的能源工业。煤层气方面除美国外,加拿大、澳大利亚和中国等国家也已获得突破。截至2009年底,我国已建煤层气产能25亿m3,全年地面煤层气产量超过10亿m3(新华网,2011)。2010年地面煤层气抽采量为亿m3。页岩气方面除美国外,加拿大也开始了规模化生产,中国和澳大利亚等国也已开始了试验性研究。
在一些能源盆地中,会同时存在煤层气和页岩气源岩,它们可能相邻或处于较近或较远层位。在地质作用过程中,受生物化学作用或物理化学作用所产生的气体,会分别储存在煤层气或页岩气储层,若不同储层通过断层或裂隙相连通,可能会形成混合储层或相距很近的储层。尽管煤层气和页岩气在气体的来源与赋存层位等方面有所不同,但是在富集特征、运移过程及开发技术方面具有一些共性。在开采煤层气或页岩气的过程中,我们怎样才能够把相距较近两种储层的气体都采出来呢?如果两个储层相距较远的话我们能不能同时对煤层气和页岩气进行开采呢?
经过多年的探索、试验和研究,我国煤层气地质研究在煤层气赋存的地质过程与动力学机制研究、煤层气储集系统与聚散机制研究以及煤层气藏经济高效开发的场效应研究等方面均取得显著进展(秦勇,2003;汤达祯等,2003);同时,在选区评价技术、钻井技术、压裂技术、排采技术等开发技术上也取得重要突破(李嘉川等,2011)。近些年来,在页岩气勘探理论与技术方面也取得一定的成果(程克明等,2009;聂海宽等,2010;张金川等,2008)。
我国煤层气存在的问题是地质条件复杂——低渗透、低压力、低饱和度,开发理论与技术有诸多难题没有解决,储存运输困难,利用率低等问题;我国页岩气还处于研究阶段,没有开始试生产,对于页岩气的研究中渗流机理方面研究较少(刘德华等,2011)。对此应加强煤层气的基础理论研究,进一步提高对煤层气的认识程度,提高开采效率和资源利用率;对页岩气应加强富集特征与渗流机理的研究,形成系统的开发技术体系,以促进页岩气产业的发展。
本文在前人研究的基础上探讨煤层气和页岩气富集特征与开采技术的共性与差异性,研究的目的在于探索煤层气与页岩气富集的内在关系,煤层气与页岩气生成、演化与富集的机理,以及它们共同开发的可能性。因此,通过煤层气与页岩气富集特征与开采技术的比较研究,对于发展适合于我国地质条件的非常规天然气地质理论、推动我国非常规天然气产业的尽快形成均有所裨益。
2 煤层气与页岩气概念及其评价方法
煤层气俗称瓦斯,又名煤层甲烷,是与煤伴生、共生的气体资源,其主要成分为甲烷,含量组成为80%~99%,其次含有少量的CO2、N2、H2、SO2、C2H6等气体。煤层气主要以吸附态赋存于煤层孔隙表面或填隙于煤层结构内部,另外煤层裂隙与煤层水中存在少许游离气与溶解气。煤层孔隙及裂隙中的煤层气与煤层水形成特殊的水动力系统,只有当储层压力低于解吸压力时,煤层气才能解吸出来。
页岩气是从富有机质页岩地层系统中开采出来的天然气,是位于暗色泥页岩或高碳泥页岩中,主体上以吸附和游离状态同时赋存于具有生烃能力的泥岩、页岩等地层中的天然气聚集。页岩气开发虽然产能低,但具有开采寿命长和生产周期长的优点。由于含气页岩分布范围广、厚度大,使得页岩气资源量巨大。因而,页岩气井能够长期地以稳定的速率产气,一般开采寿命为30~50年,长者甚至能达80年(Xia et al.,2009;李世臻等,2010)。
煤层气和页岩气都是自生自储、吸附成藏、连续聚集的非常规天然气,它们在概念特征上既有联系,又有区别,表1为煤层气和页岩气在概念特征上的比较。
表1 煤层气与页岩气概念的比较
煤层气和页岩气的富集有许多特征,如气体来源、储集介质等。评价这些特征需要许多方法(冯利娟等,2010),有些方法仅适合煤层气储层,有些方法仅适合页岩气储层,有些方法二者均适用。表2中列出了一些重要的评价方法。
表2 用于评价煤层气和页岩气储层的重要方法
(据冯利娟等,2010修改)
3 煤层气和页岩气的富集特征
煤层气和页岩气均为自生自储,吸附成藏的非常规天然气。页岩气富集区页岩厚度往往较大,裂隙发育,热演化程度合适,如美国的Barnett页岩(Bowker,2007;Zhao et al.,2007;Polastro,2007)。它们在富集特征上有许多相似之处,也存在着明显的不同。下面主要从源岩、生成与演化特征,储集与分布特征,渗流与运移特征等方面来对比研究煤层气藏以及页岩气藏的富集特征。表3列出了二者在富集特征上的一些异同。
表3 煤层气和页岩气在富集特征上的异同
4 煤层气与页岩气的富集机理
煤层气是煤在煤化作用过程中形成的天然气在源岩中的残留部分,煤层既是生气源岩又是储气层段,煤化作用过程中形成的天然气原地聚集或短距离运移,主要通过煤层的吸附作用(Scholl,1980;Tadashi et al.,1995)将天然气聚集起来,为典型的吸附富集机理。煤的储气能力与煤的煤岩组分、变质程度、温度和压力有关。因此,煤层气在聚集方式、动力类型以及成藏特征等方面与常规天然气藏有较大差别(张金川等,2008)。由于煤层气主要以吸附作用为主,吸附气含量通常大于80%,游离气和溶解气比例很小,因此,可以不需要通常的圈闭存在。只要有较好的盖层条件,能够维持相当的地层压力,无论在储层的构造高部位还是低部位,都可以形成气藏(褚会丽等,2010)。
页岩气富集机理具有典型的“混合型”特征。根据不同富集条件,页岩气富集可表现为典型吸附机理、活塞富集机理或置换富集机理。第一阶段是天然气的生成与吸附,具有与煤层气相同的富集成藏机理(张金川等,2003);第二阶段发生在生气高峰;随着页岩生气过程的继续,页岩有机质颗粒所提供的最大吸附气量不足以满足所生成的天然气聚集需求时,游离态天然气开始出现。随着生气过程的继续,天然气在地层中逐渐形成高压,从而导致沿页岩的薄弱面小规模裂缝的形成,天然气开始在裂缝中以游离态运移聚集。由于页岩孔隙及微裂缝具有孔喉细小的特征,游离态天然气对地层水的排驱为活塞式整体排驱富集机理。如果天然气生成量继续增加,则天然气选择大孔隙通道进行置换式运移,气上水下,表现为裂缝系统中的置换富集机理(徐波,2009)。
煤层气和页岩气均产自于能源盆地,煤层气源岩的煤岩形成于适宜植物生长的沼泽环境中,页岩气源岩的页/泥岩形成于深湖相或湖泊中心相(Law,2002)。经沉降埋藏成岩后,受构造变动的影响岩石产生断层和裂隙,因此造成不同层位间孔隙和裂隙的连通。有机质经埋藏和变质作用,有机碳开始产生气体。随着变质作用的进行,油气成熟度越来越高,气体生成量也越来越大,生成的气体大部分被吸附在煤层和页岩等不同储层中,部分会沿着断裂和裂隙运移。如果煤层气储层和页岩气储层相邻或相距很近,煤层气和页岩气就可能会形成两个相邻或相近的气体储层,由于气体的运移在两个储层相邻或相近的情况下甚至可能出现煤层气和页岩气的混合储层。
5 煤层气与页岩气的开发技术
煤层气和页岩气开发的关键技术首先是评价技术,采用地质、测井等方法评价源岩(储层)的性能、含气量、分布范围和丰度等参数,确定储层性能和开采的有利区域;测试技术,对含气量、吸附性能、微观裂隙、渗透率等储层参数进行测试;储层改造技术,如压裂技术和水平钻井技术,水平钻井技术指从水平井筒钻出多水平井段,非常有利于低渗储层的技术改造。
煤层气的开发技术有:(1)钻井技术,包括钻井和完井技术。如水平井钻井技术、空气欠平衡钻井技术、保护储层的钻井技术等,是煤层气孔经济、高效、快速成孔的关键;(2)储层改造技术,煤层气储层属于低孔低渗的储层,进行商业性生产需对储层进行改造,储层改造措施是提高煤层气产量的重要措施,压裂技术是储层改造的重要技术,如清洁压裂液压裂技术、水力加砂压裂技术、氮气泡沫压裂技术等增产改造技术的试验与应用、井下微地震压裂裂缝监测试验;(3)排采技术,把煤层气从地下抽到地面所采取的技术;(4)煤层气田的低压集输工艺技术,包括集中式压缩机站与分散式撬装液化装置等技术。
页岩气的开发离不开储层的改造技术,美国的Barnett页岩就是经水力压裂后才开始产气的(Zhao et al.,2007)。技术的进步推动了页岩气水平井的发展,在Barnett页岩气藏中,90%的新井都是水平井(冯利娟等,2010);储层压裂及重复压裂技术(邹才能等,2011)大幅度提高了页岩气产量,对页岩气商业性开采起着决定作用。
煤层气和页岩气均为非常规天然气,它们的开发技术有许多相同的地方。假如在一个盆地中同时赋存有煤层气和页岩气,那么如果能够利用同一口井同时进行煤层气开采和页岩气开采,则和单一气体开采相比,单井在产气量和开采寿命上均应该会有所提高。因此可以提高天然气生产企业的经济效益。
6 结论与认识
煤层气和页岩气同为非常规天然气,它们在储层特征、富集机理和开采技术等方面存在许多相同的地方,但二者之间也有明显的差异。
(1)煤层气和页岩气都是自生自储、吸附成藏、连续聚集的非常规天然气。通过气体来源、气体组成、气体成因、赋存状态、赋存方式等比较了它们在概念特征上的联系和区别。评价煤层气和页岩气储层特征有不同的方法,有些方法仅适合煤层气储层,有些方法仅适合页岩气储层,有些方法二者均适用。
(2)煤层气和页岩气在富集特征、运移过程及开发技术方面具有一些共性,但在气体的来源、赋存层位及保存条件等方面有所不同。煤层气的富集主要是以吸附状态存在于煤层中,页岩气的富集是以吸附或游离状态存在于高碳质泥页岩中;煤层气富集需要有合适的盖层条件和水文地质条件,而页岩气的富集不需要附加的盖层条件和水文地质条件。
(3)煤层气的富集主要是通过吸附作用将天然气聚集起来,为典型的吸附富集机理;页岩气富集机理具有典型的“混合型”特征。根据不同富集条件,页岩气富集可表现为典型吸附机理、活塞富集机理或置换富集机理。
(4)煤层气储层和页岩气储层均为低孔低渗的储层,开采时均需要采取储层改造增渗技术,如水平井技术和储层压裂技术等。如果在一个盆地中同时赋存有煤层气和页岩气,就可以考虑利用同一口井同时进行煤层气和页岩气开采,从而提高它们的开采效率。
参考文献
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颜志丰1 琚宜文1 侯泉林1 唐书恒2
(1.中国科学院研究生院地球科学学院 北京 100049 2.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
基金项目: 国家自然科学基金项目 ( No. 41030422; 40972131) ; 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。
Uniaxial Mechanical Test of Water-saturated Coal Samples in Order to Simulate Coal Seam Fracturing
YAN Zhifeng1JU Yiwen1HOU Quanlin1TANG 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 test; mechanical properties; Anisotropy; saturated water content; cleat
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(SmithDM，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(DanielsJ，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 )。Hirt和Shakoor(Hirt A M，1992)，Med-hurst和Brown(MedhurstT P，，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～，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。
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DP1DP10;另一组煤样垂直面割理方向，样品数10个，编号DC1DC10。试验前对煤样进行了饱水处理(48h以上)。单轴实验设备为WEP600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
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，MPa;Pmax为煤岩试件最大破坏载荷，N;A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，GPa;σc(50)为试件单轴抗压强度的50%，MPa;εh(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
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。
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1a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1b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1c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1d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。
弹性模量和其他性质之间的关系
图2a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2b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2c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。
泊松比和其他性质之间的关系
由图3a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3b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。
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。
图3 泊松比μ与饱和吸水率ωs之间的关系
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4a。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4 煤岩样品应力—应变关系曲线图
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4b。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。
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4c。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
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2002年以来，中国矿业大学学生参加省级以上国内外科技竞赛获得3500余项奖励，先后有16篇博士论文入选全国百篇优秀博士论文。 2005年至2015年间，中国矿业大学共承担包括国家“863计划”、“973计划”、国家科技发展重大专项、国家自然科学基金重大项目等国家级科研项目889项，省部级科研项目707项；获得国家级科技奖励34项，何梁何利基金科技进步奖1项，获国家级科技奖励数位居全国高校前列、江苏省高校第一位；获省部级科技奖励331项、授权专利3452项（其中发明专利578项）。研究与发展经费快速增长，年均科研经费超过5亿元。 重大科研项目 “973计划”项目深部危险煤层无人采掘装备关键基础研究、西部煤炭高强度开采下地质灾害防治与环境保护基础研究、低品质煤大规模提质利用的基础研究、煤矿突水机理与防治基础理论研究、深部煤炭开发中煤与瓦斯共采理论“863计划”项目薄煤层开采关键技术与装备科技基础性工作专项西部重点矿区土地退化因素调查国家重大科研仪器研制项目 揭示煤与瓦斯突出机理与规律的模拟试验仪器 截至2015年10月，中国矿业大学拥有2个国家重点实验室，2个国家工程技术研究中心，3个国家工程实验室，4个教育部重点实验室、2个教育部工程研究中心、17个其他省部级重点实验室、工程（技术）研究中心（含研究基地）和协同创新中心以及低碳能源研究院和物联网（感知矿山）研究中心，建成了1个国家大学科技园。 中国矿业大学还与8个地级市建立了全面合作关系，与14家国有大型企业共建了研究机构。中国矿业大学国家大学科技园被评为江苏省唯一的“A类（优秀）国家大学科技园”称号；中德能源与矿区生态环境研究中心被誉为“中德科技合作的典范”。 协同创新中心 序号类别名称1国家级（2011计划）煤炭安全绿色开采协同创新中心2省级矿山智能采掘装备协同创新中心科研机构 序号类别 名称 立项时间 主管部门 1国家级 煤炭资源与安全开采国家重点实验室 2005年12月 科技部 2国家级 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室 2007年4月 科技部 3国家级 中国矿业大学国家大学科技园 2006年1月 科技部 4国家级国家煤加工与洁净化工程技术研究中心2011年7月科技部5国家级 煤矿瓦斯治理国家工程研究中心 2005年1月 发改委 6国家级 矿山物联网应用技术国家地方联合工程实验室 2011年11月 发改委 1部级 煤炭资源教育部重点实验室 2000年8月 教育部 2部级 矿山开采与安全教育部重点实验室 2003年6月 教育部 3部级 煤炭加工与高效洁净利用教育部重点实验室 2005年12月 教育部 4部级 煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室 2009年4月 教育部 5部级 煤矿瓦斯与火灾防治教育部重点实验室 2010年4月 教育部 6部级 深部煤炭资源开采教育部重点实验室 2011年6月 教育部 7部级 矿山生态修复教育部工程研究中心 2006年6月 教育部 8部级 矿山数字化教育部工程研究中心 2007年9月 教育部 9部级 国土环境与灾害监测国家测绘局重点实验室 2009年3月 测绘局 10部级 国家能源煤矿采掘机械装备研发中心 2010年7月 能源局 11部级 国家环境保护清洁煤炭与矿区生态恢复工程技术中心 2006年3月 环保部 12部级 矿山瓦斯粉尘灾害技术基础研究国家级专业中心实验室 2005年12月 发改委 13部级 矿山水害防治技术基础研究国家级专业中心实验室 2005年12月 发改委 14部级 工业安全工程技术研究中心 2003年6月 安监局 15部级页岩气重点实验室2013年8月煤炭地质总局16省级 江苏省资源环境信息工程重点实验室 2007年9月 江苏省科技厅 17省级 江苏省煤基CO2捕集与地质储存重点实验室 2010年9月 江苏省科技厅 18省级 江苏省土木工程环境灾变与结构可靠性重点实验室 2010年11月 江苏省科技厅 19省级 江苏省电力传动与自动控制工程技术研究中心 2005年7月 江苏省科技厅 20省级 江苏省物联网感知矿山工程实验室 2010年6月 江苏省科技厅 21省级 江苏省煤加工与洁净化工程技术研究中心 2011年12月 江苏省科技厅 22省级 江苏省大型钢结构腐蚀防护工程技术研究中心 2011年12月 江苏省科技厅 23省级 江苏省综采综掘智能化装备工程技术研究中心 2012年12月 江苏省科技厅 24省级江苏省煤矿电气与自动化工程实验室 2013年12月江苏省科技厅1校级 中国矿业大学低碳能源研究院 2010年6月 中国矿业大学 2校级 中国矿业大学苏轼研究院 2011年5月 中国矿业大学 3校级 中国矿业大学淮海文化传媒研究院 2012年4月 中国矿业大学 4校级 中国矿业大学物联网（感知矿山）研究中心 2010年3月 中国矿业大学 5校级 中德能源与矿区生态环境研究中心 2008年9月 中国矿业大学 6校级 中澳矿业研究中心 2008年12月 中国矿业大学 7校级 中国矿业大学国际煤炭能源政策研究中心 2011年4月 中国矿业大学 8校级 中国煤矿史研究所 2010年8月 中国矿业大学 9校级 国家体育总局体育文化发展中心体育文化研究基地 2009年11月 中国矿业大学 国际矿业、能源与环境高等教育联盟成立于2009年10月。在中国矿业大学举行的中外大学校长论坛上，学校与莫斯科国立矿业大学、德国亚琛工业大学、德国波鸿工业技术大学、德国杜伊斯堡·埃森大学、美国肯塔基大学、美国西弗吉尼亚大学、澳大利亚昆士兰大学、澳大利亚西澳大学、日本群马大学、越南河内地矿大学等矿业、能源、环境领域的11所世界知名高校共同发起并签署《国际矿业、能源与环境高等教育联盟宣言》。联盟成员以人才培养、科学研究和知识转化为载体，在一次能源的绿色开采、洁净高效利用、新能源开发、环境保护、气候变化等方面开展广泛国际合作。中德能源与矿区生态环境研究中心，简称“中德中心”，成立于2008年9月。经德国前总理施罗德和中国前驻德大使卢秋田的积极倡导，中国矿业大学与德国Bochum工业大学、DMT、DBT等知名企业联合成立“中德能源与矿区生态环境研究中心”，施罗德先生出任中心名誉主任，葛世荣校长担任理事长。中德中心被誉为“中德科技合作的典范”，旨在加强中德两国在新能源、矿区生态环境、先进制造业、节能减排、煤矿安全开采技术与装备等领域合作。中澳矿业研究中心成立于2011年4月。该中心是中国矿业大学与西澳大学、昆士兰大学三校联合共建的研究机构，中心在地质勘探、采矿与安全、选矿、煤基合成燃料、新能源、生态环境修复、矿业经济与环境法等领域开展合作研究，并努力其打造成集人才培训、技术研发、成果转化与产品制造为一体的产、学、研、经相结合的国际化合作平台。中美清洁能源联合研究中心成立于2009年7月。联合研究中心旨在促进中美两国的科学家和工程师在清洁能源技术领域开展联合研究，首批优先领域有三个，即节能建筑、清洁煤、清洁能源汽车。华中科技大学、清华大学、中国矿业大学等15家单位为中方清洁煤技术联盟团队，美方团队主要包括西弗吉尼亚大学、怀俄明大学、肯塔基大学等18家单位。 学术期刊 《中国矿业大学学报》（自然科学版） EI index 核心收录期刊，中文核心期刊，Abstracts Journal (Russian), Chemical Abstract, Cambridge Scientific Abstracts, Coal Abstracts，中国科技论文统计源期刊（中国科技核心期刊）、江苏省一级期刊、《CAJ-CD规范》执行优秀期刊、《中国科技论文在线》优秀期刊、中国学术期刊综合评价数据库来源期刊。EI收录率100%《采矿与安全工程学报》EI index 核心收录期刊，中文核心期刊，中国科技论文统计源的期刊（中国科技核心期刊）、江苏省的一级期刊、《CAJ-CD规范》执行优秀期刊、《中国科技论文在线》的优秀期刊、中国学术期刊综合评价数据库来源期刊。EI收录率100%Mining Science and Technology(Published by Elsevier )The journal has been indexed and/or abstracted by Ei Compendex, Abstracts Journal (Russian), Chemical Abstract, Cambridge Scientific Abstracts, Coal Abstracts 图书馆藏 截至2015年10月，中国矿业大学图书馆藏书230万册，数字图书90万册。截止2014年底，图书馆纸质藏书累计205万册，电子图书230万册；中文数据库75个，外文数据库65个。中外文纸质期刊2800余种，中文电子期刊 10800种，外文电子期刊13160种。自建有“矿业工程数字图书馆”、“矿业工程数据库”和“低碳新能源数据库”等特色数据库。 中国矿业大学图书馆是教育部科技查新工作站和煤炭信息研究院科技查新代理单位，CALIS成员馆之一和JALIS的苏北地区文献中心。 中国矿业大学多次成功举办国际矿业科学与技术大会、中国工程院冶金材料学部学术年会等国际性学术会议，历年举办重要学术会议有： 1985年至2009年，六届国际矿业科学与技术大会；2004年，混凝土与结构新进展国际会议（ICACS）；2007年，第八届国际“不连续变形分析及其在采矿和土木工程的应用”(ICADD-8)（北京校区）；2008年，第四届中国二次离子质谱学会议暨2008北京二次离子质谱学国际研讨会（北京校区）；2009年，亚洲城市环境学会第六届国际会议(The 6th International Symposium of Asia Institute of Urban Environment)；2009年，亚洲太平洋国际煤层气会议(2009 Asia Pacific Coalbed Methane Symposium)；2009年，第十届中国MBA发展论坛；2010年，第二届中国能源科学家论坛；2010年，第二十二届中国控制与决策会议；2011年，第二届中国测绘科学技术论坛。2015年，第七届国际矿业科学与技术大会。
中国地质大学（北京）能源学院创建于1952年建校之初，历经矿产地质及勘探系、可燃矿产地质及勘探系、能源地质系、能源学院等演变，由石油天然气地质及勘探、煤田地质及勘探二个专业发展而来。在能源学院的建设历程中，曾经涌现了一批享有盛誉的专家学者，如提出“陆相生油”理论的中国石油地质专业主要创始人潘钟祥教授、我国第一个煤田地质专业的创建者杨起院士等。在半个多世纪的发展中，能源学院积极开展高素质、有特色的人才培养，逐渐形成了重视地质理论基础、强化实际动手能力的人才培养特色，为中国能源工业培养和输送了大批品学兼优的科技人才和管理骨干，由能源学院培养的三名中国科学院院士傅家谟、殷鸿福、张彭熹是其中的杰出代表。 能源学院目前由石油地质、石油工程、能源与环境三个教研室组成，有教职员工50人，包括中国科学院院士1人、教授15人（博导13人）、副教授（高级工程师）14人，另有退休后返聘的教授（博导）6人和兼职教授4人。在人才队伍中，中青年教师是教学与科研的中坚力量，他们多数拥有博士学位并曾在美国、英国、加拿大、德国、荷兰等科学技术先进的国家留学或进修过，有获全国青年地质科技银锤奖2人，教育部“优秀青年教师奖”1人，北京市优秀青年教师2人，进入原地质矿产部跨世纪人才计划的1人。 在学科结构上，能源学院设有“矿产普查与勘探学”博士后流动站、“矿产普查与勘探”、“油气田开发工程”及“能源地质工程”三个二级学科的博士学位和硕士学位授予点、“油气井工程”硕士学位授予点，在“石油与天然气工程”领域招收工程硕士研究生，在“石油工程”和“资源勘查工程”二个专业招收本科生。其中，“矿产普查与勘探”和“油气田开发工程”分别为国家重点学科和省级重点学科，“资源勘探工程”为国家重点专业，资源勘查工程专业（油气地质方向）被确定为我校工科教学基地。学院每年招收博士研究生100余名、硕士研究生70余名、工程硕士研究生100余名、本科生180余名，现有各类学生1208名，研究生与本科生的比例接近1:1。 能源学院拥有较雄厚的科研实力，不断追踪世界学科发展动态，立足于学科发展前缘。围绕着含油气盆地地质及勘探开发，形成了多个特色明显、处于领先地位的研究领域，如沉积学、层序地层学、含油气盆地分析、油气成藏动力学、储层地质学、有机地球化学、天然气地质学、油气田开发地质学、油气井动态分析、油藏工程、油藏数值模拟等。在长期的科研活动中，能源学院与中国石油、中国石化、中海油等集团公司及国土资源部等部门开展了广泛的合作，研究领域涉及到松辽盆地、渤海湾盆地、鄂尔多斯盆地、四川盆地、塔里木盆地、准噶尔盆地、柴达木盆地、二连盆地、东海海域、南海海域以及国外等含油气盆地。先后承担了国家重点科技攻关项目、国家攀登项目、国家重大基础研究973项目、国家自然科学基金重点项目和面上项目，以及横向合作项目120多项，2004年科研经费增长至1500万元。许多项目获得了国内领先和国际先进的评价，先后有17项科研成果获省部级奖励，出版专著11部，发表论文440多篇，其中，进入SCI、EI及ISIP三大检索系的论文40多篇。 能源学院实验室建设快步发展，仪器设备性能优良，实验教学条件良好。下设能源基础室、有机地化室、沉积岩石学室、油气田开发室、油层物理室、数值模拟室和能源信息分析室。 能源学院依托国有大型石油企业和科研院所（胜利油田、辽河油田、中原油田、大庆油田、中石油勘探开发研究院廊坊，通过多年的建设与完善，建成了多个具有多层次（本科、硕士、博士和工程硕士）、多功能（本科生产实习、研究生论文基地、工程硕士办学点和教师科研基地）特色的“产－学－研实习基地”。 另外，我院资源勘查工程专业（油气地质方向）已被确定为我校工科教学基地。 能源学院一直奉行以科研促教学的办学思想，提出了“科研成果进课堂，科研参与促成长，科研经费助教学，科研协作搭桥梁”的科研促教学办学模式。在长期的教学实践中，积极开展高素质、有特色的人才培养，形成了重视地质理论基础、重视实际动手能力、重视创新意识的人才培养特色，着力打造具有地质大学特色的实践教学模式。学生传统就业率多年来一直居全校之首。 新世纪的能源学院正以高昂的姿态、百倍的信心阔步前进。科研方向层序地层学 层序地层学虽属于现代地层学的范畴，但从学科所依据的理论基础和研究内容来看，已远远超过了地层学所涉及的范畴。层序地层学将年代地层学与现代沉积学、全球海平面升降结合起来, 通过等时地层格架的建立，在时间地层单元内进行地层充填结构和展布样式的研究，在盆地油气勘探和开发领域，包括盆地沉积演化史分析、地层与储层预测、隐蔽油气藏的勘探、及至油气藏描述等方面，均取得了成功。因而层序地层学不仅变革了传统地层学和沉积学的理论，而且已成为一门能够指导油气勘探的应用科学。在石油和天然气工业强大生产力的推动下层序地层学作为地层学的新的分支学科正在不断发展、完善。 我院层序地层学研究方面实力雄厚，拥有一批国内外知名的专家、教授，在国内外多个盆地和地区的研究中取得了丰硕成果。目前主要研究领域有：层序地层与隐蔽圈闭预测研究、陆相断陷湖盆层序地层研究、河流相层序地层研究、前陆盆地层序地层研究、高分辨率层序地层在油藏描述中的应用等。沉积学与油气储层沉积学是对沉积物的来源、沉积岩的描述和分类以及沉积物形成过程进行研究的学科，其研究内容广泛，包括沉积岩、沉积环境、沉积相、沉积过程及沉积矿产等多个方面。沉积相的研究贯穿于油气勘探开发的全过程，主要研究烃源岩、储集层和盖层的沉积条件及有利相带分布、以及地层、岩性圈闭形成条件的分析。油气储层研究是利用地质、地震、测并、试井等资料和各种储层测试手段，以沉积学原理为指导，研究和解释油气储集体所形成的沉积环境、成岩作用及其形成机制，分析与确定储层的地质信息及不同层次的非均质性特征．提高油气勘探与开发效果。该研究方向为我院的传统优势学科之一，研究实力雄厚，目前主要研究领域有：沉积相与油气、油气储层综合预测、储层成岩作用、油气储层表征与建模等。油气地球化学与油气成藏油气地球化学与油气成藏主要研究油气的成因、运移、聚集、演化和分布规律。油气地球化学主要研究油气的成因，包括有机质丰度、类型、油源对比等；油气成藏主要研究油气成藏条件、成藏作用、成藏过程及成藏动力学系统等。该研究方向为我院的传统优势学科之一，研究实力雄厚。目前主要研究领域有成藏动力学系统与含油气系统、油气运移、油气地球化学、油藏及开发地球化学、根缘气及天然气成藏序列等。含油气盆地分析盆地分析是地质学中多学科交叉的重要学科领域，它围绕着沉积盆地的形成、演化、沉积充填、后期改造及矿产资源分布规律等问题开展综合研究。含油气盆地分析注重研究盆地的形成、演化、改造过程以及它们与油气资源分布、油气成藏作用的关系，主要内容包括含油气盆地构造学分析、地层学与沉积学分析、沉降史和热史分析、石油地质学分析等。该研究方向为我院的传统优势学科之一，研究实力雄厚。石油构造分析石油构造分析是构造地质学与石油地质学相结合的产物，包括石油构造分析的理论基础、石油构造分析的实例以及与油气形成和分布有关的构造作用、构造样式及构造规律性等。其主要研究对象是含油气盆地内的构造作用和构造样式，不仅要研究含油气区大地构造、区域构造和盆地构造分析，而且还要研究盆地内各次级构造单元（坳陷、隆起、凹陷、凸起、二级构造带（油气聚集带）、油气构造圈闭）的石油构造地质条件。该研究方向为我院的传统优势学科之一，研究实力雄厚。煤层气地质与开发工程 在煤层气生成、聚散及成藏的地质过程分析、煤层气生储过程演化与成藏配置关系、煤储层物性及其控制机理、煤储层气-水两相渗流机制、煤层气驱动运移机制、气-固-流耦合作用对煤层气产出的影响以及煤储层伤害等方面开展了卓有成效的研究，构建了煤层气吸附-解吸-扩散-渗流的地质模型。以煤层气富集性与可采性为切入点，探讨煤层气有利区块的判识标准，建立符合煤层气地质特点和产业发展要求的资源评价体系，通过煤层气地质调查圈定有利区带并作出准确地质评价。开展注气提高煤层甲烷采收率和在深部煤层中进行CO2埋存等方面的相关研究。能源利用与环境工程包括洁净能源研究、含能源盆地分析与计算机模拟、环境地球化学与环境保护、应用有机地球化学等。洁净能源研究：研究洁净能源的天然产出与人工洁净化方法，能源利用对环境的影响及其对策。含能源盆地分析与计算机模拟：结合地质学的方法和现代计算机的模拟技术分析盆地的形成、演化和煤油气的聚集规律。环境地球化学与环境保护：用环境地球化学的理论和方法研究影响现代环境的各种地质因素和与之相关的人为因素及其对策。应用有机地球化学：用有机地球化学的理论和分析测试技术研究黑色页岩及其伴生矿产(包括部分贵金属矿产和煤油气)的形成、演化和富集规律。油气田开发理论与方法主要包括二次采油方法、提高采收率理论与方法、油气井动态分析、调剖堵水方法、压裂酸化优化设计、井网优化等研究方向。我校在油气藏开发工程方面取得了一些有特色的结果，承担973项目及省部级重点科技攻关项目，与国内大油气田有广泛合作。油气开采工程油气开采工程理论与技术是综合运用数学、固体力学、流体力学、渗流力学、物理、化学、地质、热力学、电子、机械、生物等理论和技术，经济、快速、安全、有效地开采石油天然气的一个理论与技术相结合的学科方向。近年来，水平技术、大位移井技术、化学提高采油率技术、生物采油技术、物理采油技术、稠油热采技术、煤层气开采技术、连续油管技术的出现和发展，使得采油采气工程理论与技术成为理论研究活跃、应用前景广泛、经济效益巨大的一门科学。该研究方向主要研究采油采气工艺、采油机械、修井、测井，增产措施等，是油气田开发的最重要环节。油气藏工程油气藏工程是油田科学开发的基础，是油田开发过程中至始至终都需要深入研究的课题。主要研究的内容包括油气井的产能评价、油气藏的开发井网设计、油气藏的动态分析与动态预测、合理井网调整与加密、剩余油分布预测等，油气藏工程理论研究与应用是我院的特色和强项之一，目前与全国各大油田都有业务联系。油气渗流理论与应用油气渗流力学是整个油气田开发工程的基础，它源于十九世纪五十年代法国的水力学，兴于二十世纪三十年代，盛于二十世纪中叶，目前发展有所减缓。矿场工程师们利用渗流力学理论和方法，探索油气开发过程中发生的油、气、水等地下流体流动所遵循的规律，制定正确的油气田开发方案和开发调整方案、评价油气储层、分析区块开发动态、有效地控制和调整开发过程。现代油气田开发越来越注重科学地认识和改造油气藏，尊重客观规律，以最低成本获得最多的油气，渗流力学是认识油气藏、高效开发油气藏以及改造油气藏的科学基础和重要工具。我院教师在非线性渗流、煤层气渗流、水平井渗流、垂直裂缝井渗流和气体渗流以及相应的工程应用方法研究亦取得了一些有特色的结果。目前的研究方向有：（1）多相流体渗流研究以岩心流动实验为基础，油藏地质建模和油藏数值模拟相结合，进一步探索多相流体渗流规律，精细描述开发中后期油层渗流场特征；（2）压力敏感介质渗流研究以高温高压油气田开发为背景，通过室内实验研究开发过程中由于压力变化而导致的储层敏感效应，研究孔隙度、渗透率等储层物性参数变化规律，通过数学建模研究储层压力敏感效应对可采储量的影响;（3）低渗透介质渗流研究通过室内实验研究油气在低渗透介质中的渗流规律，并结合油气井压裂、酸化、打水平井等增产措施，研究垂直裂缝井、水平井多维渗流问题，形成垂直裂缝井、水平井不稳定压力分析系列方法;（4）煤层气渗流研究根据煤层气开采特点，研究多重介质中有吸附和解吸发生的煤层气不稳定渗流问题，给出煤层气开采动态分析和预测方法;（5）非牛顿流体渗流研究研究聚合物、完井液、堵水剂等非牛顿流体在地层中的渗流行为，分析储层损害、堵水效果等。储层建模与数值模拟 我校在此领域内有着突出的优势，在与国内主要油田的合作研究中，形成了以岩心、测井和地震多资料相结合的、以储层精细划分与对比为基础的、以建立油藏地质模型为核心的理论体系与技术体系，并在生产实践中取得了良好的成效。以岩心、测井、三维地震资料为基础，运用高分辨率层序地层学的理论与技术，建立精细等时地层对比格架及油气田开发的地质模型。在精细、等时的地层单元内开展储层，隔层预测与评价研究，能大大提高地层预测的准确性，为油田开发中注、采井布署提供科学依据，为流体流动最佳数值模拟提供岩石物理模型。 油藏模拟是油藏管理内容的一部分，其目的是针对某一油藏，以最小的资本投入和操作费用获得最大的油气采收率。油田管理研究的主要目的是确定从油藏现状出发，以最小的投入获取最大采收率所需要的最佳技术。而油藏模拟是获得这一目标最高级的方法。现代油藏经营管理 油藏经营管理是油藏区块作为对象,根据开发的各个不同阶段,以油藏管理部门为核心,组织物探、地质、油藏工程、采油工艺、地面建设、经济分析等人员成立项目小组,确定分工与合作,共同协调管理。是以确定的目标情况下，各部分协同完成目标，达到获取最大经济效益，达到科学开发油气田的目的，现代油藏经营管理在我国的研究才起步，目前还不能完成照搬国外的模式，需要结合我国的国情进行现代油藏经理模式的研究。师资队伍能源学院现有中科院院士1名 杨 起能源学院在职教授（排名不分先后顺序）樊太亮（博导）、邓宏文（博导）、李治平（博导）、侯读杰（博导）、汤达祯（博导）、李宝芳（博导）、林畅松（博导）、陈开远（博导）、姜在兴（博导）、于兴河（博导）、刘大锰（博导）、黄海平（教授）、黄文辉（教授）、肖建新（教授）、唐书恒（教授）、张金川（教授）、何登发（教授）、郭少斌(教授）、王晓冬（教授）能源学院现有副教授（排名不分先后顺序）陈昭年、陈 程、王红亮、毛小平、刘景彦、陈永进、丁文龙、刘鹏程、王宏语、李胜利地大能源学院网站：上面有任何一个导师的联系方式。
河南理工大学代码是10460，院校代号是全国各高校录取时为方便考生填报志愿而加注的由数字组成的代号串，即院校代码或学校代码。院校代码就如同是学校的一个身份证号，方便查询学校信息。
河南理工大学简称河南理工，位于河南省焦作市，是中央与地方共建、以地方管理为主的河南省特色骨干大学，是河南省人民政府与原国家安全生产监督管理总局共建高校，河南省属重点大学，入选国家“中西部高校基础能力建设工程”、“卓越工程师教育培养计划”、“国家级大学生创新创业训练计划”、“国家级新工科研究与实践项目”、教育部“中外高水平大学学生交流计划”、河南省首批“智慧校园建设试点高校”。
20世纪上半叶，著名教育家蔡元培、工矿泰斗孙越崎、地质学家翁文灏和张仲鲁、张清涟、张伯声等众多学者先后执校任教，引领学校承载起培养工矿高级专门技术人才的历史责任，为民族工业振兴、国家经济发展和社会文明进步做出了特殊贡献。历经时艰形成的“自强不息、奋发向上”办学精神和“明德任责”校训、“好学力行”校风更是生生不息、薪火相传。新中国成立后，学校始终坚持，着力拓宽学科专业领域，扩大办学规模，提升办学层次，现已发展成为具有博士、硕士、学士三级学位授予权的特色高水平大学,致力于培养具有社会责任感、健全人格，扎实基础、宽阔视野，创新精神、实践能力，能够担当民族复兴大任的时代新人。
学校历史
焦作路矿学堂
1909年2月25日，清政府河南交涉局与英国福公司签订《河南交涉洋务局与福公司见煤后办事专条》，其中第八条规定：“路矿学堂，议定本年春季开办。”
1909年3月1日，英国福公司按上述条款规定，创办焦作路矿学堂。田程为首任监督（校长），设矿务学门，首批招收学生20人。
1915年5月7日，英国福公司与华商中原公司合组福中公司，学校更名为河南福中矿务学校，归外交部河南交涉署直辖。
1919年，河南福中矿务学校易名福中矿务专门学校。
1921年，学校易名福中矿务大学。
焦作工学院
1931年，经教育部批准，学校易名为“私立焦作工学院”。
1937年10月，抗日战争爆发，学院西迁陕西。
938年7月，教育部决定将焦作工学院与北平大学工学院、北洋工学院、东北大学工学院合组成立国立西北工学院。
1946年8月，抗日战争胜利，焦作工学院在河南洛阳关林暂行复校。
1949年9月，焦作工学院迁回焦作，更名为国立焦作工学院。
1950年1月，焦作工学院划归中央人民政府燃料工业部领导。
1950年3月，华北煤矿专科学校并入焦作工学院。
1950年9月，焦作工学院根据燃料工业部的通知改名中国矿业学院。
1951年2月，中国矿业学院主体迁往天津，焦作校址继续办学。
1958年9月，中共河南省委批准改组焦作工学院并订立新校名为焦作矿业学院。
1959年3月，焦作煤矿学校并入焦作矿业学院。
1959年9月，焦作矿业学院归属煤炭工业部领导。
1961年10月，郑州煤炭工业学院并入焦作矿业学院。
1966年至1971年，停止招生。
1972年至1976年，学校在中南五省（区）招收五届“工农兵学员”，实行“开门办学”。
1995年4月5日，经国家教委批准，焦作矿业学院恢复焦作工学院校名。
河南理工大学
2004年5月，经国家教育部批准，焦作工学院更名为河南理工大学。
2020年6月，入选河南省特色骨干大学建设高校。
师资力量
学校大力实施“人才强校”战略，截至2020年7月，校本部现有教职工3113余人，其中院士（含双聘）14人，国家“百千万人才工程”入选专家3人，国家级教学名师、全国模范教师、全国优秀教师、教育部新世纪优秀人才、省特聘教授、省管优秀专家、省教学名师、省部级学术带头人和省骨干教师等200余人，享受国务院政府特殊津贴的专家31人；外聘300余名国际国内著名学者、专家、院士担任兼职教授；拥有4个国家级教学团队、10个省级教学团队。
学科建设
截至2020年7月，学校设有22个教学学院和国际教育学院、继续教育学院、（安全技术培训中心），79个本科专业，2022年2月，学校新增储能科学与工程、智能采矿工程、网络空间安全专业；22个一级学科省级重点学科，10个国家级特色专业、6个教育部卓越工程师教育培养计划试点专业、3个国家级专业综合改革试点专业，16个省级特色专业、8个省级专业综合改革试点专业、4个省级本科工程教育人才培养模式改革试点专业。
国家级特色专业：机械设计制造及其自动化、电气工程及其自动化、土木工程、工商管理、计算机科学与技术、安全工程、采矿工程、测绘工程、矿物加工工程、地质工程
教育部卓越工程师教育培养计划试点专业：自动化、采矿工程、矿物加工工程、测绘工程、安全工程、地质工程
国家级专业综合改革试点专业：安全工程、采矿工程、测绘工程
省级特色专业：机械设计制造及其自动化、电气工程及其自动化、土木工程、工商管理、计算机科学与技术、采矿工程、测绘工程、矿物加工工程、地质工程、自动化、材料科学与工程、热能与动力工程、材料成型及控制工程、会计学、通信工程、测控技术与仪器
省级专业综合改革试点专业：地质工程、计算机科学与技术、机械设计制造及其自动化、矿物加工工程、自动化、土木工程、武术与民族传统体育、建筑学
一级学科国家级重点学科省级培育点：安全科学与工程
一级学科省级重点学科：安全科学与工程、矿业工程、测绘科学与技术、地质资源与地质工程、机械工程、材料科学与工程、土木工程、环境科学与工程、控制科学与工程、电气工程、计算机科学与技术、信息与通信工程、力学、软件工程、数学、仪器科学与技术、地理学、动力工程及工程热物理、马克思主义理论、公共管理、工商管理
河南省优势特色学科建设工程一期建设学科：安全科学与工程、测绘科学与技术
学术科研
截至2016年3月，学校建有国家科技部、教育部、发改委、安监总局、国土资源部、测绘局、体育总局等国家级、省部级重点实验室、工程中心等科研平台49个，有国家、省部级教学科研团队38个。
2008年，学校在国际上首创瓦斯地质学科，承担国家重大专项课题“大型油气田及煤层气开发”，负责组织编制中国煤矿瓦斯地质图；创建中国陆相痕迹化石组合及其沉积环境模式；最早在中国开展永磁直线电机垂直运输系统研究，创立分段式永磁直线同步电机设计理论和设计方法，并建成永磁直线电机驱动无绳提升试验系统。
2007年，累积承担包括973项目、国家自然科学基金和科技攻关项目在内的国家级项目63项，完成省部级各类项目和企事业单位委托的技术服务与技术开发项目2000余项；获得国家级奖励18项，获得省部级科技进步奖120项，自主研发的20多个专利产品在全国各大煤业集团及石油企业应用。
2011年，获省部级以上科研奖励24项。
2012年学校共发表论文共20篇，其中核心期刊2篇，三大检索18篇。2012年，获省部级以上科研奖励25项，其中大面阵数字航空影像获取关键技术及装备研制项目获国家科技进步二等奖，不同开采条件下矿区地表移动规律研究及应用项目获省科技进步二等奖，乡镇土地利用空间信息获取与规划关键技术研究项目和豫北太行山低山丘陵区立地评价与植被恢复模式研究项目分别获市厅级一等奖和二等奖。
2013年，获省部级以上科研奖励25项。
2014年，获省部级以上科研奖励32项。
2011年6月至2014年6月，获得科研立项3715项，其中国家科技重大专项、973、863和国家自然科学、社会科学基金等国家级项目227项，省（部）级项目231项，企业委托项目2042项；获得省（部）级科技成果奖91项，国家授权专利363项；发表论文被EI、SCI检索收录3063余篇，出版学术专著158部。
2010年6月至2015年6月，出版包括国家、省部规划教材以及国家级精品教材181部。获得国家科技进步奖3项、省部级以上科技奖励137项，拥有发明专利272项；年度获重大科技攻关及国家自然科学基金、国家社会科学基金项目80项，完成省部级各类项目和企事业单位委托技术服务与技术开发项目360余项。
截至2020年7月，河南理工大学先后承担国家级科研项目650余项，其中重大、重点项目14项，国家自然科学基金545项，国家社科基金40项；获国家和省部级科研成果奖466项，其中国家科技进步二等奖7项；SCI收录论文3000余篇，“三报一刊”、CSSCI来源期刊及SSCI收录论文650篇；发明专利授权1455项，获中国专利优秀奖2项，有效专利持有量2070项。建成省部共建协同创新中心、国家地方联合工程实验室、国家重点实验室培育基地等国家、省部级科研平台、人文社科基地等56个。深化校地、校企战略合作，主动融入区域经济社会发展主战场，已成为国家煤炭工业和河南省经济社会发展重要的人才培养基地、科技创新基地和安全培训基地。
合作交流
截至2015年6月，学校先后与美国、英国、俄罗斯、法国、加拿大、澳大利亚、爱尔兰、日本、韩国等30多个国家地区的60余所大学和科研机构建立合作关系。
林亮 姚勇 黄晓明
基金项目:国家科技重大专项示范工程62(20092×05062)
作者简介:林亮,1983年生,男,工程师,硕士,2009年毕业于中国矿业大学(北京),现工作于中联煤层气有限责任公司国际合作与勘探部,从事含油气盆地分析及煤层气勘探开发利用研究工作。,
(中联煤层气有限责任公司 北京 100011)
摘要:通过实施国家科技重大专项《大型油气田及煤层气开发》项目“鄂尔多斯盆地石炭二叠系煤层气勘探开发示范工程”柳林示范项目,收集大量煤田资料并施工煤层气试验生产井,研究了柳林地区煤层气储层孔渗发育特征。研究结果表明:该区煤岩孔隙度主要受煤化程度、显微组分、矿物含量和煤体结构的影响;煤层渗透率变化较大,渗透率相对较低,具有较强的非均质性;总体上由北东向南西方向渗透率有减小趋势,太原组较山西组煤层渗透率偏低。
关键词:柳林区块 煤层气 孔隙变 渗透率
The Porosity and perm eability Characteristics of the Liulin Coalbed Methane Block, Shanxi Province
LIN Liang YAO Yong HUANG Xiaoming
(China United Coalbed Methane Co., Ltd, Beijing 100011, China)
Abstract: The Liulin demonstration projects of "ordos Basin Carboniferous and Permian's coalbed methane Exploration and Development Demonstration Project" is one of the Major National Science and Technology special projects on "Large Oil and Gas Fields and Coalbed Methane Development Program. " In order to study the porosi- ty and permeability Characteristics of coalbed reservoir characteristics of this area, we collected a large number of coal fields data and many Parameters and production wells have been implemented. The results show that the coal porosity is mainly affected by the degree of coalification, maceral, mineral content and coal shape. The coal per- meability was relatively low and varied significantly, and it shows a decreasing trend from northeast to southwest area. The coal permeability of Taiyuan formation is lower than that of Shanxi formation.
Keywords: Liulin block; coalbed methane; porosity; permeability
柳林位于山西省西部,河东煤田中部,南邻石楼北区块,东邻杨家坪区块。行政区划隶属于山西省吕梁市柳林县的穆村镇、薛村镇、庄上镇、高家沟乡、贾家垣乡。地理坐标:东经110°44′00″~110°53′00″,北纬37°21′00″~37°31′00″,区块东西宽约,南北长约,面积。
1 区域地质背景
河东煤田主要处在黄河东岸——吕梁山西坡的南北向构造带上,属于李四光指出的“黄河两岸南北向构造带”的东岸部分。煤田总体上是一个基本向西倾斜的单斜构造,属于吕梁复背斜西翼的一部分,在单斜上又发育了次一级的褶曲和经向或新华夏系的断裂构造[1]。
柳林地区位于河东煤田中段离柳矿区西部,南邻石楼北区块,北邻三交区块,构造上位于鄂尔多斯盆地东缘石鼻状构造南翼。在研究区北部,地层向西倾斜,向南逐渐转为向西南倾斜,总体为一向西或西南倾斜的单斜构造。地层产状平缓,倾角约3°~8°。在鼻状构造的背景上,发育有起伏微弱的次级小褶曲,起伏高度一般小于50m。区内断层不发育,仅在区块北部发育有由聚财塔南北正断层组成的地堑及其派生的小型断层。地表未见陷落柱,也未见岩浆活动[2]。
本区块内及周边赋存的地层有奥陶系中统峰峰组(O2f);石炭系中统本溪组(C2b)、上统太原组(C3t);二叠系下统山西组(P1s)、下石盒子组(P1x);二叠系上统上石盒子组(P2s)、石千峰组(P2sh);三叠系下统刘家沟组(T1l)、和尚沟组(T1h);新生界上第三系上新统(N2);第四系中更新统(Q2)、上更新统(Q3)、全新统(Q4)。本区内发育煤层14层,其中山西组5层,自上而下编号为1、2、3、4(3+4)、5号煤层;太原组9层,自上而下编号为6上、6、7、7下、8+9、9下、10、10下、11号[2]。其中山西组的2、3、4(3+4)、5号煤层,太原组的8+9、10号煤为主要可采煤层[3]。
2 煤储层孔隙特征
煤岩孔隙是指未被固体物质充填满的空间,为煤结构的重要组成部分,与煤储层的储集性能、渗透性等密切相关。一般来说,随着煤阶的升高,煤中的总孔容呈指数下降,总的规律为微孔和小孔增加、大孔和小孔减少[4]。
空隙的划分方案较多,一般采用.霍多特方案,即大孔大于1000nm,中孔为1000~100nm,小孔为100~10nm,微孔小于10nm的标准。
从鄂尔多斯盆地东缘煤储层孔隙体积百分含量上来看,孔隙体积百分含量在之间,均值为,微孔变化在,平均为;大孔次之,介于,均值为;中孔最弱,变化于,平均。不同地区不同层位,煤储层孔隙分布变化较大[5]。
杨家坪井组数据(表1)表明柳林地区煤层孔隙以小孔为主体,一般占煤层孔隙的40%~55%,此外,微孔和大孔发育较多,中孔发育最少。平均总孔隙含量在之间,孔隙发育情况一般。在4MPa有效上覆压力条件下,柳林地区8号煤层总孔隙度平均为号煤层总孔隙度平均号煤层总孔隙度平均为,以8号煤层孔隙度最优。
表1 柳林地区不同煤层孔隙发育情况(注:杨家坪井组数据)
总体上看,柳林地区总孔容一般变化于(148~547)×10-4cm3/g之间,平均323×10-4cm3/g左右。如图1,孔容分布上主要以小孔、微孔为主,尤以小孔含量为优,中孔发育最少。
图1 柳林地区各类孔隙孔容比对比图
柳林地区煤层压汞总孔比表面积在之间,且小孔和微孔总孔比表面积比占绝对优势,大孔和中孔所占比率甚微,过渡孔所占比例又略高于微孔所占比例。
3 煤储层渗透率特征
研究区内3+4号煤层渗透率为,平均;FL-EP1井渗透率相对较高;5号煤层渗透率变化范围为,平均;8+9号煤层渗透率变化范围,平均;整体上8+9煤层渗透率要明显高于3+4号与5号,各个层位渗透率都呈现出北高南低的特点[6](图2)。
煤岩渗透率平面变化较大,西部由于煤层埋深较大,渗透率相对较低,测试反映了煤层具有较强的非均质性;总体上由北东向南西方向渗透率有减小趋势,太原组较山西组煤层渗透率高。
煤储层的渗透性是控制煤层甲烷气生产能力的主导因素。渗透率一般指试井渗透率,通过试井资料获得,由于研究区内煤层气探井有限,所以煤层气试井渗透率资料非常有限。据已有资料,柳林地区的渗透率在之间,南部渗透性要好于北部。煤层气储层的渗透率受煤体结构、裂隙系统的发育程度、地应力等影响;此外,煤层气开采过程中外界条件的改变特别是储层压力变化引起的有效应力效应与基质收缩效应,也对煤岩渗透率产生强烈影响:
1.柳林示范区及周边地区以中煤级为主,裂隙非常发育是渗透率的主控因素。裂隙多近东西向展布,端裂隙与之斜交。两组裂隙在平面上以规则的菱形网格状为主,次为不规则网状,孤立状很少见到。
大孔尤其是裂隙的发育情况决定了储层在原始地层条件下的渗透能力。裂隙的发育程度主要是指裂隙的密度(或间距)、长度、宽度、裂口宽度等,它们的值越大,煤层的渗透性越好。裂隙系统的发育程度与煤岩成分、煤变质程度、构造应力等因素密不可分。光亮型煤、中等变质程度的烟煤(如肥煤、焦煤、瘦煤)、低灰分煤等条件最有利于裂隙的大量形成。柳林地区煤以半亮煤为主体,煤级以焦煤为主,有利于形成裂隙。统计面裂隙密度表明,裂隙密度较大,且裂隙大部分未被充填,大幅度扩大了煤体的渗透率[6]。
2.煤层是对地应力十分敏感的天然气储层。通常,地应力场被分解为垂直应力和水平应力。垂直应力是由上覆岩层的重量引起的。煤层裂隙系统的渗透率是有效应力的函数,有效应力是垂直力与地层压力的函数差。垂直应力和地层压力均随埋藏深度的增加而成线数增加关系,由于岩层的密度远大于孔隙中流体的密度,可知,有效应力随深度的增加而增大,裂隙系统的渗透率随着深度的增加而变小。柳林地区煤层由东往西,往南埋深加大,例如4号煤层埋深由东部的200m加大到西南的1250m,渗透率在地应力的作用下呈现变小的趋势。
3.示范区内构造应力场及其伴生的节理发育特征是控制煤储层渗透率的主要因素之一,南部节理变化较小,而中部较大,这预示在中部地区不同走向节理交切部位可能呈网状分布,形成高渗透性地层分布区。同时,统计数据表明,示范区内中部较东西两侧渗透性好。受燕山运动影响,柳林地区地层裂隙呈北东向展布;FL-EP1井山西组3+4号煤层压裂结果显示,造缝裂隙方向仍为北东南西向,与煤层主裂隙方向一致。
图2 柳林地区4、5、8+9煤层渗透率
4 结论
柳林矿区内所含的煤系地层由老到新分别为上石炭统本溪组(C2b)、上石炭统太原组(C3t)以及下二叠统山西组(P1s)。其中矿区内有煤层气勘探潜力的煤层为上石炭统太原组底部8+9+10号煤,下二叠统山西组3+4+5号煤。
两套煤层宏观煤岩类型以半亮煤和半暗煤为主,光亮煤和暗淡煤为辅,镜质组含量高,主要为焦煤。煤层孔隙以小孔为主体,一般占煤层孔隙的40%~55%,此外,微孔和大孔发育较多,中孔发育最少。总孔容一般变化于(148~547)×10-4cm3/g之间,平均323×10-4cm3/g左右。汞总孔比表面积在之间,且小孔和微孔总孔比表面积比占绝对优势。
煤岩渗透率平面变化较大,西部由于煤层埋深较大,渗透率相对较低,测试反映了煤层具有较强的非均质性;总体上由北东向南西方向渗透率有减小趋势,太原组较山西组煤层渗透率高。
从煤层厚度、煤岩煤质、孔渗条件等方面考虑,柳林地区具备煤层气富集成藏的条件,有大规模开发的潜力。
参考文献
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蔡记华1 谷穗2 乌效鸣1 刘浩1 陈宇1
基金项目:国家自然科学基金项目(40802031、41072111)。
作者简介:蔡记华,1978年生,男,湖北浠水人,博士、副教授,从事钻井液与储层保护方面的教学和研究工作,电话:,E-mail:。
(1.中国地质大学(武汉)工程学院 湖北武汉 4300742.中国地质大学武汉江城学院 湖北武汉 430200)
摘要:松软煤层中的钻进护孔技术是目前煤矿瓦斯抽采利用中亟待解决的技术难题之一。论文首先在理论上分析了可降解钻井液的护孔作用机理和生物降解作用机理,并通过流变性测试、滤饼清除实验和煤岩气体渗透率测试等方法对其性能进行了综合研究。结果表明:可降解钻井液的降解性能人为可控,能适合煤矿井下作业环境;生物酶降解加盐酸酸化的双重解堵措施可有效地清除可降解钻井液对煤层气储层的伤害,并能恢复甚至提高煤岩气体渗透率(增幅在之间)。研究成果可以解决松软煤层瓦斯抽采孔钻进工作中护孔与储层保护的矛盾问题,也可为煤层气垂直井、水平井和分支井的钻井工艺优化与产能提高提供重要的理论和技术基础。
关键词:松软煤层 瓦斯抽采 可降解钻井液 护孔 储层保护
Experimental Research on Degradable Drilling Fluid for Drilling in Unconsolidated and Soft Coal Seam
CAI Jihua1, GU Sui2, WU Xiaoming1, LIU Hao1, CHEN Yu1
( Faculty, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China; College, China University of Geosciences, Wuhan 430200, China)
Abstract: Technologies needed to stabilize the wellbore are among the most urgent problems that require be- ing resolved in the drainage and exploitation of coalmine methane (CMM) from unconsolidated and soft coal the first, the paper theoretically analyzed the borehole maintaining and biodegradation mechanisms of degradable drilling systematical study on its performance were carried out by utilizing rheology tests, mud cake remove tests and coal rock gas permeability show that the degradation properties of degrad- able drilling fluid were controllable and it was fit for the coalmine operation , complex unplugging technologies employing enzymatic degradation plus acidification by HCl was effective in removing the damage caused by mud cakes of degradable drilling fluid and resuming the gas permeability of coal rock or even en- hance it by a ratio between and achievements of this paper can help to resolve the contradiction between borehole maintaining and reservoir protection, and also offer powerful theoretical and techni- cal foundation for drilling technology optimization and production capacity enhancement in vertical, horizontal and multi-lateral drilling for coalbed methane exploration.
Keywords: unconsolidated and soft coal sea; coalmine methane drainage and exploitation; degradable drill-ing fluid; borehole maintain; reservoir protection.
1 可降解钻井液的提出
根据抽采对象的不同,可将煤矿瓦斯抽采分为本煤层瓦斯抽采、邻近层瓦斯抽采和采空区瓦斯抽采[1]。由于我国地质构造条件复杂,成煤时代多,煤矿区分布广,煤储层特征差异大。简单起见,可划分为正常煤体结构的硬煤层和构造发育的松软煤层两种典型类型。对于松软煤层,由于煤与瓦斯突出、煤层松软、机械强度低等原因,采用清水或空气等常规排粉钻进方式时易出现塌孔、卡钻或喷孔等问题,打钻成孔困难,瓦斯抽采效率低。松软煤层的煤层气开发是我国煤层气产业化面临的最严峻的挑战之一[2~4],在此类煤层中钻进护孔技术是目前亟待解决的技术难题之一[5~6]。
为达到较好的护孔效果,通常在钻井液中添加纤维素、胍尔胶和生物聚合物等聚合物。纤维素和胍尔胶等起到增粘、降低摩阻和润滑作用以保持井壁稳定,而生物聚合物可以增强钻井液在水平井段内的岩屑悬浮能力。尽管这类钻井液对储层的伤害比传统泥浆要小,但还是会在井壁上形成了低渗透的滤饼。滤饼的不充分降解会极大地影响井壁的流动能力,结果是显著降低生产井的产量。因此,特别是在松散地层和高渗透性地层中,必须清除渗滤到地层中的钻井液以及沉积在井壁上的滤饼,以实现产量最大化。
近年来,针对松散地(储)层钻进中护孔和储层保护的矛盾,我们提出了一种环境友好的可降解钻井液的研究思路[7~11]:在钻进时能保持孔壁稳定,而在钻进工作结束后,钻井液能在生物酶和无机酸作用下实现降解、粘度下降,先前形成的滤饼破除、产层流体的流动性增强、恢复地下流体资源解吸扩散通道,达到提高地下流体资源产量效果的目的。
本文在上述研究基础上,在理论上分析了松散煤层钻进用可降解钻井液的护孔作用机理和生物降解作用机理,并通过流变性测试、滤饼清除实验和煤岩气体渗透率测试等方法对可降解钻井液的性能进行了综合研究。
2 可降解钻井液的作用机理
可降解钻井液的护孔作用机理
可降解钻井液主剂由粘土稳定剂(如KCl)、水溶型或酸溶型架桥粒子/加重剂(一般为细粒CaCO3或无机盐)、降滤失剂(主要是天然植物胶如淀粉或纤维素或胍尔胶)、流型调节剂(如生物聚合物XC)等组成,这些处理剂共同起到增粘和降低摩阻作用;当钻进结束后,加入能降解各种聚合物的生物酶破胶剂[12~15]和能溶解细粒CaCO3无机酸(通常是15%的HCl[12,14])或有机酸[13,16]来清除聚合物滤饼(主要由聚合物和CaCO3组成)对储层渗透性的伤害。下面分别阐述各种处理剂的作用机理。
(1)粘土稳定剂可以用来抑制煤岩中粘土矿物遇水后膨胀;
(2)水溶型或酸溶型架桥粒子可以在煤岩表面的孔隙或裂隙孔喉处形成架桥,起到防止钻孔漏失的目的,同时CaCO3或无机盐也可以适当增加钻井液的密度,起到平衡地层压力的作用;
(3)天然植物胶大分子物质相互桥接,滤余后附在孔壁上形成隔膜。这些隔膜薄而坚韧,渗透性极低,可以阻碍自由水继续向煤层渗漏(图1)。同时,这类聚合物钻井液具有良好的包被抑制性,能有效地抑制钻屑分散。另外,这类具有强亲水基团的长链环式高分子化合物易溶于水,形成的水溶液具有较高粘度,可以增强钻孔孔壁表面松散煤粒之间的胶结力,起到加固松软煤层孔壁的效果;
图1 Na-CMC在粘土颗粒上的吸附方式
(4)生物聚合物XC是一种优良的流型调节剂,用它处理的钻井液在高剪切速率下的极限粘度很低,有利于提高机械钻速;而在环形空间的低剪切速率下又具有较高的粘度,并有利于形成平板形层流,可增强钻井液在近水平煤层钻孔中的携岩效果。
可降解钻井液的生物降解作用机理
所谓降解,是指在物理因素、化学因素或生物因素等的作用下聚合物分子量降低的过程。从实用的角度出发,聚合物降解可分为热降解、机械降解、光化学降解、辐射化学降解、生物降解及化学降解等不同的引发方式[17]。下面以胍尔胶为例,阐述生物酶降解聚合物的作用机理。
胍尔胶属于半乳甘露聚糖类,所用胍尔胶分子主链由β-1,4糖甙键将D-甘露糖单元连接而成,D-半乳糖取代基通过α-1,6糖甙键接在甘露糖主链上,沿甘露糖主链随机分布,半乳糖与甘露糖单元之比约为1:。半乳甘露聚糖特异复合酶可有效地水解半乳甘露聚糖,它由两种O键水解酶组合而成,两种酶的降解机理如图2所示。
第一种O键水解酶是α-半乳糖甙酶(蜜二糖酶),专门作用于半乳糖取代基,可用来水解末端的非还原性α-D-半乳糖甙键。第二种O键水解酶过去常用来分解胍尔胶分子,在此专门作用于甘露糖主链,这种水解酶被称作β-1,4甘露聚糖环内水解酶,可随机水解β-1,4-D-甘露糖甙键[18]。
后续室内实验采用的酶制剂是几种生物酶的复配物。特种酶1号(SE-1)以纤维素甙键特异酶和半乳甘露聚糖特异复合酶为主,特种酶2号(SE-2)和特种酶4号(SE-4)以半乳甘露聚糖特异复合酶为主。
图2 胍尔胶糖甙键特异酶的降解机理
图3 胍尔胶钻井液的降粘曲线
3 可降解钻井液的室内试验
降粘效果评价
在理论分析基础上,进行了生物酶降解聚合物的室内实验,以钻井液流变参数为主要评价指标,用几种特种酶来降解单一聚合物或复配聚合物。将生物酶分别加入单一聚合物和复合聚合物中,研究生物酶对这些可降解钻井液的降粘效果,将表观粘度(AV)、塑性粘度(PV)和动切力(YP)随时间的变化关系绘制成曲线如图3~图5所示。
单一聚合物钻井液
从图3可以看出,在特种酶SE-1的作用下,在之内,质量浓度为的胍尔胶钻井液的表观粘度从·s降低到5mPa·s。塑性粘度和动切力也呈现出类似的变化规律。
由图4可以看出,在特种酶SE-1的作用下,在之内,质量浓度为的羧甲基纤维素钻井液的表观粘度从·s降低到6mPa·s。
由于特种生物酶SE-1同时含有纤维素甙键特异酶和半乳甘露聚糖特异复合酶,它对胍尔胶和羧甲基纤维素均有较好的降解效果。
复配聚合物
从图5可以看出,在特种酶SE-2的作用下,在46h之内,由质量浓度为羧甲基纤维素和胍尔胶组成的复合聚合物钻井液的表观粘度从·s降低到5mPa·s。随着时间的变化,塑性粘度和动切力也按类似的规律下降。
由图3~图5可以看出,在生物酶作用下,聚合物能实现有效的降解,聚合物大分子逐渐断链变成小分子,钻井液粘度降低,在煤储层中的流动性增强,从而恢复煤层气解吸释放的通道。
图4 羧甲基纤维素钻井液的降粘曲线
图5 复配聚合物钻井液的降粘曲线
滤饼清除实验
实验目的是通过观察可降解钻井液滤饼在生物酶破胶剂(和无机酸)的作用下滤饼表面的变化情况、考察滤饼的解堵效果(结果分别如图6~图7所示)。可降解钻井液的配方如下:
配方1:400ml水+(调节pH),先后采用的SE-4溶液和5%HCl浸泡滤饼。
配方2:400ml水+膨润土,采用溶液浸泡滤饼。
配方1的滤饼清除实验结果如图6所示,可以看出:单独使用生物酶SE-4只能清除该套体系中的CMC(图6-b),而对CaCO3等影响不大。当用5%HCl浸泡2h后,滤饼变得非常薄,说明CaCO3已与HCl充分反应[1]。
图6 滤饼的外观变化图
按照配方2所配制钻井液的滤饼清除实验结果如图7所示。由于这种配方中只有CMC这种聚合物,在用JBR溶液浸泡5h后,可降解钻井液的滤饼已基本降解完全。
图7 JBR作用下可降解钻井液(配方4)滤饼清除情况
煤岩气体渗透率测试
煤矿井下瓦斯抽放的最终目的就是恢复煤层的渗透率,获得较高的瓦斯抽放量。因此,渗透性的恢复对于可降解钻井液而言是一个更加直接的衡量指标。采用JHGP智能气体渗透率和JHLS智能岩心流动实验仪对可降解钻井液进行渗透性恢复实验,实验步骤详见参考文献[11]。
煤岩气体渗透率测试结果(表1)表明:晋-3煤样经过“污染—生物酶降解—酸化”三个阶段,其渗透率表现出“下降—上升—上升”的趋势,而且经过生物酶降解和酸化(也包括之前的加热处理)之后,煤岩的气体渗透率甚至超过了污染前的气体渗透率(如图8所示,推测盐酸亦与煤岩中的方解石和白云石发生反应,增大了煤岩孔隙裂隙),这也证实了“生物酶降解—酸化处理”的综合解堵工艺是有效的,有利于提高煤层气藏的采收率。
表1 煤岩气体渗透率
注:(1)下游压力(出口压力)为(即1个大气压);(2)△K=(K4-K1)*100/K1。
图8 不同处理阶段煤岩平均气体渗透率变化情况
4 结论
论文在理论上分析了可降解钻井液的护孔作用机理和生物降解作用机理,并通过流变性评价、滤饼清除实验和煤岩气体渗透率测试等实验手段对可降解钻井液进行了综合研究,主要得出以下结论:
(1)可降解钻井液的降解性能人为可控,能适合煤矿井下作业环境;
(2)生物酶降解加盐酸酸化的双重解堵措施可有效地清除可降解钻井液对煤层气储层的伤害,并能恢复甚至提高煤岩气体渗透率(增幅在之间);
(3)研究成果可以解决松软煤层瓦斯抽采孔钻进工作中护孔与储层保护的矛盾问题,也可为煤层气垂直井、水平井和分支井的钻井工艺优化与产能提高提供重要的理论和技术基础。
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煤层气产业发展前景
目前，除了井下瓦斯抽放利用已形成一定规模并获相应效益外，地面煤层气勘探开发仍处于探索阶段，尚未进入工业性规模开发阶段。但是，展望未来，我国煤层气产业具有良好的发展前景。
根据最新的预测结果，我国烟煤和无烟煤煤田中，在埋深300～2000 m范围内煤层气资源量为×1012m3。在世界上，前苏联煤层气资源量为（～）×1012m3，美国为（～）×1012m3（据Boyer，et al.，1998），我国煤层气资源量位居世界第二位。由石油天然气系统进行的全国第二轮油气资源评价结果显示，我国有38×1012m3的常规天然气资源量，其中陆地有30×1012m3、海域有8×1012m3（据陈永武，2000）；可见，在我国陆地范围内，煤层气资源量比常规天然气还要大。值得指出的是，在计算煤层气资源量时，褐煤、不可采煤层和煤层围岩等均未参与计算。但事实上，褐煤中含有一定量的煤层气，如我国沈北矿区褐煤的气含量Cdaf达，美国鲍德河盆地褐煤的气含量（Cdaf）虽只有～，由于煤层单层厚度达67 m之巨，因而同样实现了商业性开发；我国褐煤广泛分布，大多煤层厚度都很大，故其中的煤层气资源潜力是不小的；另根据煤矿通风和井下瓦斯抽放实践，在不可采煤层和围岩中的煤层气资源量通常是可采煤层的10%～20%。若将上述3个范畴都包括在内，我国煤层气资源量将会更加巨大。
丰富的资源量为我国煤层气产业的形成和发展提供了雄厚的物质基础和资源保证。
国家能源战略和煤矿安全的需要
随着社会的进步和发展，在21世纪，人们将更加重视可持续发展战略。为实现国民经济持续、快速发展，必须坚持保护和建设生态环境、净化家园，节约和有效地利用能源资源。为此国家将大力推进开发和使用天然气等洁净能源。另外，从国家石油安全战略考虑，必须减少国民经济和人民生活对石油资源的依赖程度，开拓替代能源。我国人均拥有天然气产量不足20 m3，相对发达国家（如英国人均达1300 m3以上）差距很大，天然气消费量在一次能源消费结构中比例小，仅占2%左右，这种局面远远不能适应国民经济的发展和人民生活水平提高的需要。要改变这种被动局面，只靠常规天然气是不能解决问题的，国家在大力加强常规天然气开发的同时，十分重视煤层气这种非常规天然气的开发利用问题。因此，煤层气在未来我国的能源构成中将具有广阔的发展空间。
从煤矿安全生产角度看，煤层气（俗称煤层瓦斯）是煤矿安全生产的最大隐患，常常造成惨重的灾害事故，而且随着矿井的延伸，问题会变得更加严重。在采煤前及采煤过程中，如果从地面预先将煤层气开采出来，就会大大减少矿井瓦斯灾害的隐患；同时还大大降低了采煤过程中甲烷（CH4）这种强烈温室效应气体的排放量，对保护大气环境具有重要作用。
因此，利用地面采气技术开发利用煤层气资源，是解决矿井瓦斯灾害的一条有效途径，特别是对矿井深部，意义更为突出。
国家重视煤层气的开发利用
国家对煤层气资源的开发利用工作十分重视。江泽民总书记为煤层气开发题词：“依靠科技进步，发展煤层气产业，造福人民。”代表了国家和人民对煤层气产业化的殷切期望和高度重视。
1999年，由国土资源部、国家计委等5部委联合下发的《矿产资源储量评审认定办法》文件中，将煤层气与石油、天然气和放射性矿产同样对待，列为由国家统一管理的矿种。自20世纪80年代以来，国家在煤层气管理、产业政策、资源综合利用、价格政策及对外合作勘探开发等方面先后制定并实施了一系列措施和优惠政策（孙茂远，1998），扶持和鼓励煤层气产业的发展。
为了集中各方面的力量，加速我国煤层气资源的开发利用，经国务院批准，于1996年5月组建了中联煤层气有限责任公司。这是一个跨地区、跨行业，集煤层气开采、利用和输送于一体的主干公司，并被授予对外合作进行煤层气勘探、开发和生产的专营权。中联公司的成立，标志着我国煤层气勘探开发已进入了有序发展的全新历史阶段，也为我国煤层气产业的形成和发展提供了强有力的组织保证。
1990年，沈阳市煤气总公司引进美国技术，在辽宁省红阳矿区施工红阳一号煤层气井，进行煤层气资源风险勘探，开创了我国利用现代煤层气技术之先河。此后，国内煤炭、石油、地矿系统各有关单位和中联公司与联合国开发计划署（UNDP）、美国和澳大利亚的有关公司等，在我国各地进行煤层气勘探开发试验工作，先后在柳林、石楼、潘庄及晋城、潘庄及大城建成了6个小型煤层气试验开发井网，均获得工业性气流；由中联公司在枣园地区施工的TL-007 井，单井最高产气量达16000 m3/d。另外，正在建设中的还有新集、淮北、临兴、盘江和丰城等小型试验开发井网。这些小型开发井网起到了试验和示范作用。
小型开发井网显示出在中国利用地面技术开采煤层气的可行性，并积累了大量生产资料和丰富的实践经验，特别是在晋城矿区高变质无烟煤中利用地面垂直井技术采气获得成功，大大拓展了人们的视野。所有这些都为今后大规模工业性开发进行了有效的技术储备。
我国进行地面煤层气勘探开发试验工作已有10余年的历史，但至今仍停留在打勘探井和小型试验开发井网的水平上，未能进入大规模工业性开发利用阶段。究其原因，主要是投入不足和下游工程（特别是输气管道）不配套。美国至1995年底共有6700口煤层气生产井，年产气量达270×108m3；而我国截至1999年底，共打各类煤层气井156口，其中进行过采气试验的井（包括地面垂直井和采动区井）只有99 口；采出的气体全部排空，故煤层气产量为“零”。相比之下，我国煤层气井数量很少，相应的投入就更少。在这种状况下，很难实现煤层气开发利用的实质性突破。
天然气输送管道缺乏是制约我国煤层气发展的重要外部条件。在已有的和正在建设的小型煤层气试验开发井网范围内，除大城地区有地域性的天然气输气管道外，其他地区都没有。这种局面严重地抑制着对煤层气进一步投入和勘探的热情。若能解决煤层气远距离输送的通道问题，必将大大激发人们对煤层气勘探开发投资的热情。
伴随着国家实施西部大开发战略，由塔里木盆地至上海的“西气东输”工程已全面开工。这条长4200 km的输气管道，将经过榆林、长治和淮南等地，这些地区都是煤层气资源条件很好的地区，也是目前我国煤层气勘探开发的热点区域。“西气东输”工程的建设，为相关地区煤层气开发利用提供了一个大发展的良好契机。
开发前景评价
在对各主要地区分别评价和全国总体认识的基础上，按照分层次、分阶段和综合评价的原则，以煤层发育富集程度、煤层气资源量规模、地理位置及市场条件、煤层气勘探开发程度为依据，以含气带为单位，对于开发前景进行了分类评价。
Ⅰ类：指资源条件和经济地理位置俱佳，目前煤层气勘探效果显著，作为优先开发的含气带。此类含气带有沁水、鄂尔多斯盆地东缘、渭北、徐淮和淮南等5个含气带。这5个含气带的煤层气资源量为×1012m3，占全国总资源量的。
Ⅱ类：指资源量丰富，但地区经济发展相对滞后，或地形条件不利，煤层气勘探工作很少，或煤层气勘探工作尚未开展的含气带，可作为长远规划考虑。这类含气带包括华蓥山、川南、黔北、六盘水、吐-哈、准噶尔南和伊犁等6个含气带。这6个含气带的煤层气资源量为×1012m3，占全国总资源量的。
Ⅲ类：指资源条件一般，但经济地理位置优势明显，市场需求旺盛，煤层气勘探具有一定基础，煤层气开发利用已取得一定成效的含气带，可根据需要和可能性开展工作。这类含气带包括三江-穆棱河、浑江-辽阳、抚顺、辽西、京唐、冀中平原、豫西、萍乐、湘中、黄陇、鄂尔多斯盆地北部、鄂尔多斯盆地西部、桌-贺和准噶尔东14个含气带。这14个含气带的煤层气资源量为×1012m3，占全国煤层气总资源量的。
Ⅳ类：为上述各类以外的含气带，资源条件和外部条件较差，在当前技术经济条件下可暂不考虑开发利用其煤层气资源。
在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类含气带中，优选出沁水盆地北部的阳泉-寿阳地区、沁水盆地南部地区、鄂尔多斯盆地东缘、渭北煤田东段、铁法盆地、大城地区、淮北矿区、淮南矿区、丰城矿区和盘江矿区等有利区块，作为煤层气地面开发的重点工作对象。
建议进一步阅读
1.程裕淇主编.1994.中国区域地质概论.北京：地质出版社
2.赵庆波.2004.中国煤层气地质特征及其勘探新领域.天然气工业，24（5）：4～8
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浅析矿山机电设备管理论文关键词：矿山 机电设备 管理论文摘要：矿山机电工作的管理必须从基础做起，以提高机械设备安全性为中心， 以经济手段为杠杆，扎扎实实的做好矿山机电设备管理工作，确保矿山高效运行、可持续发展，本文就围绕矿山机电设备管理提出一点浅见。一、矿山机电设备管理的重要性随着矿山机械化程度的日益提高，矿山机电设备管理工作占据着越来越重要的位置。据相关数据统计，在每年的矿山安全生产过程中，由于机电设备故障造成的事故占总事故的六成，一旦机电设备停止运转，不仅会影响到矿山企业的正常运作和生产，还会对矿山工作人员构成人身安全的威胁，特别是煤矿企业，一旦井下通风设备停止运转，那么就会导致井下通风不良，有害气体大量集聚，从而严重威胁到矿工的人身安全。因此加强机电设备的科学管理工作、正确合理的使用机电设备，对于保证矿山安全、提高企业经济效益都有着十分重要的作用。二、矿山机电设备管理中存在的问题（一）机电设备管理机构不完善很多矿山企业的机电设备管理机构都不完善，没有形成相应的管理体系，日常工作中，设备的维护和保养仅靠电工负责，在实际操作过程中，电工的主要精力全部放在应付生产中，根本谈不上机电设备的管理。而很多矿山的负责人在观念中对于矿山机电设备的管理还不够重视，对于机电设备管理工作认识不到位，没有建立健全的机电专业管理组织，职能管理意识淡薄，甚至供电系统的施工都没有按照设计进行，而是仅凭电工人员的工作经验，而对于机电设备的性能也没有按要求进行测试，仪器仪表的校验也不按照规定来办，总之，矿山企业的机电管理机构还有很大一部分的欠缺。（二）机电设备管理人员素质较低一般在矿山从事机电设备管理的技术人员，真正科班出身的只有微不足道的几个人，很多矿山企业没有专职的机电专业技术人员，导致技术管理无法与生产相结合，而仅有的几个机电技术人员又是仅凭经验相当然的进行原始操作，机电专业的理论知识非常贫乏，并且也受到经验的局限，无法应付日益加大的设备故障率。（三）矿山机电设备认识不到位在矿山进行设备采购入厂时，无论是配套设施还是安装调整试都没有做到位，盲目的把设备投入到生产中来，于是造成本该发挥最大效益的机电设备因为人为的盲目性，没有发挥出最大的作用。三、如何有效的管理矿山机电设备（一）建立健全的管理制度规范矿山机电设备的管理行为，制定科学完善的管理制度，充分发挥制度的作用，在进行机电设备管理时做到有章可循、严格贯彻执行。也有矿山企业具有相当的设备管理意识，制定了一系列的规章制度，比如《机电设备点检标准书》、《机电设备隐患治理管理办法》、《机电设备操作、维护、检修规程》等，从各方面建立维护、检修、操作机电设备的相关规章制度，为了保证这些规章制度的落实执行，还配套制定了相关的考核细则，违者重罚。这样真正做到制度面前人人平等，才能维护制度的权威和公信度，才能将制度真正落到实处。 （二）及时对隐患进行处理日常工作中对于机电设备的点检一定不能放松，要认真细致的检查，以便及时的发现和治理安全隐患，从而避免事故的发生。隐患如果不及时处理很有可能在下一次就酿成惨痛的事故，因此企业的各个阶层、每个员工都要有强烈的安全隐患意识。在企业的各个一线部门都设置专业的点检站，各组配备点检员，全面负责本部门的机电设备点检工作。（三）提高设备的安全性能确保设备资金的投入，加大机电设备技术改造和更新的力度。现代社会科技越来越发达，很多诸如变频技术、自动化控制技术、遥控技术等高新科技都在不断的应用于各行各业的生产中，这些层出不穷的新设备安全性能好、工作性能高，不仅为机电设备的技术改造提供了技术参考和保证，对于企业的经济效益、安全效益也有着极大的帮助。（四）加强机电设备的维修管理矿山的机电设备与其它行业的设备维修不同，主要表现在以下两个方面：设备工作环境多样复杂，因此维修作业也就相应的多样复杂；另一方面，作业条件会限制机电设备的结构设计，导致在一些特殊环境下作业的机电设备结构设计并不是很合理，往往很难保证维修质量，或者干脆就无法维修。因此对于机电设备我们矿山企业的员工要加强安全意识和主人翁意识，适当的采取设计检修通道、预防零部件变形、脱落、改进设备结构等一系列措施，提高机电设备维修作业的安全性，确保设备的安全运行。（五）建立相应的激励机制经济社会、信息社会的发展，使人们的思维模式发生了质的变化，过去的干多干少一个产、干好干坏一个样的旧观念已经被人们所摒弃，因此奖励机制、良性的竞争机制涉及到每个员工的切身利益。 无论管理层还是一线基层，都建立起相应的激励机制进行经济的“软约束”。激励机制所涉及到的方面可以包括设备的操作、维修和保养，也可以包括对新设备性能、质量的掌握等，让每个员工在激励机制的约束中逐渐形成机电设备安全管理的意识。（六）加强人员培训人力资源是现代企业中的一项重要的可再生资源，而对于矿山企业来说，员工的整体素质普遍偏低是一个不容忽视的问题。因此企业领导要加强对于一线操作员工安全管理知识的培训，不断提高企业的整体素质，增强员工的责任感和安全意识。总之，矿山机电设备管理工作必须从基础做起，强化意识、转变观念，努力提高机电设备的安全可靠性，以保证矿山企业的长效发展。参考文献[1] 李振泽，王瑞清.浅谈矿山企业机电管理[J].矿山机械，2005（3）.[2] 靳玉启.矿山生产中机电设备的安全管理[J].采矿技术，2003（6）.[3] 向成鹏.浅淡乡镇矿山企业机电管理[J].中国水运，2008（7）.
你的煤矿机电专业论文准备往什么方向写，选题老师审核通过了没，有没有列个大纲让老师看一下写作方向？ 老师有没有和你说论文往哪个方向写比较好？写论文之前，一定要写个大纲，这样老师，好确定了框架，避免以后论文修改过程中出现大改的情况！！学校的格式要求、写作规范要注意，否则很可能发回来重新改，你要还有什么不明白或不懂可以问我，希望你能够顺利毕业，迈向新的人生。每到大学毕业的时候，写论文是一件必要要完成的作业。随着毕业的到来，谁都希望以一篇优秀的论文作为大学的结束。这么美好的一件事情，但是对于很多人来说，确实一件头痛的事情。有的人根本就不知道论文怎么写。下面就以实际经验谈谈如何写好一片论文。希望能对你写论文有一些帮助。一颗写好论文的决心。愿意付诸实际行动。必须要做好的一些准备论文的基本格式。 俗话说，“工欲善其事，必先利其器”。在开始写论文之前，一定要熟悉论文的规则，尤其是论文的基本格式。比如说说，论文是由封面、目录，正文三部分构成。各部分怎样排列，有什么具体要求，这些你在开始论文之前，一定要认真阅读论文的基本格式。这时最起码的要求。 步骤阅读选题的重要性。 题目的选择是很关键的。有的学校是硬性规定题目，有的则是随便你自己发挥。注意了，题目的关键性，对于我们来说一点都不陌生。就如这么多年的作文考试一样，题选好了，效果就不一样。个人建议，一定要从自己的实际要求出发，在自己熟悉的领域发挥；当然你创新性比较厉害的话，可以尝试新的题目。 步骤阅读指导老师的选择。 现在有一些学校，都是学生自己选择老师。有的人就会投机取巧，任务导师的名声大，自然论文的评分高，但是作为大学最后几件要做的一件事——写论文来说，亲，请诚实点，用自己的实力写。真正优秀的论文石灰得到肯定，就算没有，也问心无愧。个人建议：导师要选择最适合自己的，多看指导老师的研究领域，少关注其头衔。开始写的时候要注意什么？给自己拟定一个计划。 一篇优秀的的论文，绝对不是一时半会就写出来的，它肯定是经过一些沉淀，反复磨练出来的。再说，每个大学的留给大学生写论文地时间很长，对于自己来说，一定要给自己做一个计划。哪个时间段是收集资料阶段，那个时间段开始动笔，哪个时间段开始较高等等。可以借鉴，不要抄袭，找人代写。 别习惯使用复制粘贴，也不要以为抄袭了别人的不一定查得出来，也不要花一点钱找人帮你代写，既然你想这样做了，那么写不写论文又有什么意义了？ 在准备阶段，要多去看看别人的优秀论文，可以去借鉴别人的思维方式，但是绝不能抄袭。对资料的处理能力要强。 一篇好的论文是需要数据来支撑的。而数据就来自你收集的资料中体现的。这就要求你必须具备分析和处理资料的能力，学会用一些方法去分析，然后得出结论，一般常用的有对比法，层次分析法，等。不停地写，不停地修改。 论文不是作文，几百字就能解决问题。它的字数一般都多达上万字，想写好论文，你就要做好写作的准备，只要不断的写，不停地修改，好论文才能出现。 最后，祝你成功写好论文,写出一篇让自己满意，让老师高兴，顺利通过答辩的论文。
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秦勇
（中国矿业大学 江苏徐州 221008）
作者简介：秦勇，1957年生，男，博士，教授，煤田与煤层气地质，yongqin＠。
基金项目：国家973计划项目（2002CB211704）及国家自然科学基金项目（40572095）资助。
摘要 基于CNKI中国期刊全文数据库，系统检索和统计了我国煤层气论文的分布特点。以此为基础，分析了我国煤层气论文分布与产业发展特征之间的关系，讨论了产业发展对科学技术的需求趋势。结果显示：分别以1999年和2002年为界，论文分布体现出我国煤层气产业发展经历了三个历史阶段，每一阶段对科技需求的特点在论文分布特征上都有所体现。由此，作者认为：煤层气资源评价及其方法仍是今后研究的主题，进一步深化地质选区理论与方法将有助于选区成功率的提高，开发技术适应性是今后需致力于探讨的重要方向之一，煤层气井产能、采收率及其影响因素的研究应该引起足够重视，全方位探索深部煤层气资源与开发潜力将有可能拓展我国煤层气开发的新领域，研发环境保护、高附加值转化利用和小型化利用储运技术将有助于推进我国煤层气产业健康发展。
关键词 煤层气 论文 分布 产业 发展
CBM Publication Occurrence and Industrial Development in China
Qin Yong
（China University of Mining and Technology，Xuzhou 221008）
Abstract：The occurrence of the coalbed methane（CBM）papers written by Chinese authors from 1994 to 2005 was systematically indexed and analyzed form the CNKI's China Journal Full Database（CJFD）.Based up the data or information，the correlation of the paper distribution to the development of Chinese CBM industry was construed and the requirements of the industry to science and technology for the future were was shown that，respectively taking the 1999 and 2002 as a borderline，three developmental stages of the Chinese CBM industry as well as the scientific and technologic requirements of the industry in each stage were unfolded through the distribution of the was farther suggested that the evaluation and methodology of the CBM resources should be taken as one of the subjects in future research，the deep research of the target-selecting theory and method would help to improve the reliability of the CBM target selection，the adaptability of the exploiting technology to the CBM geological conditions should be one of the key aspects which should be engaged in the researches，the CBM-well productivity and CBM recovery ration should be laid much store by investigation，the omni-directional exploration for the potential of the deep CBM resources and development would be helpful to the deploitation of new CBM field in the industry，and the technological advances on the CBM environmental protection，high-additional-value utilization and miniaturized storage and transportation equipment should conduce to promote the benign development of the industry.
Keywords：CBM；paper；occurrence；industry；development
在现代科学技术背景下，新兴产业的发展均与该领域学术技术研究状况密切相关。换言之，一个产业领域内基础、应用基础与技术研究论文的分布状况，蕴涵着该产业发展历程的丰富信息，并在一定程度上可预示产业的发展趋势。我国煤层气产业目前处于商业化生产的启动阶段[1]，分析煤层气论文产出特点及其与产业发展的关系，对回顾我国煤层气产业发展历史、展望其发展趋势均有所裨益。为此，本文作者利用中国国家知识基础设施（CNKI）中国期刊全文数据库[2]，对1994～2005年期间煤层气论文进行了系统检索。以此为依据，分析了我国煤层气论文在时间和研究方向上分布特点，讨论了产业发展所需注重的主要科学技术问题。
1 CNKI 煤层气论文总体分布
系统检索结果显示，CNKI中国期刊全文数据库收录1994年至2005年煤层气论文1465篇，年均约122篇。
分析检索结果（图1），获得如下总体认识：
第一，我国煤层气论文连年增长，但不同历史阶段的增长速率明显不同。这一特点，与中国煤层气产业的艰难探索过程一致，反映出产业从起始到目前产业化经历了阶段性的发展历程。
第二，不同类别论文的分布特点，揭示出我国煤层气产业当前所处的阶段性特征。在论文总量中，地质与勘探类论文所占比例为，开发技术类论文占，利用与储运类论文占，经济与政策类论文占，环境保护类论文占。以地质勘探类论文为主的分布特点，折射出我国煤层气产业总体上处于发展的初始时期。
第三，各类论文在时间上的分布呈规律性起伏，这正是产业不同发展阶段对科学技术的需求有所不同的集中反映。
图1 CNKI中国期刊全文数据库煤层气论文类别及年度分布
值得注意的是，1994年至2005年期间，CNKI 煤层气论文篇数增长了倍，年均增长率约106%。进一步分析，论文数量呈三阶段式的非线性增长，指示中国煤层气产业发展历程至今经历了三个阶段（图2）。其中：第一阶段论文447篇，年均产出约75篇；第二阶段论文390篇，年均产出130篇；第三阶段论文628篇，年均产出约209篇。同时，不同阶段中各类论文互为消长的状况，与每一阶段对地质研究、勘探评价、开发试验等的不同需求高度对应。
图2 CNKI论文总数时序分布及其展现的中国煤层气产业发展阶段
2 CNKI 论文分布与中国煤层气产业发展阶段
第一阶段：寻证-找气-摸索阶段
该阶段可上溯至20世纪80年代前半期，结束于1999年，历时四个“五年”计划。在此期间，煤层气论文数量从1994年的20篇增加到1999年的129篇，在时间序列上呈线性增加，阶段总增长率545%，阶段年均增长率约91%，作者和单位的数量明显增多（图1）。
从论文类别分布来看：地质与勘探类论文居绝对优势，占阶段论文总数的60%，年均约45篇；开发技术类论文不足8%，年均约6篇；利用与储运、经济与政策、环境保护等类别论文的比例很低，年均都在2篇左右（图1，图2）。这种分布，是各国煤层气产业发展初期的典型特征，即研究和生产都是以寻找“证据”、框定资源、选择区域和验证目标为主。
在地质与勘探类论文中（图3）：多数报道的是关于煤层气资源评价与地质选区（42%，年均约19篇）、储层物性和吸附性（34%，年均约15篇）的研究成果，反映出积累资料、摸索经验的特点；成藏条件与过程、煤层气可采性论文年均分别只有2篇和1篇，该方面研究没有得到重视，在一定程度上显示出基础研究不足而致使煤层气地质选区和“找气”具有盲目性，这也是该阶段我国煤层气地质选区成功率较低的一个重要原因[3]。
在该阶段，开发技术类论文多是对国外技术的消化和应用。其中，钻井、试井和完井论文占了较大比例（35%，年均约6篇），排采与增产措施得到了应有重视（24%，年均约4篇），对解吸-扩散-渗流这一煤层气开采的基础有所关注（6%，年均约1篇），但几乎未见关于煤层气井产能和采收率方面研究成果的报道（图4）。此外，综述性论文也多以介绍国外煤层气勘探开发理论和技术为主。
图3 CNKI煤层气地质与勘探类不同研究方向论文分布
图4 CNKI煤层气开发技术不同研究方向论文分布
上述特征揭示：本阶段的研究是针对我国煤层气产业的起始过程而开展的，在煤层气地质研究上表现为寻证，在勘探上表现为找气，在开发试验上表现为摸索，总体上试图通过引进和消化国外相关理论与技术来解决中国的煤层气地质问题，积累了较为丰富的煤层气地质基本条件信息，对全国煤层气资源及其分布规律取得了基本认识，煤储层特性这一煤层气地质核心问题得到应有的重视，开展了适合于中国煤层气地质特点开发技术的试验与探索，并从区域上开始了对全国或区域煤层气产业发展战略的思考。
第二阶段：探因-普查-彷徨阶段
该阶段历时3年，从2000年开始，至2002年结束。在此阶段，每年的煤层气论文稳定在130篇左右，年均论文数量比第一阶段增加了73%，但论文类别构成变化明显（图1）。
从论文类别来看：地质与勘探类论文209篇，占该阶段论文总数的54%，年均篇数（约70篇）比第一阶段显著增加，但从1999年至2001年论文篇数显著递减，在后期有重新增加的趋势；开发技术类论文显著增多，占论文总数的比例比第一阶段增长了10个百分点；经济与政策、利用和储运的研究得到更多的关注，论文比例均上升了5～6个百分点（图1，图2）。
与第一阶段相比：该阶段地质与勘探论文中煤储层物性与吸附性研究成果的数量和比例显著增高（105篇，50%），构成了研究的主题；资源评价与地质选区尽管仍得到较多关注，但比例明显降低（29%）；成藏条件与过程论文的比例基本不变（10%），但年均论文篇数（7篇）明显增多（图3）。由此表明，这一阶段常规评价与选区方法趋于成熟，研究的注意力更多地转向与开采地质条件密切相关的煤储层特性，转向了成藏效应等深层次的控制机理问题。
就开发技术而言：钻井、完井、试井论文17篇，年均约8篇，远高于第一阶段，但在阶段论文总数中的比例（25%）有所降低；排采与增产措施论文18篇，比例（27%）有所提高；产能与采收率论文11篇，比例从零增至约16%；解吸-渗流-扩散论文14篇，占阶段论文总数的21%，比例显著增长（图4）。排采与增产措施、产能与采收率的研究得到加强，开采基础和应用基础研究受到高度重视，研究重点向开发技术的中—下游移动，这是为解决我国煤层气产业发展“瓶颈”问题而做出的努力，也是产业逐渐走向成熟的标志之一。
在此阶段：除了进一步拓展勘探选区继续找气之外，更多的力量集中于第一阶段已有一定勘探工程的地区，以进一步缩小勘探靶区，为开发试验提供更为可靠的基地；同时，尽管在近20个地区进行了排采试验，但多未取得理想的效果，致使开发试验徘徊不前，业界信心受到冲击。然而，这一时期煤层气开发基础与技术研究得到了较大发展，尤其是在开采方法与增产措施、煤层气解吸扩散渗流机理、产能与采收率分析等方面取得较多成果，为中国煤层气产业化时代的到来奠定了重要技术基础。
上述论文分布特征，指示我国煤层气产业发展过程由于进入了一个新的阶段而对科学技术的需求发生了较大变化，在煤层气地质研究上表现为探因，勘探上表现为普查，开发试验上表现为访徨，总体上处于为催生中国煤层气产业化时代到来的“阵痛”阶段。
第三阶段：求源-详查-商业阶段
自2003年以来，我国煤层气产业发展进入了一个新的历史时期，即商业化生产阶段。其主要标志为：煤层气地质研究进入了求源，勘探实践进入了详查，开发上步入了商业化生产，中国煤层气产业的雏形已经形成，并呈现出快速发展的势头，这些标志在煤层气论文的数量和结构上均有体现。
在2003～2005年的三年期间，CNKI煤层气论文总数大幅度增加，达到628篇，年均论文约209篇，与第二阶段相比增长了61%，接近第一阶段论文总量的一半（图1，图2）。开发技术类论文的比例有所提高，利用和储运技术研究得到进一步重视，基础研究明显加强，研究重点进一步向煤层气产业的中—下游移动，更加适应于商业化生产阶段对科学技术的需求。
地质与勘探类论文占阶段论文数的比例约51%，仍有较大比重，这是我国煤层气产业目前总体上处于初期阶段的必然特征。其中：煤储层物性与吸附性仍是研究重点，但论文比例下降至39%左右；资源评价与地质选区仍是产业的科技需求，论文比例（27%）与上一阶段基本持平；成藏条件与过程研究得到高度关注，论文比例比上一阶段提高了约9个百分点（图3）。
本阶段开发技术类论文数量的比例为19%，比上一阶段略有提升，显示我国煤层气产业中游领域的研究得到进一步重视。其中：钻井、完井、试井论文（25篇）多于第一阶段，但比例继续下降（约21%）；排采与增产措施论文34篇，数量显著增加，比例（29%）略有提高；产能与采收率论文12篇，数量和比例（约10%）均比上一阶段显著减少；解吸-渗流-扩散论文25篇，数量明显增加，比例与上一阶段基本持平（图4）。钻井、完井、试井论文比例相对降低，排采与增产措施论文比例显著提高，解吸-渗流扩散论文数量明显增多，尤其是2005年开发技术类论文数量大幅度跃升（图1，图2），显示出我国煤层气商业性生产、示范工程等对新技术开发和相关基础研究的强烈需求。
在此阶段：新增了一批国家批准的煤层气储量，煤层气成藏条件与机制探索在国家层面上全面展开，标志着中国煤层气地质研究从资源与基本地质条件调查阶段转入了资源“详查”阶段和成藏作用探索过程；大井网煤层气勘探开发试验取得新的突破，水平羽状井、丛式井等技术在煤层气开发中得到初步应用，对二氧化碳注入等新的增产技术进行了现场试验，晋城地区开始了煤层气商业化生产，标志着中国煤层气产业从开发试验阶段转入了商业化生产启动阶段。
3 CNKI 论文分布特点与产业发展需注重的科学技术问题
进一步分析C N KI论文分布特点，发现存在某些问题，而解决这些问题正是发展中国煤层气产业所需要继续努力的方向。
首先，煤层气资源评价始终是20余年研究探讨的主题，尤其是对全国和某些区域的煤层气资源量及其构成众说纷纭，且国家批准的煤层气储量所占比例极低。究其原因，主要在于三个方面：一是评价方法缺乏规范性要求；二是资源估算尚存重大基础问题未能解决；三是资源勘探和探明程度很低。为此，煤层气资源评价及其方法仍是今后相当长一段时期内所要研究的主题，而在国家层面上制定评价方法和要求的规范性文件，加强以吸附机理为核心的基础研究[3]，加大勘探和开发试验的力度，将有助于推进这一问题的解决。
其次，文献中涉及的煤层气地质选区多达50余个，但目前实现商业性开发或具有可见前景的地区不超过5个，且某些选区已上过多轮勘探和开发试验工程。造成这种状况的原因是多方面的，包括选区理论和方法在科学性和适应性上的缺陷、早期勘探与开发试验技术发展水平和认识的局限、钻井/完井/排采技术管理经验不足等[3]。因此，在深化研究选区理论与方法的基础上，通过资料复查和新技术应用，总结开发技术上的经验和教训，可能会使我国煤层气地质选区成功率得到一定的提高。
第三，国外几乎所有的传统和先进煤层气开发技术在我国都有引用，但多数情况下的应用效果都不甚理想。正视这一状况，似应考虑如下三个问题：一是所有先进技术是否都适合我国特定选区的煤层气地质条件？二是传统技术在特定选区的开发效果是否就不如先进技术？三是我国自主研究开发出了哪些适合于我国煤层气地质条件的开发技术？对于前两个问题，答案当然是否定的。至于后一个问题，目前尚未见到关于自主研发的关键技术的报道。这三个问题的关键，在于各种开发技术的适应性，这也正是今后需致力于研究的重要方向之一。
第四，见诸报道的煤层气井产能、煤层气采收率及其影响因素的研究成果较少，与煤层气商业性生产阶段的技术需求之间存在较大差距。原因在于，我国前期实践多为开发试验，对此没有太多的需求，积累的资料也十分有限，难以满足开展这一研究的要求。但在进入商业化开发且追求经济效益的现今阶段，该方面的研究应该引起足够重视，包括系统追踪和分析排采动态、注重不同煤层气地质条件的对比分析、深化煤层气解吸-渗流规律与机理的研究、开发科学性更强的数值模拟技术等。
第五，尚未充分注意到深部煤层气开发这一潜在新领域，深部资源及其与常规油气共采可行性的研究成果鲜见报道。我国深部煤层气资源量巨大[4]，多数大—中型沉积盆地中煤层气都与常规油气共生，前期少数研究显示了深部煤层气与常规油气共采的可能性[5]。为此，从资源潜力、成藏作用与过程、地质选区、勘探与开发试验等方面，对深部煤层气资源潜力开展全方位的研究探讨，将有助于拓展我国煤层气开发的新视野。
第六，煤层气开采可能诱发的环境保护以及煤层气利用与储运技术问题，应该得到应有重视。在1994年以来的1465篇CNKI煤层气论文中：环境保护方面的论文只有19篇，几乎全为哲学意义上的讨论或介绍国外相关技术；利用与储运方面的论文逐年增长（图1），但多是关于煤层气发电和管网输送技术的探讨。这种状况，可能会影响到我国煤层气产业的健康发展。针对我国煤层气地质和开发特点，开展环境保护技术研究或实例分析，研究开发具有更高附加值的煤层气转化利用技术和适应矿区煤层气分布式开发特点的小型化利用储运技术与装置，将有助于弥补我国煤层气产业在此方面的不足。
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浅谈煤田地质勘探前沿发展趋势摘要：本文根据中国煤炭生产方针、煤田地质特点及世界先进技术发展现状，讨论了中国煤田地质勘探前沿问题，从提高勘探精度，开展动态地质研究等方面加以论述。并且展望了煤田地质勘探技术发展的趋势。关键词：地质勘探勘探技术发展趋势0引言20世纪，煤炭在世界能源中占主要地位，进入21世纪，煤炭在世界一次能源中仍将占主要地位，在我国尤其如此。在我国，1500m左右的煤炭总资源量约4万亿吨，已探明保有储量达1万亿吨。而石油、天然气，由于资源赋存条件与勘探、开发困难等原因，一个时期内难于大幅度增产。但是，随着开放与市场经济发展，煤炭要有竟争力才能在市场上站住脚，经济、安全、高效采煤就成为煤炭工业发展的关键。因此，世界上所有采煤国家都需要继续开展煤田地质勘探工作，而且，煤田勘探技术要迅速发展才能满足生产要求。1我国煤田地质勘探前沿问题从我国煤田地质特点及世界先进技术的发展现状来看，我们可以看出，近年来我国煤田地质勘探前沿问题可概括为以下几个方面。从完善矿井水防治与保水采煤研究方面来看我国东部一些矿井，随着采深增大，突水事故经常出现，突水量也日益增大。由于这些煤田水文地质条件特别复杂，加之采深不断增大，浅部矿井水治理获得的一些认识往往不适应深部矿井水动力条件。因此，我国煤矿水害防治技术的发展趋势是：深入研究矿区深部岩溶水形成与运移特征，深部矿井底板岩溶水突出机理，开发突水预测预报技术；开发适应现代机械化开采的采掘区无水险水害防治技术。从开展动态地质研究方面来看常见的岩煤突出、瓦斯突出、冲击地压、突水、井筒破裂等井下灾害，实际上是一种动力地质现象。这些现象均与岩体应力场有关。主要起因于岩煤采掘后，原有自然条件下各种地质因素之间的平衡遭受破坏，岩体应力再分配，从而引发或诱发出这类灾害性地质现象。通过研究这些现象形成的地质机理，事先测定出采掘阶段岩体应力随时空的动态变化，就有可能预测上述动力地质现象是否会形成，确定并采取消除或减弱这些灾害的措施。从加强环境地质勘查与灾害地质防治方面来看由于矿区在天然条件下以及因开发而使地质体系遭受破坏，从而可能形成一系列环境问题，如耕地破坏、水源污染、沙化，粉尘、一氧化碳、二氧化硫造成的大气污染等以及更具破坏性的灾害地质现象，如地裂、地表塌陷、滑坡乃至诱发地震。由于历史原因及煤矿不断开发，旧帐未清，新帐纷至，所产生的问题相当严重，煤矿环境问题是制约煤炭工业可持续发展的关键因素之一，今后矿区环境评价与治理将成为开发部门重要的工作内容。从提高勘探精度来看连续作业是煤炭工业现代化或采掘机械化和自动化的特点。这要求开发前查明所采煤层的细微变化，如煤层厚度、结构和灰分的局部细小变化。煤层及其顶底板岩石物理力学性质的局部变化等。但是，世界各国的煤炭证实储量及我国的探明储量均只主要说明煤炭的原地埋藏数量，并未充分甚至没有提供满足现代开采技术要求的开采地质信息，为适应现代机械化开采，普遍需要补充勘探。从攻克煤层气开发难关来看近年来许多国家正在把煤层气作为一种能源进行研究，已有20多个国家开展了煤层气研究、勘探和开发活动。在煤层气试验开发中，目前所遇到的问题是：多数井煤层气产率低、衰减快，钻井冲洗液污染煤层，完井后坍塌堵孔，水力压裂效果不明显，裂缝短，所占比例低，完井后采气效果差等。显然，研究我国煤层渗透率低的原因、渗透率变化规律、煤层气富集和高产因素、煤层力学稳定性和破坏规律，开发适于我国低渗率煤层的钻井、完井、采气和增产实用技术，探索我国煤层气开发有利区段的评价选择模式就成为技术攻关的重点。2煤田地质勘探技术发展趋势用发展眼光看，近年来钻探仍将成为获取“第一性”地质资料的重要手段。物探仪器日新月异，性能改进与更新迅速，向高灵敏度、高分辨率、高精确度、遥控、计算机实时控制、处理、数据分析和三维图形显示方向发展;物探方法向多维、多参数测量、多方法组合发展;计算机和信息技术将普及到地质勘探的各个专业、各个作业单元，乃至管理整个勘探系统。近年来，值得注意的煤田地质勘探技术发展趋势如下。开发井下勘探技术根据国内外资料，落差小于5m、长度小于150m的小断层及小型褶曲，近期不可能用地面勘探方法查明。因此，国内外普遍认为，应在采区开采前，在井下开展采区勘探或工作面勘探，其方法包括矿井物探和沿煤层钻进。基于煤层密度比上下围岩小，煤层是一个明显的低速槽，国外在70年代末首先采用槽波地震勘探技术在井下探测煤层构造。近年来，探地雷达技术发展迅速。最近南非开发出一种Rock雷达系统，能定量研究岩体，准确确定断裂带深度、巷道周围裂隙带特征。显然，煤矿井下物探技术将大有作为，是一重要发展方向。发展水平钻进技术20世纪80年代以来，技术先进的采煤国家愈来愈重视采用水平钻进方法沿煤层钻进，并采用与之相配合的随钻测斜技术。水平钻进技术是由受控定向钻进发展而来的。近年来，这种钻进技术发展迅速，不仅能在井下沿煤层钻进，还能在地面沿垂直一圆弧一水平线轨迹进入煤层钻进。地面水平钻进，在煤炭部门是80年代后期才从石油部门引进的。加强综合勘探据有关材料说明，英国煤矿区尽管用三维地震勘探曾解释出小至煤厚落差的断层，但英国深部煤矿公司仍然重视钻孔研究。近年来，他们在已经评价的赋存经济可采储量的井田，按400一500m网度布无心孔，用组合测井方法勘探。他们开发了一种岩层显微扫描仪，通过人机联作能解释几十厘米落差的断层、裂隙、沉积和构造特征，以及应力方向。借助专用软件，用组合测井可确定出岩石类型、岩石强度、孔隙度或渗透率、倾角、孔径、分析水和烃等。据说，通过这一综合勘探方法，“可提供一份详细、实用的构造及应力场图”“，从而使矿山设计切实可行”，可提供最佳施工方向和合理地选定开采方法。这表明，选用合适手段、采用多手段综合勘探，是深部煤矿勘探的发展方向。研究动态地质勘探技术如前所述，危害矿井安全的动力地质现象由采掘活动诱发而形成。它们具有动态特性。因此，预测动力地质现象的形成及其强度，不能简单地只凭反映原始地质条件的静止数据，而应主要分析基于岩煤层应力或其物性随时间变化的动态特征资料。高产高效采煤推进速度快，进行动态勘探，即在采掘期间连续多次勘探采区的应力或物性随时间变化很有必要。加快发展信息技术计算机和信息技术现已在煤田地质勘探各个专业推广应用，发展较快。由于引入了许多高新技术，如并行分布式处理、大容量存储、工作站、多媒体、人工智能和神经网络技术等，目前已能用人机对话方式处理、分析、解释和显示地质勘探数据，一些物探仪器自动化程度高，能在现场作预处理，控制各项操作和质量，选择有关参数。3结语根据相关资料分析表明，除少数几个发展中国家外，各主要产煤国家的煤田地质勘探工作量自80年代以来均明显减少，但用于开发勘探、工作面勘探的工作内容和工作量却明显增多，勘探精度大大提高。从煤炭现代化生产要求角度看，我国煤田地质勘探技术与世界先进技术相比尚存在较大差距，因此，必须把握时机，加快我国煤田地质勘探技术的发展，才能满足我国高产高效采煤的需求。参考文献：[1]储绍良.矿井物探应用.北京:煤炭工业出版社.1995.[2]李夫忠.走向精确勘探的道路[M].北京:石油工业出版社..