一种瓦斯圈闭开发适宜性评价方法及目标废弃矿井优选方法技术

一种瓦斯圈闭开发适宜性评价方法及目标废弃矿井优选方法，包括以下步骤：S1确定瓦斯圈闭开发适宜性评价的评价指标；S2确定瓦斯圈闭开发适宜性评价等级以及各评价指标的分级标准；S3采用灰色关联分析方法确定待评价圈闭的开发适宜性等级；S4利用关键因素排除法排除那些明显存在安全隐患或瓦斯开发前景差的目标废弃矿井；S5获取各目标废弃矿井瓦斯圈闭的数量及类型；S6确定目标废弃矿井评价指标的分级标准值；S7确定每个目标废弃矿井的瓦斯圈闭开发适宜性等级；S8按照目标废弃矿井优等瓦斯圈闭的瓦斯资源总量大小选出最有利废弃矿井。本发明专利技术能够基于瓦斯圈闭评价对瓦斯开发目标废弃矿井进行优选，可指导目标废弃矿井瓦斯地面开发有利区域的选择。面开发有利区域的选择。面开发有利区域的选择。

【技术实现步骤摘要】
一种瓦斯圈闭开发适宜性评价方法及目标废弃矿井优选方法


[0001]本专利技术涉及废弃矿井瓦斯抽采利用
，涉及采场岩移瓦斯圈闭开发适宜性评价和瓦斯开发目标废弃矿井的优选，可提高废弃矿井瓦斯开发的成功率和经济效益。

技术介绍

[0002]瓦斯圈闭是一种能阻止瓦斯继续运移并使其聚集的场所，但受采场回采规模、开采方式、围岩性质、水文地质、圈闭形成的时间等诸多因素的影响，并不是所有瓦斯圈闭都富含瓦斯资源，并成为都具有可开发性的采场瓦斯气藏。因此，建立评价指标体系，形成评价方法，对瓦斯圈闭开发适宜性进行评价，优选出适宜开发的瓦斯圈闭，就显得十分必要和及时。
[0003]废弃矿井瓦斯地面抽采技术是上世纪90年代后期发展起来的瓦斯抽采技术，是通过在煤矿封闭采空区地面施工垂直钻井，采用负压抽采的方式，将采空区赋存的瓦斯资源抽取出来，加以利用。但到目前为止，如何从众多的目标废弃矿井中优选出来最适合瓦斯开发的废弃矿井，仍然是现场应用时的一大难题。正是由于优选方法的缺失，致使地面抽采井开发成功率还不足50％。因此，目标废弃矿井优选问题的研究就显得非常迫切。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题是提供一种瓦斯圈闭开发适宜性评价方法，通过该方法对瓦斯圈闭开发适宜性进行评价分级，确定瓦斯圈闭是适合优先开发、一定条件下可开发还是不适合瓦斯开发；同时，基于瓦斯圈闭评价，提出了瓦斯开发目标废弃矿井的优选方法，可指导目标废弃矿井瓦斯地面开发有利区域的选择。
[0005]一种瓦斯圈闭开发适宜性评价方法及目标废弃矿井优选方法包括以下步骤：
[0006]S1：确定瓦斯圈闭开发适宜性评价的评价指标；
[0007]S2：确定瓦斯圈闭开发适宜性评价等级以及各评价指标的分级标准；
[0008]S3：采用灰色关联分析方法计算待评价瓦斯圈闭各评价参数值与各评价指标分级标准值的关联度，依据关联度的大小，确定待评价圈闭的开发适宜性等级；
[0009]S4：获取各目标废弃矿井煤层赋存、开采方式及工作面布置、煤层顶底板岩性及物理力学性质参数；获取采空区形成时间、煤层自燃倾向性、采空区积水情况、瓦斯利用条件、地面钻井施工成本及瓦斯销售价格信息；
[0010]S5：利用关键因素排除法排除那些明显存在安全隐患或瓦斯开发前景差的目标废弃矿井；
[0011]S6：获取各目标废弃矿井瓦斯圈闭的数量及类型；
[0012]S7：获取每一个瓦斯圈闭瓦斯资源量、游离气体甲烷体积分数、有效容积、回采空间保留率和采面保有率等参数；
[0013]S8：确定目标废弃矿井评价指标的分级标准值；
[0014]S9：利用灰色关联分析方法对所有瓦斯圈闭进行开发适宜性评价，确定每个瓦斯
圈闭开发适宜性等级；
[0015]S10：进行目标废弃矿井优选，按各目标废弃矿井优等瓦斯圈闭瓦斯资源量总量的多少优选出最有利开发废弃矿井。
[0016]步骤S1中，瓦斯圈闭开发适宜性评价的评价指标依据下列步骤确定：
[0017]①
评价指标确定应遵循的原则：
[0018]科学性原则:指标体系要建立在科学的基础之上，各指标物理意义应明确，数据来源要准确，处理方法要科学，便于综合分析。具体指标能客观真实反映瓦斯圈闭特点和实际状态；
[0019]系统性原则:各指标之间要有一定的逻辑关系，它们不但要从不同的侧面反映出瓦斯圈闭地质背景、资源量、经济性等方面的重要特征，而且还要反映它们之间的内在联系；
[0020]可比、可操作、定量化原则，评价指标应尽量简单，便于获取，各指标要具有很强的可操作性和可比性；而且，为便于计算和分析尽量采用可定量化的指标；
[0021]②
评价指标的确定
[0022]瓦斯圈闭评价的目的是对圈闭的瓦斯开发适宜性优劣进行排序，为开展瓦斯开发的目标废弃矿井优选提供决策依据；为此，依据上述圈闭评价原则，以瓦斯圈闭度量参数为基础，从圈闭瓦斯资源、储集空间和经济效益三方面考虑设置评价指标；
[0023]第一，资源特征
[0024]首先，圈闭的瓦斯资源量多少是最要的关键参数之一，圈闭瓦斯资源量越大，说明其开发利用前景越好；其次，瓦斯中甲烷体积分数不同，其价值不同，甲烷体积分数越大，其输送和利用方式越多，经济价值高，资源量的多少和甲烷体积分数高低可全面反映圈闭的资源特征，因此，可选择可采瓦斯资源量Q和甲烷体积分数为资源条件评价指标；
[0025]第二，储集特征
[0026]圈闭储集条件主要涉及裂隙储集体存储体积大小、采空区积水多少和采场围岩压实情况，与其相关的瓦斯圈闭度量指标有圈闭最大容积V
max
、有效容积V
η
、有效容积比ε、采面保有率R
s
和回采空间保留率R
v
等5个参数，考虑到有效容积比ε和最大容积V
max
通过其它三个参数得到间接反映，为了尽量简化评价体系，可选择回采空间保留率R
v
、有效容积V
η
和采面保有率R
s
等3个参数作为圈闭储集条件方面的评价指标；
[0027]第三，效益特征
[0028]经济效益主要体现为圈闭瓦斯资源量和资源优劣与开发瓦斯成本间的关系，反应瓦斯抽采在经济上的可行性，地面钻井抽采采空区瓦斯时，钻完井成本在全部开发成本中所占的份额较大，而钻完井成本与井深直接相关，为了减少评价指标数，可考虑把井深、圈闭最低瓦斯资源量联系在一起，不同深度的抽采井，圈闭应有相应的最少瓦斯资源量要求，以此来保证瓦斯开发的经济效益，而不再出现经济效益的评价指标；
[0029]如此，步骤S1中，瓦斯圈闭开发适宜性评价的评价指标包括圈闭瓦斯资源量、游离气体甲烷体积分数、圈闭有效容积、回采空间保留率和采面保有率。
[0030]步骤S2中，瓦斯圈闭开发适宜性评价等级为三级，分别为优等、中等和较差；评价结果为优等的瓦斯圈闭，可优先进行开发；评价为中等的瓦斯圈闭开发时要慎重，只有在满足一定条件时才可进行开发；评价为较差的瓦斯圈闭，一般不建议考虑瓦斯开发；
[0031]各评价指标的分级标准值可分别按下列方法取值；
[0032]1)圈闭瓦斯资源量
[0033]以5Q
min
、3Q
min
和Q
min
为界将瓦斯圈闭资源量划为优等、中等和较差3个等级，其中Q
min
为保证地面瓦斯抽采工程投入与产出实现经济平衡的最少瓦斯资源量；
[0034]2)游离气体甲烷体积分数
[0035]圈闭内游离气体甲烷体积分数的分级标准可参考煤层气产品等级划分标准，以甲烷体积分数90％、50％和30％为界线把圈闭的瓦斯划分为优等、中等和较差3个等级；
[0036]3)圈闭有效容积以5V
η
、3V
η
和V
η
为界将圈本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种瓦斯圈闭开发适宜性评价方法及目标废弃矿井优选方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：确定瓦斯圈闭开发适宜性评价的评价指标；S2：确定瓦斯圈闭开发适宜性评价等级以及各评价指标的分级标准；S3：采用灰色关联分析方法计算待评价瓦斯圈闭各评价参数值与各评价指标分级标准值的关联度，依据关联度的大小，确定待评价圈闭的开发适宜性等级；S4：获取各目标废弃矿井煤层赋存、开采方式及工作面布置、煤层顶底板岩性及物理力学性质参数；获取采空区形成时间、煤层自燃倾向性、采空区积水情况、瓦斯利用条件、地面钻井施工成本及瓦斯销售价格信息；S5：利用关键因素排除法排除那些明显存在安全隐患或瓦斯开发前景差的目标废弃矿井，其他目标废弃矿井则进入下一步骤S6；S6：获取各目标废弃矿井瓦斯圈闭的数量及类型；S7：获取每一个瓦斯圈闭瓦斯资源量、游离气体甲烷体积分数、有效容积、回采空间保留率和采面保有率等参数；S8：确定目标废弃矿井评价指标的分级标准值；S9：利用灰色关联分析方法对所有瓦斯圈闭进行开发适宜性评价，确定每个瓦斯圈闭开发适宜性等级；S10：进行目标废弃矿井优选，按各目标废弃矿井优等瓦斯圈闭瓦斯资源量总量的多少优选出最有利开发废弃矿井。2.根据权利要求1所述的瓦斯圈闭开发适宜性评价方法及目标废弃矿井优选方法，其特征在于：步骤S1中，瓦斯圈闭开发适宜性评价的评价指标包括圈闭瓦斯资源量、游离气体甲烷体积分数、圈闭有效容积、回采空间保留率和采面保有率。3.根据权利要求2所述的瓦斯圈闭开发适宜性评价方法及目标废弃矿井优选方法，其特征在于：步骤S2中，瓦斯圈闭开发适宜性评价等级为三级，分别为优等、中等和较差；评价结果为优等的瓦斯圈闭，可优先进行开发；评价为中等的瓦斯圈闭开发时要慎重，只有在满足一定条件时才可进行开发；评价为较差的瓦斯圈闭，一般不建议考虑瓦斯开发；各评价指标的分级标准值可分别按下列方法取值；1)圈闭瓦斯资源量以5Q
min
、3Q
min
和Q
min
为界将瓦斯圈闭资源量划为优等、中等和较差3个等级，其中Q
min
为保证地面瓦斯抽采工程投入与产出实现经济平衡的最少瓦斯资源量；2)游离气体甲烷体积分数圈闭内游离气体甲烷体积分数的分级标准可参考煤层气产品等级划分标准，以甲烷体积分数90％、50％和30％为界线把圈闭的瓦斯划分为优等、中等和较差3个等级；3)圈闭有效容积以5V
η
、3V
η
和V
η
为界将圈闭有效容积划为优等、中等和较差3个等级，其中V
η
＝max|V'
η
，V"
η
|；式中，V
′
η
为考虑解吸量与抽采量平衡时间的瓦斯圈闭最小有效容积；V"
η
为单一采场形成的瓦斯圈闭的有效容积；4)回采空间保留率以40％、30％和10％为界将圈闭回采空间保留率划分为优等、中等和差3个等级，回采
空间保留率越高说明圈闭裂隙储集体孔隙空间越大，采场岩石压实程度低，有利于圈闭内煤炭瓦斯的解吸与运移；5)采面保有率以90％、60％和10％为界将将圈闭的采面保有率划分为优等、中等和差3等级。4.根据权利要求3所述的瓦斯圈闭开发适宜性评价方法及目标废弃矿井优选方法，其特征在于：步骤S3中，关联度的大小由灰色关联分析法确定，选择待评价瓦斯圈闭实际参数值作为参考数列，瓦斯圈闭的分级标准为比较数列，这样对于参考数列，用灰色关联分析法所求出的3个关联度中关联度最大值所对应比较数列的等级即为待评价瓦斯圈闭开发适宜性评价等级，灰色关联分析方法的基本思想是根据序列曲线几何形状的相似程度来判断其联系是否紧密，曲线越接近，相应序列之间的关联度越大，反之就越小，其分析步骤主要有：。1)确定参考数列和比较数列；以表示瓦斯圈闭分级标准中各评价指标的标准值，其中下标i表示瓦斯圈闭优劣等级,k表示评价指标，以表示待评价瓦斯圈闭的各评价参数的实际值，其中下标表示待评价样本；2)无量纲处理化处理；不能直接用原始数据进行计算和评价，应对待评价样本和评价标准均进行无量纲处理，对于待评价样本的原始数据用下式进行无量纲化处理：处理后分别得到数列x
i
(k)和y
j
(k)：式中，n为待评价瓦斯圈闭个数；对于评价指标分级标准值用下式进行无量纲化处理：3)求关联系数；可按下式计算参考数列与比较数列的关联系数：式中：ζ
ij
(k)是x
i
(k)和y
j
(k)在第k项评价指标的关联系数；ρ为分辨系数，ρ越小，分辨力越大，一般取ρ＝0.5；4)关联度的求解；用关联度来反应待评价样本与各级评价标准样本的关联程度：5)关联度排序；由γ
*
＝max{γ1,γ2,γ3}求出关系度的最大值，其所对应的瓦斯圈闭优劣等级即为待评价圈闭的优劣等级，最终可获得评价结果分别为优等、中等和较差的瓦斯圈闭数量。
5.根据权利要求4所述的瓦斯圈闭开发适宜性评价方法及目标废弃矿井优选方法，其特征在于：步骤S5中，关键因素主要包括：自燃发火倾向性、采空区积水、采空区形成时间、采空区封闭性和地面瓦斯输送和利用条件。6.根据权利要求5所述的瓦斯圈闭开发适宜性评价方法及目标废弃矿井优选方法，其特征在于：步骤S6中，各目标废弃矿井瓦斯圈闭的数量及类型的确定分三步进行：1)统计各目标废弃矿井采空区；2)对所有采空区都要进行是否构成瓦斯圈闭的判定，应依次从盖层、侧向遮挡屏蔽层、裂隙储集体和底板遮挡屏蔽层四方面进行判别，如果都满足设定的条件，则表明该采场岩层移动稳定后构成了圈闭；3)对形成的瓦斯圈闭按照单一采场型、多采场水平...

【专利技术属性】
技术研发人员：李丹，苏现波，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：