废弃工作面遗留煤层气扰动储层空间划分——以屯兰煤矿12501工作面为例

作     者：杨兆彪 王家琛 杨彦群 秦勇 李国富 董志勇 孟祥昊 YANG Zhaobiao;WANG Jiachen;YANG Yanqun;QIN Yong;LI Guofu;DONG Zhiyong;MENG Xianghao

作者机构：中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室江苏徐州221008 山西焦煤集团公司技术中心山西太原030024 煤与煤层气共采国家重点实验室山西晋城048000 

出 版 物：《煤炭科学技术》 (Coal Science and Technology)

年 卷 期：2023年第51卷第2期

页      面：243-255页

核心收录：

学科分类：081803[工学-地质工程] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0703[理学-化学] 

基　　金：山西省科技重大专项揭榜资助项目(20191101016) 山西省科技重大专项资助项目(20201102001) 国家自然科学基金资助项目(42272195)。 

主　　题：废弃工作面 遗留煤层气 扰动储层 空间划分 数值模拟 相似物理模拟 

摘      要：废弃矿井扰动空间精确划分是遗留煤层气资源评价和开发利用的重要基础,以山西西山矿区屯兰煤矿2号煤12501工作面为例,采用应力场数值模拟、裂隙场数值模拟和物理相似模拟的方法,综合研究了采动过程中及采空区稳定后的应力场、裂隙场的分布规律。研究结果显示:物理相似模拟与数值模拟吻合度高,综合以上3种方法,最终将12501废弃工作面遗留煤层气扰动储层空间划分为底板裂隙区、重新压实区、导气裂隙区和承压区。底板裂隙区位于煤层中工作面的正下方,整体采动裂隙发育区域呈现出靠近开采煤层为底面的倒梯形台,裂隙场数值模拟结果显示其垂向深度为22.3 m,其深度为开采煤厚的5.58倍。承压区位于工作面四周的未开采煤储层,在工作面倾向的边界起分别向外延伸70 m,在工作面走向的边界起分别向外延伸100 m的位置上,数值模拟结果显示承压区煤储层垂向应力峰值为远大于煤层原始状态的应力数值,但小于垂层煤样的平均抗压强度。导气裂隙区主体位于开采煤层工作面边缘区域,底部为高度约为13.2 m的岩层垮落带,紧邻垮落带上部为高约33.6 m的岩层断裂带,断裂带内竖向裂缝不断扩展贯通离层裂缝。导气裂隙区整体形状为梯形台,其高度为开采煤厚的11.7倍。重新压实区主体分布于开采工作面采空区的中间部分,倾向宽度为110 m,走向长度为1 268 m。此区域主要为弯曲垮落的覆岩构成,整体形状为梯形台,位于导气裂隙区内部。导气裂隙区为遗留煤层气资源的开发有利区。