(1. Escuela de Ingeniería de Recursos y Seguridad, Universidad de Minería y Tecnología de China, Beijing 100083; 2. China United Coalbed Mtane Co., Ltd., Beijing 100011)
Acerca de El autor: Ni Xiaoming, nacido en 1979, hombre, de Linfen, Shanxi, actualmente candidato a doctorado, se dedica principalmente a la investigación de geología de gases y geología de metano de capas de carbón. Correo electrónico: nxm1979@126.com.
Para reducir el riesgo de inversión de la perforación superficial y el drenaje subterráneo de metano de lechos de carbón, se utilizó el proceso de jerarquía analítica para analizar los factores que influyen en la extracción de metano de lechos de carbón. , y estableció un método para la perforación superficial de metano en lechos de carbón y el modelo de conocimiento jerárquico de extracción subterránea, y se estableció un sistema de evaluación integral difuso basado en el método de evaluación integral difusa de múltiples niveles. Este método de evaluación tiene un cierto papel rector en la reducción de los riesgos de inversión en la minería de metano en capas de carbón.
Evaluación difusa; perforación en superficie; extracción subterránea de metano en capas de carbón
Investigación sobre una evaluación integral difusa del desarrollo de metano en capas de carbón
Ni Xiaoming1, Xie Mingxun2, Wang Yanbin1, Wu Jianguang 2
(1. Escuela de Ingeniería de Recursos y Seguridad, Universidad de Minería y Tecnología de China, Beijing 100083; 2. Beijing Zhonglian Coalbed Mthane Co., Ltd. 10001 1)
Resumen: Para reducir el metano de yacimientos de carbón con respecto a los riesgos de inversión de la minería a cielo abierto y el drenaje subterráneo, se utilizó el proceso de jerarquía analítica para analizar los factores que influyen en la minería de metano de yacimientos de carbón, y se estableció un modelo de conocimiento jerárquico de la minería a cielo abierto y el drenaje subterráneo de metano de yacimientos de carbón. . Basado en el método de evaluación difusa de múltiples niveles, se estableció un sistema de evaluación integral difusa. Sobre esta base, se llevó a cabo una evaluación difusa del desarrollo de metano en capas de carbón en la mina de carbón Haizi en Huaibei Coalfield. Los resultados muestran que el método de evaluación difusa tiene una importante importancia rectora para el desarrollo de metano en capas de carbón.
Palabras clave: metano de yacimientos de carbón; evaluación difusa; minería a cielo abierto; drenaje subterráneo
Introducción
La situación energética de China en el siglo XXI será muy grave y La oferta y la demanda de energía de alta calidad Los conflictos se intensificarán. La presión ambiental causada por la quema de carbón también requiere que se mejore la irrazonable estructura energética en la que domina el carbón. China es rica en recursos de metano de yacimientos de carbón, con una cantidad total de 31,46×1,01,2 m 3 (China United Coalbed Mtane Co., Ltd., 2000), que se aproxima a los recursos totales de gas natural de China y ocupa el tercer lugar en el mundo. Por lo tanto, el desarrollo y la utilización de los abundantes recursos de metano de las capas de carbón de mi país no solo pueden aumentar efectivamente el suministro de energía limpia y eficiente al optimizar la estructura energética, sino que también pueden reducir directamente las emisiones de metano de las minas de carbón, aliviar efectivamente el efecto invernadero y se espera que Frenar fundamentalmente los desastres causados por el gas minero. Mejorar las condiciones de producción seguras en las minas de carbón. Sin embargo, los riesgos de inversión en metano de capas de carbón son altos, y reducir los riesgos de inversión es la clave para las perspectivas de desarrollo y utilización del metano de capas de carbón. Para reducir los riesgos de inversión, sobre la base del uso del proceso de jerarquía analítica para analizar los factores que influyen en la extracción de metano de yacimientos de carbón, se utilizó un método de evaluación integral difuso de múltiples niveles para establecer un sistema de evaluación difuso para la perforación en superficie y la extracción subterránea de yacimientos de carbón. metano, y basado en la mina Huaibei Haizi. Se tomó un ejemplo para probar el efecto del sistema.
1 Análisis de los factores que influyen en el drenaje de metano de capas de carbón
1.1 Análisis de los factores que influyen en la producción de perforación superficial de metano de capas de carbón
El valor comercial de la extracción superficial de metano de capas de carbón depende de eficiencia de producción de gas, precios de mercado competitivos y producción a gran escala. En la actualidad, la contradicción entre la oferta y la demanda de energía en mi país se está intensificando y el mercado del metano de yacimientos de carbón es prometedor. Por lo tanto, la clave para la extracción a cielo abierto de metano de yacimientos de carbón radica en la producción y la producción final de metano de yacimientos de carbón. Hay dos requisitos previos relacionados con la producción de gas: la permeabilidad de los yacimientos de carbón y las capacidades de exploración geológica; sin embargo, la producción a gran escala está relacionada con el contenido de gas de los yacimientos de carbón. Sobre la base de la recopilación y clasificación de los resultados de investigaciones anteriores, el autor resume y resume el modelo de conocimiento de los factores que afectan la minería a cielo abierto.
1.1 "Condiciones de cortocircuito" para la extracción superficial de metano de yacimientos de carbón
Las denominadas "condiciones de cortocircuito para la extracción superficial de metano de yacimientos de carbón" se refieren a la prioridad condiciones de juicio, es decir, siempre que se cumplan estas condiciones, la conclusión se puede sacar directamente sin considerar otros factores [1]. Teniendo en cuenta el nivel técnico actual, los beneficios económicos, las condiciones geológicas y las condiciones de los recursos del desarrollo de metano de yacimientos de carbón, se considera que no es adecuado para la perforación en superficie y la extracción de metano de yacimientos de carbón bajo ninguna de las siguientes circunstancias:
(1) Condiciones del depósito y tapado. Un cierto espesor de la veta de carbón es la base de las reservas de metano de los yacimientos de carbón.
La veta de carbón es demasiado delgada y la cantidad de metano de las capas de carbón es demasiado pequeña, lo que la hace inadecuada para el desarrollo de metano de las capas de carbón. Dado que la industria del metano de capas de carbón es una industria emergente, no existen regulaciones claras sobre el espesor de las vetas de carbón. El espesor mínimo de las vetas de carbón explotables en mi país es de 0,7 m, por lo que el espesor de las vetas de carbón es > 0,7 m. desarrollo de metano de la veta; una buena capa de sellado puede reducir la filtración y la pérdida de metano de la veta de carbón. Cuando el espesor efectivo de la capa de roca suprayacente es inferior a 200 m, no favorece la preservación del metano del lecho de carbón. de la capa de roca suprayacente se establece en 200 m. Teniendo en cuenta el nivel actual de exploración y desarrollo y el costo de exploración, la profundidad de enterramiento < 300 m o > 1500 m de la veta de carbón se logra mediante la reducción de la presión. y desorción. Si el gradiente de presión es demasiado bajo, con el nivel actual de tecnología de exploración y desarrollo, la tasa de recuperación de metano de las capas de carbón será demasiado baja y los beneficios económicos serán escasos. Según el análisis estadístico, el gradiente de presión (MPa/100 m) toma como límite inferior 0,4.
(2) Condiciones que contienen gas. Un cierto contenido de gas es un requisito previo para garantizar el desarrollo de metano en las capas de carbón. Teniendo en cuenta las condiciones geológicas de mi país, las condiciones de los yacimientos de carbón y los beneficios económicos, si el contenido de gas del carbón de rango medio y alto es inferior a 4 m3/t o el contenido de gas del carbón de bajo rango es inferior a 2 m3/t, la minería a cielo abierto de yacimientos de carbón El metano no será considerado.
1.1.2 Proyecto de conocimiento de producción y perforación superficial de metano en capas de carbón.
El valor comercial del metano de las capas de carbón para la perforación en superficie depende de cuatro factores clave que ayudan a desarrollar este enorme recurso, que son: las capacidades de exploración geológica; la capacidad de los yacimientos de carbón para contener gas; la permeabilidad y la capacidad de desorción de gas;
(1) Capacidades de exploración geológica. Las vetas de carbón enterradas demasiado profundas serán perjudiciales para la exploración y el desarrollo de metano de yacimientos de carbón; las áreas con condiciones estructurales complejas y fallas desarrolladas no son propicias para el desarrollo de metano de yacimientos de carbón; las áreas con actividades hidrodinámicas frecuentes son propicias para la migración y difusión de metano de yacimientos de carbón; , y no son propicios para su preservación. Por lo tanto, la profundidad del enterramiento, las condiciones estructurales y las condiciones hidrogeológicas se consideran factores que influyen en las capacidades de exploración de metano en yacimientos de carbón.
(2) Intensidad de gas de yacimientos de carbón. Las vetas de carbón gruesas y el alto contenido de gas son condiciones necesarias para obtener una resistencia a un alto contenido de gas [2]. Entre los dos parámetros que determinan la intensidad del gas, el espesor de la veta de carbón es el más importante, porque el espesor de la veta de carbón no sólo controla la intensidad del gas sino también el flujo de gas.
(3) Permeabilidad del yacimiento de carbón. La permeabilidad del yacimiento de carbón es un reflejo de la conductividad del gas en la veta de carbón. Los yacimientos de carbón son medios de doble porosidad y el desarrollo de tacos afecta directamente su permeabilidad. Durante el proceso de desarrollo de la historia geológica, las vetas de carbón fueron sometidas a diversos grados de tensión tectónica, lo que provocó que los cuerpos de carbón se rompieran. Por lo tanto, la estructura del carbón está estrechamente relacionada con la permeabilidad de las vetas de carbón; generalmente se cree que el carbón estructural primario y el carbón de fisura son tipos de estructura de carbón ideales para el desarrollo de metano en lechos de carbón, mientras que el carbón de fisura pierde fisuras endógenas, empeorando la permeabilidad. lo que no favorece el desarrollo de las vetas de carbón. El rango del carbón tiene cierta influencia en el desarrollo de grietas endógenas en el carbón. Las grietas endógenas generalmente aparecen en la etapa de carbón de llama larga, aumentan gradualmente a medida que aumenta el rango del carbón, hasta que están más desarrolladas en el carbón coquizable, y luego se cierran gradualmente hasta que son más bajas en la etapa de antracita.
(4) Capacidad de desorción de gases. El desarrollo de metano en capas de carbón se logra mediante despresurización y desorción, por lo que el tiempo de adsorción, la relación de presión de almacenamiento temporal y la saturación del gas afectarán la capacidad de desorción del gas.
Con base en el análisis anterior, se obtiene un modelo de conocimiento de los factores que afectan la perforación superficial de metano en lechos de carbón, como se muestra en la Figura 1.
Figura 1 Modelo de conocimiento de los factores que influyen en la producción de perforación superficial de metano en capas de carbón
1.2 Análisis de los factores que influyen en el drenaje subterráneo de metano en capas de carbón
Los proyectos subterráneos de drenaje de metano en capas de carbón requieren grandes inversiones Por lo tanto, es particularmente importante evaluar la viabilidad de la extracción subterránea de metano en capas de carbón. Al extraer metano de yacimientos de carbón bajo tierra, el estudio de las características del cuerpo de carbón, la presencia de gas y las características del gas son indicadores clave que determinan si el metano de yacimientos de carbón se puede extraer bajo tierra.
(1) Índice de expresión característica del cuerpo de carbón. El grado de destrucción del cuerpo de carbón afectará directamente el desarrollo de metano del lecho de carbón; el coeficiente de solidez del carbón afectará la salida de gas, es decir, la tecnología de estimulación de la producción de fractura, que es un índice de reflejo importante de las características del carbón.
(2) Indicador de aparición de gases. La profundidad del entierro afectará la presión, afectando así la desorción del gas; el coeficiente de variación del espesor del carbón refleja los cambios en el espesor de la veta de carbón en el área, infiriendo así el grado de enriquecimiento del metano de la veta de carbón en el área; las condiciones estructurales y las condiciones hidrogeológicas hacen que el gas en la veta de carbón se acumule o escape; la permeabilidad refleja la facilidad de drenaje del gas de las vetas de carbón; estos son signos de aparición de gas;
(3) Índice de expresión característica del gas.
La presión del gas, la velocidad inicial del chorro de gas, la permeabilidad del gas y la cantidad de recursos de gas del pozo de 100 m pueden reflejar la cantidad y duración del gas [3] y pueden usarse como indicadores para caracterizar las características del gas.
En resumen, el modelo de conocimiento de los factores que afectan el drenaje subterráneo de metano en capas de carbón se puede obtener como se muestra en la Figura 2.
2. Sistema de evaluación integral difusa de la minería de metano en capas de carbón
El método de evaluación integral difusa de la minería de metano en capas de carbón aplica el principio de transformación difusa y el principio de membresía máxima, teniendo en cuenta los factores que influyen en las capas de carbón. minería de metano y evaluación integral de sus riesgos mineros [4 ~ 6]. Sobre la base del análisis del impacto de la perforación superficial y el drenaje subterráneo del metano de las capas de carbón, debido a limitaciones de espacio, tomamos el drenaje superficial como ejemplo para discutir la evaluación integral y difusa de los riesgos de la minería de metano de las capas de carbón.
Figura 2 Modelo de conocimiento de los factores que influyen en la extracción subterránea de metano de yacimientos de carbón
Un conjunto de factores que influyen en la adopción de perforación y producción en superficie se pueden resumir de la siguiente manera:
U = {Capacidad de exploración de la Tierra, fuerza del gas, permeabilidad y capacidad de desorción} = {U1, u2, u3, u4}
Para que los resultados de la evaluación sean más razonables, los riesgos de perforación en superficie se dividen en cinco Es decir, el conjunto de evaluación es:
V = {bueno, bueno, promedio, pobre, pobre} = {v1, v2, v3, v4, v5}
de China. Progreso de la tecnología de exploración y desarrollo y utilización de metano de capas de carbón: Actas del Simposio Académico de Metano de Capas de Carbón de 2006.
Cualquier indicador que afecte la concentración de factores de riesgo de perforación y producción constituye un conjunto difuso, y su función de membresía está en el rango de [0, 1]. Según el grado de afiliación, se divide en cinco niveles:
Supongamos que la evaluación de un solo factor del I-ésimo factor es Ri = (ri1,..., rim), que es un subconjunto difuso de u. Para una región, los indicadores de perforación y producción de metano en capas de carbón en diferentes áreas son diferentes, se establecen * * * en diferentes áreas y se miden n veces. De acuerdo con principios estadísticos, determine el número m de grados de pertenencia de un indicador en μA(u) y luego determine rik=m/n. Sobre esta base, se estableció una matriz de evaluación integral de un solo factor para la perforación y producción en superficie, a saber:
Progreso tecnológico en la exploración, el desarrollo y la utilización de metano de capas de carbón de China: Actas del Simposio académico sobre metano de capas de carbón de 2006.
Determinación del peso: en la toma de decisiones integral, el peso de los factores indicadores ocupa una posición muy importante. Refleja el papel de cada factor indicador en el proceso de toma de decisiones integral y afecta directamente los resultados de. toma de decisiones integral. Este artículo establece la distribución del peso entre varios factores basándose en métodos de puntuación de expertos y principios estadísticos. Escriba la matriz de coeficientes de peso como: M=(m1, m2, m3, M4);
Luego, se aplica la operación compuesta de la matriz difusa para obtener la matriz difusa de evaluación integral de la perforación y producción en superficie:
Progreso tecnológico en la exploración, desarrollo y utilización de metano de capas de carbón en China: metano de capas de carbón en 2006 Actas de un simposio académico.
B normalizado, b' = (b1/b, b2/b, b3/b, b4/b)
El comentario es vago, por conveniencia queremos cuantificar. Este artículo adopta un sistema de cien puntos y las calificaciones de evaluación cuantitativa se muestran en la Tabla 1.
Tabla 1 Tabla estándar de grados de perforación y producción en superficie CBM
Los valores obtenidos por el producto de la matriz entre b' y los valores cuantificados se comparan con la tabla estándar de grados para obtener un resultado de evaluación integral de múltiples niveles.
3 Estudio de caso
La mina de carbón Haizi está ubicada en el condado de Suixi, ciudad de Huaibei, provincia de Anhui, y pertenece al área minera Linhaitong de Huaibei Coalfield. Los estratos carboníferos son pérmicos y hay seis vetas de carbón explotables de arriba a abajo, numeradas 3, 4, 7, 8, 9 y 10. El espesor total recuperable es de 10,23 metros, lo que representa el 71,6 del espesor total de carbón. Tomando como ejemplo la veta de carbón 7#, se presenta brevemente el proceso de evaluación difusa de la perforación superficial y el drenaje subterráneo de metano de capas de carbón en la veta de carbón explotable en la mina Haizi.
Con base en las puntuaciones de los expertos en el índice de evaluación de primer nivel y el índice de evaluación de segundo nivel de los factores que influyen en la extracción de metano de yacimientos de carbón, estas puntuaciones se cuantifican según el método del promedio ponderado, es decir , se obtienen el subconjunto de cada factor y el valor de cada factor, estableciendo así un sistema de índice de evaluación integral difuso para la perforación en superficie y la extracción subterránea de CBM en la mina de carbón Haizi, como se muestra en la Tabla 2 y la Tabla 3.
Tabla 2 Sistema de índice de evaluación integral difuso para perforación superficial de metano en yacimientos de carbón
Tabla 3 Sistema de evaluación integral difuso para drenaje de gas subterráneo
Según diferentes puntos en Haizi Mío Los valores medidos reales de los indicadores de evaluación se ponderan y promedian para obtener el valor promedio de cada indicador de evaluación, y se construye una matriz de evaluación de un solo nivel en función del grado de membresía. Ver Tabla 4.
Tabla 4 Promedio ponderado de varios indicadores de evaluación de los riesgos de extracción de metano en yacimientos de carbón en la mina de carbón Haizi
Con base en los datos anteriores, utilizando el método de evaluación integral difusa, la evaluación final del primer -Indicadores de nivel para perforación superficial de metano en yacimientos de carbón. Las puntuaciones son: 76,2, 29,25, 66,9, 60. Se puede observar que la intensidad de gas en esta zona minera no es alta, pero favorece la desorción y exploración del metano de las capas de carbón.
La puntuación de la evaluación integral es: 56,34. Los resultados de la evaluación integral muestran que la mina no es adecuada para la perforación superficial de metano de yacimientos de carbón en la veta de carbón 7#.
Las puntuaciones finales de los indicadores de drenaje de gas de primer nivel son: 13,75, 72,75, 78,9. Se puede ver que las características de la masa de carbón en esta zona minera son extremadamente pobres, pero el metano de la veta de carbón existe bien, lo que favorece la emisión y difusión de gas de la veta de carbón. Es una veta de carbón peligrosa con carbón y gas. arrebatos. La puntuación del resultado de la evaluación integral es: 68,83. Los resultados de la evaluación integral muestran que la mina es adecuada para el drenaje subterráneo de metano en capas de carbón de la veta de carbón 7#.
4 Conclusión
El uso del método de evaluación integral difusa de múltiples niveles para evaluar las condiciones geológicas de la extracción de metano de capas de carbón puede combinar el análisis cualitativo con la evaluación cuantitativa para reflejar razonablemente la superficie de metano de las capas de carbón en un región La idoneidad de la perforación y el drenaje subterráneo facilita que cada mina tome las medidas correspondientes de extracción de metano en yacimientos de carbón basadas en los resultados de la evaluación y reduzca los riesgos de inversión en metano en yacimientos de carbón. El método es simple, factible y práctico.
Referencia
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