DB21 T 3900-2023 煤矿采空区地面煤层气排采技术规范.pdf

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1、ICS75.020CCSE 10/1921辽宁省地方标准DB21/T 39002023煤矿采空区地面煤层气排采技术规范Technical specification of surface coalbed methane extraction in goaf of coal mine2023-12-30 发布2024-01-30 实施辽宁省市场监督管理局 发 布DB21/T 39002023I目次前言.II1 范围.12 规范性引用文件.13 术语和定义.14 采空井排采工作内容与基本原则.25 采空井设计及钻井要求.26 采空井排采设备.37 排采工艺.48 排采资料.5参考文献.9DB21/

2、T 39002023II前言本文件依据GB/T 1.12020标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则给出的规则起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利，本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由辽宁省自然资源厅提出并归口。本文件起草单位：辽宁工程技术大学、阜新宏地勘新能源有限公司、辽宁地质工程职业学院。本文件主要起草人：杨振华、李胜、兰天伟、陈兆山、范超军、王军、肖斌、付兴、刘小帅、陈军典、普梓昂、贾策、秦广升、杨雷、文海欧、王磊、孙浩、徐令金、蒋晓锋。本文件发布实施后，任何单位和个人如有问题和意见建议，均可以通过来电和来函等方式进行反馈，我们将及时答复并认真处理，根据实际情

3、况依法进行评估及复审。归口管理部门通讯地址:辽宁省自然资源厅，辽宁省沈阳市皇姑区北陵大街29号，联系电话:024-62789185。起草单位通讯地址:辽宁工程技术大学,辽宁省阜新市细河区中华路47号,联系电话:0418-3351111;阜新宏地勘新能源有限公司，辽宁省阜新市海州区韩家店镇西瓦村，联系电话:0418-2268008;辽宁地质工程职业学院，辽宁省丹东市振兴区接梨树大街1号，联系电话:0415-622880。DB21/T 390020231煤矿采空区地面煤层气排采技术规范1范围本文件规定了煤矿采空区地面煤层气排采施工过程中各工序的技术要求。本文件适用于辽宁省区域内煤矿采空区地面煤层气

4、的排采作业工程。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 31537-2015煤层气（煤矿瓦斯）术语GB/T 40546-2021煤层气井排采工程设计规范AQ 1081-2010煤层气地面开釆防火防爆安全规程AQ 1115-2018煤层气地面开发建设项目安全设施设计审査和竣工验收规范DZ/T 0250-2010煤层气钻井作业规范NB/T 10009-2014煤层气井排采技术规范SY/T 5964-2019钻井井控装置组合配套安装

5、调试与维护SY/T 6921-2019煤层气井排采安全技术规范3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。煤层气 coalbed methane赋存于煤层中与煤共伴生、以甲烷为主要成分的天然气体。来源：GB/T 31537-2015，2.1采空井 goaf well为排采煤矿采空区（废弃矿井）煤层气而在地面施工的钻井。井场 well site为满足钻井、排采等在井口附近地面安装生产设备的要求，征用的具有一定面积大小的地面空间。来源：SY/T 6921-2019，3.4DB21/T 3900202324采空井排采工作内容与基本原则排采工作内容根据煤矿采空区煤层气资源赋存条件、地形地貌、采空区密闭性、

6、采空区积水情况、采空区煤柱稳定性、含水层与易坍塌地层情况和采煤方法差异等特点，合理制定排采设备、排采工艺和排采工作制度，开展排水采气作业。排采基本原则有效控制降压速率，合理确定井底流压和套压，实现采空井稳定生产，提高排采效果。5采空井设计及钻井要求采空井排采靶区和井场位置选择5.1.1 选取采空区含气量高、周边遗留煤炭资源多、地表裂缝不发育的区域作为排采靶区。5.1.2 在排采靶区内选取煤层底板标高较高、不易积水、相对地质构造简单的区域作为井场位置。5.1.3 煤层自然发火倾向严重的采空区，不宜开展采空区地面煤层气排采。5.1.4 井场边界应与高压线、民宅、铁路、高速路及其他永久性设施保持一定

7、距离，宜远离学校、医院和大型油库等人口密集、高危性场所。5.1.5 井场雨水排水口宜避开民房、道路和农田等设施。采空井井身结构设计5.2.1 采空井一般采用三开井身结构（见图1）。5.2.2 一开结构的钻进深度应穿过采空区工作面表土覆盖层及风化带岩层至稳定基岩层。5.2.3 二开结构的钻进深度应深入到距煤层最近一层含水层位置。5.2.4 三开结构的钻进深度应深入到采空区煤层顶板以上裂隙带。5.2.5 井身结构质量标准要求全井最大井斜小于3、最大井斜变化率小于1()/50m和全井最大井径扩大率小于25%。钻井要求5.3.1 钻井施工、设备安装应符合DZ/T 0250和SY/T 5964的相关规定

8、。5.3.2 为提高钻井施工效率、避免液体钻井液堵塞采空区顶板裂隙带产气通道，采空井宜采用压缩空气潜孔锤钻井技术。5.3.3 一开结构钻进至稳定基岩层下入表层套管，之后对井壁及套管壁之间的环形空间使用水泥进行封固，直至井口返出纯水泥浆。5.3.4 二开结构钻进到距煤层最近一层含水层下入技术套管，通过灌注水泥封固；5.3.5 三开结构钻进到煤层顶板以上采空区裂隙带，根据现场施工的漏浆(风)情况决定最终止深，下入筛管完井或裸眼完井。DB21/T 390020233图 1 采空区煤层气地面排采示意6采空井排采设备排采设备6.1.1 采空井的地面排采设备（见图2）。6.1.2 采空井采用煤层气专用螺杆

9、或漩涡增压机组进行排采。6.1.3 增压机组前端包括：井口压力表、井口闸阀、单向阀、过滤器、阻火器、连接软管。当井口与增压机组距离大于50m时，宜在阻火器与增压机组之间加装闸阀。6.1.4 增压机组中端包括：甲烷、氧气、温度传感器。对甲烷和氧气浓度、进排气温度进行检测、报警和保护控制。6.1.5 增压机组后端包括：连接软管、放空阀、流量计、球阀、集输站。图 2 煤矿采空区煤层气地面排采的主要设备排采设备安全要求6.2.1 井口排采管路与增压机组之间宜装设防回流、防火和防爆炸作用的安全装置。DB21/T 3900202346.2.2 维护排采管道时，宜提前对管道注氮气，完全置换管道中的气体，采取

10、防火、防爆、防窒息、防中毒等安全措施。6.2.3 经检测存在一氧化碳的采空井，宜安装一氧化碳浓度传感器。6.2.4 增压机组宜安装应急放空管，并高于机组顶部。6.2.5 所有电气设备均可靠接地，接地引下线宜接地良好，接地电阻值10。6.2.6 排采设备防火、防爆应符合AQ 1081和AQ 1115的相关规定。7排采工艺排采工艺程序采空井地面煤层气排采工艺程序一般包括：前期准备、游离煤层气排采、采空区排水、稳定生产和产量衰减等阶段。前期准备排采前对排采相关设备设施、仪表、管线等进行准备检查，包括增加机组、井口装置、地面管线、阀门、分离器、气体及液体的计量仪表、计量箱等。游离煤层气排采使用螺杆/漩

11、涡增压机组排采设备传播压力降至采空区裂隙空间,游离煤层气运移至排采设备内，从而进一步降低井底流压，促进采空区残煤吸附气的解吸,最终使采空区残煤解吸速度与排采设备能力平衡。采空区排水采空区积水会极大降低遗留煤炭甲烷解吸量，进而严重降低地面采空区井的煤层气排采量，宜将油管下入排采泵组合，安装地面抽水设备进行排水（见图3）。图 3 煤矿采空区煤层气井排水采气示意稳定生产DB21/T 390020235通过固定抽采设备运行频率,保证井口压力稳定,合理控制生产压差,达到稳定产气的目的。产量衰减随着大量煤层气的解吸与产出，采空区残煤吸附气解吸量逐渐低于排采设备排采量,井口压力降低明显时应提高排采设备运行频

12、率,否则应停止排采或更换更小功率增压机组。8排采资料生产数据日报表记录采空井排采过程中的基础参数，包括套压、井底流压、动液面、日产气量、日产水量等，记录格式见附录A表A.1。水质分析数据表根据排采动态分析需求，开展采出水化验分析，形成水质分析数据表，记录格式见附录A表A.2。气体组分数据表根据排采动态分析需求，开展采出气化验分析，形成气体组分数据表，记录格式见附录A表A.3。DB21/T 390020236附录A（资料性）生产报表格式表 A.1-A.3 给出了生产数据日报表式样。表 A.1 生产数据日报表式样生产层位：生产井段：日期工作制度液柱（m）日产量（m）压力（MPa）累计产量（m）备注

13、频率冲次/（次/min）液柱高度液柱日降幅设计降幅气水井底流压流压日降幅设计降幅套压气水DB21/T 390020237表 A.2 水质分析数据表式样PH 值：气味：颜色：透明度：悬浮物：沉淀物：项目含量方法项目含量方法K+Na+Cl-Ca2+SO42-Mg2+CO32-Fe3+HCO3-Fe2+NO3-Al3+NO2-NH4+OH-阳离子总值阴离子总值总硬度总矿化度备注DB21/T 390020238表 A.3 气体组分数据表式样样品编号原始气体各组分含量（%）总和去除氧气后各组分含量归一化（%）总和N2O2CO2CH4C2H6C3+N2CO2CH4C2H6C3+DB21/T 390020239参考文献1 国家安全生产监督管理总局.煤层气地面开采安全规程（试行）.2012 年 2 月 22 日.2 孟召平,刘世民著.煤矿区煤层气开发地质与工程M.北京：科学出版社,2018.3 DB14/T 2049-2020煤矿采空区（废弃矿井）煤层气地面抽采安全规范.