煤炭采空区下伏煤层气资源潜力及抽采效果——以山西省晋城西部矿区为例

煤炭采空区以往煤层气抽采主要针对采空区上覆煤层,下伏丰富煤层气资源长期未能得到有效开发,同时也给下伏煤层的煤炭开采造成了安全隐患.为了进一步提高煤炭采空区煤层气的利用效率,利用"上三带"理论、底板破坏带深度计算公式、稳压区开采计算模型及FLAC3D软件模拟等方法,确定了晋城西部矿区(以下简称晋城西区)3号煤层采空区下伏地层卸压范围,研究了下伏煤层气赋存状态并建立了资源量估算方法,分析了过采空区煤层气抽采效果和经济效益.研究结果表明:①晋城西区采空区卸压范围可达山西组3号煤层底板以下143 m,覆盖太原组9号煤层和15号煤层;②下伏煤层气游离态和吸附态并存,其中游离气资源量占比普遍大于50％;③根据见气时间长短将过采空区煤层气井产气潜力分成3类,分别占跟踪研究井总数的60％、28％和12％,平均套压分别为0.43 MPa、0.32 MPa和0.29 MPa,单井日均产气量依次为2 570 m3、3 324 m3和1 496 m3,最高日抽采量分别达到11 040 m3、9 643 m3和4 800 m3;④与研究区常规煤层气井相比,前两类井产气效果显著较好,第3类井大致相当;⑤过采空区单井投资回收期比常规煤层气井缩短1.5年,经济效益显著.结论认为,晋城西区3号采空区对下伏9号煤层和15号煤层起到了良好的卸压作用,提高了过采空区煤层气井抽采效率,推广应用前景可观.