1、2016 年 度 山 西 省 应 用 基 础 研 究 计 划（煤层气联合研究基金）山西省科学技术厅2016 年 11 月编 制 说 明山 西 省 煤 层 气 联 合 研 究 基 金 是 省 科 技 厅 贯 彻 落 实 创 新 驱 动 发 展 战 略 ， 发 挥 自 然 科 学 基 金 的 引 导 作 用 ， 以 强化 企 业 技 术 创 新 主 体 地 位 、 加 快 提 升 我 省 煤 层 气 产 业 核 心 竞 争 力 为 目 标 ， 以 创 新 科 技 资 源 配 置 方 式 、 集 聚 省 内外 科 研 力 量 为 路 径 ， 与 晋 煤 集 团 共 同 出 资 设 立 的 一 种 基
2、 金 资 助 方 式 。 本 联 合 研 究 基 金 是 省 应 用 基 础 研 究 计 划 的 重要 组 成 部 分 。2016 年 度 山 西 省 煤 层 气 联 合 研 究 基 金 项 目 紧 密 结 合 我 省 煤 层 气 产 业 发 展 的 重 大 科 技 需 求 ， 认 真 贯 彻 “围 绕 产业 链 部 署 创 新 链 、 围 绕 创 新 链 配 置 资 金 链 ”的 指 导 思 想 ， 以 煤 层 气 开 发 利 用 中 急 需 解 决 的 关 键 科 学 问 题 和 重 大工 程 技 术 问 题 为 重 点 ， 根 据 年 度 申 报 指 南 要 求 ， 在 各 有 关 单
3、位 推 荐 及 组 织 省 内 外 专 家 进 行 严 格 评 审 的 基 础 上 ，经 认 真 研 究 筛 选 所 确 定 。 项 目 的 实 施 将 对 提 升 我 省 煤 层 气 产 业 技 术 创 新 能 力 和 人 才 队 伍 水 平 ， 加 快 煤 层 气 产 业发 展 起 到 重 要 推 动 作 用 。本 批 计 划 共 安 排 项 目 14 项 ， 资 助 经 费 890 万 元 。 其中省内单位承担 10 项、经费 655 万元，省外单位承担4 项、经费 235 万元。目 录2016012001 煤基质中孔隙/裂隙对煤层气开采的影响与控制机理 .12016012002 煤矿采
4、动/采空区煤层气管道受损规律研究 .12016012003 寺河矿采动卸压区 9 号煤层 L 型井抽采技术研究 .12016012004 基于煤层气合成氨的新型多相催化剂的创制及应用性研究 .22016012005 基于煤层气脱氧用双核杂金属中心新型吸氧剂的构建 .22016012006 构筑高吸附量与选择性的柔性金属有机骨架（MOFs）用于低浓煤层气中 CH4的高效富集 .22016012007 沁水盆地南部煤储层压裂液滤失机理研究 .32016012008 煤中可溶有机微生物生气组分判识 .32016012009 煤地质微生物菌群对褐煤的降解及产气研究 .32016012010 卸压瓦斯抽
5、采的地面 L 型钻井工艺及常规导向参数优化 .42016012011 低浓度煤层气安全输送泄露检测技术研究 .42016012012 采动下煤层瓦斯运移规律及抽采特征研究 .42016012013 松软煤体水力压裂增透机理研究 .52016012014 松软煤层气井压裂机理与数值模拟 .52016 年 山 西 省 煤 层 气 联 合 研 究 基 金 项 目 表单位：万元0编 号 项 目 名 称 类别 简 要 说 明 起止时间 承 担 单 位 主持人 经费2016012001煤基质中孔隙/裂隙对煤层气开采的影响与控制机理应 用 基 础研 究本项目拟从煤基质中孔隙/裂隙的全尺度定量入手，研究不同尺
6、度孔隙对气体吸附和运移的影响与控制。拟采用多种测试手段和分析方法，准确定量分析不同煤中纳米孔隙（特别是微孔）的发育特征；通过氩离子抛光+高分辨电镜图像解析孔隙发育与分布特征，结合等温吸附解吸、扩散与渗透率试验，揭示不同尺度孔隙对气体吸附、扩散（努森扩散、表面扩散）、渗流的影响与控制，最终导致煤储层渗透率偏低的关键孔隙发育尺度，通过控制压裂剂种类、粒度和优化压裂参数，对关键尺度的孔隙进行精准压裂，从而达到提高储层改造效果的目的。2017 2018 河南理工大学 宋党育 502016012002 煤矿采动/采空区煤层气管道受损规律研究 应 用 基 础研 究本项目以敷设在煤矿釆动/采空区的煤层气管道
7、为研究对象，通过理论分析、沉降监测、物理模拟及数值模拟等相结合的研究方法，首先研究煤矿采动/采空区地面沉降规律；进而研发煤矿采动/采空区管道受力受损物模平台,通过物理模拟试验，研究管道受力受损机理，剖析地面沉降位移与管道受力受损之间的关系，深入研究煤矿采动/采空区上方的输气管道受损特征及规律；集成综合分析，研究管道受力受损监测和风险评价技术。2017 2018 山西天然气有 限公司 郭文朋 402016012003寺河矿采动卸压区 9 号煤层 L 型井抽采技术研究应 用 基 础研 究本项目拟采用 FLAC3D 软件模拟研究寺河矿 3 号煤回采后9 号煤裂隙发育规律，进而根据井下瓦斯涌出量，通过
8、气成分测试比对分析等，初步确定 9 号煤瓦斯涌出量，最后通过地面抽采试验，寻找适合卸压区 9 号煤 L 型井地面抽采方式，形成 L型井钻井工艺和瓦斯抽采技术，解决工作面瓦斯涌出大问题。2017 2018山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司李兵 902016 年 山 西 省 煤 层 气 联 合 研 究 基 金 项 目 表单位：万元1编 号 项 目 名 称 类别 简 要 说 明 起止时间 承 担 单 位 主持人 经费2016012004基于煤层气合成氨的新型多相催化剂的创制及应用性研究应 用 基 础研 究本项目针对温和条件下低浓度煤层气一步法合成氨过程中甲烷转化和氮分子的活化能高的关键科学问题，首次
9、提出以金属-有机多孔材料(MOFs)热解得到的多级孔碳(HPC)作为载体，构筑钌-镍双金属纳米团簇多级孔碳多相催化剂。项目系统考察钌-镍双金属纳米团簇在载体的孔道内部的自组装规律，通过对载体材料的筛选及改性，探索多相催化剂的组成、结构与反应的活性和转化率之间的关系，获得高活性和选择性的新型Ru-Ni MNCsMOFs-HPC催化剂，为实现温和条件下低浓度煤层气一步法合成氨奠定基础。2017 2018 太原理工大学 王爽 602016012005基于煤层气脱氧用双核杂金属中心新型吸氧剂的构建应 用 基 础研 究本项目以高比表面吸附剂 Cu3(BTC)2 为基体，二价态金属Cr 作为交换剂，打破
10、MOFs 结构中原始的配位平衡理论，采用蒸汽相法原位固相交换方式逐步提高金属交换量，双金属 Cu-Cr协同构建双核杂金属吸附剂(Cu-Cr) 3(BTC)2 材料，使其兼具稳定性和可逆吸氧特性。研究材料的合成与交换规律，晶体结构，配位类型，O 2 和 H2O 吸脱附，以及稳定性等科学问题，为管输低浓度煤层气脱氧提供优良吸附剂。2017 2018 太原理工大学 杨江峰 602016012006构筑高吸附量与选择性的柔性金属有机骨架（MOFs）用于低浓煤层气中 CH4 的高效富集应 用 基 础研 究高效利用低浓煤层气，CH 4/N2 分离是关键。本项目基于CH4/N2 难分离的关键问题，提出利用柔
11、性金属有机骨架材料（MOFs ）独特的压力响应结构特点，用以构筑高效的 CH4/N2分离吸附剂。针对现有柔性 MOFs 存在高 CH4/N2 选择性，低CH4 吸附量的问题，对柔性 MOFs 进行结构改性。在柔性 MOFs层间引入长链配体，扩张其层空间，提高 CH4 吸附区域，保证柔性特性的同时提高 CH4 吸附量，以期最终实现 CH4/N2 混合物的高效分离。本课题的提出将为 CH4/N2 的高效分离提供理论支撑，为实现低浓煤层气中 CH4 的高效富集奠定基础。2017 2018 太原理工大学 李立博 602016 年 山 西 省 煤 层 气 联 合 研 究 基 金 项 目 表单位：万元2编
12、 号 项 目 名 称 类别 简 要 说 明 起止时间 承 担 单 位 主持人 经费2016012007 沁水盆地南部煤储层压裂液滤失机理研究 应 用 基 础研 究本研究以沁水盆地南部 3 号煤储层为研究对象，利用煤岩压裂液滤失仪测试不同煤体结构煤岩压裂液滤失路径及赋存空间特征，结合损伤力学理论构建研究区不同煤体结构煤岩内部损伤力学模型，基于此实现本区煤储层压裂液滤失体积计算模型的建立。通过煤层气井单井、井组开挖的连续观察，查明煤储层主干裂缝壁面压裂液滤失带宽度、侵入带划分情况，结合煤岩弹性力学理论分析，研究煤层气井排采期间煤储层压裂滤液闭锁伤害机制，最终提出煤储层压裂液滤失伤害的防控措施建议。
13、可为研究区“个性化压裂”目标的实现奠定理论基础。2017 2018内蒙古工业大学 陈立超 552016012008 煤中可溶有机微生物生气组分判识 应 用 基 础研 究为进一步培育高效生气微生物，加快煤的微生物生气商业化进程，亟需开展微生物生气煤中可溶有机物判识研究，此项研究具有重要的科学价值和国家能源安全战略意义。本项目拟通过对微生物生气实验前后煤中可溶有机物的对比分析，判识有利微生物生气的煤中可溶有机物组分；建立适宜微生物生气前后煤中可溶有机物的抽提、分离和检测技术，为微生物分解煤生气提供理论基础和依据，为实现微生物分解煤生气商业化提供前提条件。2017 2018中国石油大学（北京） 张潇
14、 802016012009 煤地质微生物菌群对褐煤的降解及产气研究 应 用 基 础研 究本项目以不同地区褐煤为研究对象，利用实验室发酵罐内已优化的煤层原始菌群作为外源菌，在实验室展开厌氧微生物降解褐煤产气实验，通过红外光谱、气相色谱-质谱、扫描电镜等设备，采用 DGGE 等现代分子生物学手段，研究煤样组份及微观形态的改变、主要功能菌群的变化情况、以及发酵液中小分子酸含量的变化，探索厌氧菌群与褐煤的相互作用，以期了解煤层微生物对褐煤的降解过程及褐煤对厌氧微生物菌群结构的影响。2017 2018山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司王江泽 852016 年 山 西 省 煤 层 气 联 合 研 究 基
15、金 项 目 表单位：万元3编 号 项 目 名 称 类别 简 要 说 明 起止时间 承 担 单 位 主持人 经费2016012010卸压瓦斯抽采的地面 L型钻井工艺及常规导向参数优化应 用 基 础研 究通过有效的优化卸压瓦斯抽采的地面 L 型井钻井参数可提高钻井的工作效率，基本的钻井参数包括：L 井终孔层位优选、井身结构优化、合理确定钻具组合、常规导向系统矫正及优化。以岩石可钻性的钻速模式为基础的钻井参数优选目标函数，进行优化钻井参数的设计，合理优化钻井技术的经济指标，提高L 钻井的轨迹精度、中靶率。通过对卸压瓦斯抽采 L 型钻井参数优化技术工艺的改进，使得矿井抽采效果显著提高,抽采成本大大下降
16、，有效促进了矿井的安全生产。2017 2018山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司白建平 802016012011 低浓度煤层气安全输送泄露检测技术研究 应 用 基 础研 究本研究从泄露源参数动力学特性底层分析出发，分析其作用机理，研究低浓度煤层气泄露引起振动特性以及温度变化特性，并分别建立泄露源数学模型；研究用于泄露引起振动和温度测量的光纤传感方案，研制用于低浓度泄露检测定位的相位敏感 OTDR 与 ROTDR 融合新型光纤传感技术。依托实时采集技术下在线特征识别与数据融合实现低浓度输气泄露险情识别与定位，为低浓度煤层气输送管路安全监测与预警提供一种新的解决方案，本研究也可为其它管路输送检测与
17、预警提供借鉴。2017 2018 太原理工大学 靳宝全 402016012012 采动下煤层瓦斯运移规律及抽采特征研究 应 用 基 础研 究采动下煤层瓦斯运移规律及产出机理研究是矿井瓦斯防治和煤层气勘探开发最为重要的研究内容之一。项目研究中采用理论分析、数值计算、软件模拟、采样测试及现场实测等技术手段，并充分利用公司承担的国家“十一五”、“十二五”重大科技攻关“采煤采气一体化”项目前期研究成果和现有的数十口地面采动井抽采实践经验，对采动下煤岩的裂隙分布特征、煤岩应力应变及渗透性特征、瓦斯产出机理、瓦斯运移规律及采动区瓦斯抽采特征等进行系统分析和研究。2017 2018山西晋城无烟煤矿业集团有限
18、责任公司郝春生 902016 年 山 西 省 煤 层 气 联 合 研 究 基 金 项 目 表单位：万元4编 号 项 目 名 称 类别 简 要 说 明 起止时间 承 担 单 位 主持人 经费2016012013 松软煤体水力压裂增透机理研究 应 用 基 础研 究松软煤体的低渗透性是制约当前瓦斯抽采的瓶颈问题，本项目通过测定晋城矿区松软煤体的力学参数，对其破坏特征进行分析，同时结合水力压裂相似模拟实验，建立考虑煤体弹塑性损伤、流固耦合及裂隙扩展分析的计算模型，并提出相应的数值算法，模拟不同压裂参数时煤体的破坏情况，并将数值模拟结果与实验结果结合，探讨注水量、注水压力、注水时间等压裂参数对松软低透煤
19、层起裂压力、压裂半径、裂纹开度、裂纹数量等的量化影响规律，为现场水力压裂工艺技术参数优化提供指导。2017 2018 太原科技大学 茹忠亮 502016012014 松软煤层气井压裂机理与数值模拟 应 用 基 础研 究水力压裂是提高松软煤层透气性以及煤层气开采效果的一种重要手段，目前针对松软煤层压裂机理的相关研究始终未有较大进展，导致松软煤层压裂施工缺乏指导，压裂效果总体偏差。对压裂机理认识不清的原因，除了受到常规油气储层压裂理论的束缚外，更重要的是缺乏对松软煤层变形特性、破裂规律等基础方面的深入研究。为此，本项目在松软煤岩的大变形及破坏规律等基础方面的深入研究基础上，运用理论分析和数值模拟方法，结合室内实验和现场试验的验证，探讨松软煤层水压致裂以及裂纹扩展机理，形成相应的数模技术，这不仅为提高压裂效果提供了依据，也为压裂施工操作提供了技术指导。2017 2018 北京大学 张东晓 50
