河南煤化集團(tuán)煤層氣 (煤礦瓦斯)開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀與展望

馬 耕

(河南煤業(yè)化工集團(tuán)有限責(zé)任公司,河南 450000)

河南煤化集團(tuán)煤層氣 (煤礦瓦斯)開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀與展望

馬 耕

(河南煤業(yè)化工集團(tuán)有限責(zé)任公司,河南 450000)

河南煤業(yè)化工集團(tuán)所屬煤礦煤層氣資源豐富,煤層含氣量高、含氣飽和度高、資源豐度大,開(kāi)發(fā)潛力巨大。所屬高瓦斯礦區(qū)煤層具有低透氣性、可壓密性和易流變性的“三性”特征。2009年集團(tuán)公司預(yù)計(jì)全年煤層氣抽采量可突破1.2億m3。今后必須積極開(kāi)展區(qū)域性瓦斯治理工作,大幅度提高瓦斯抽采量,才能從根本上消除瓦斯威脅,保證礦井安全生產(chǎn)。

煤層氣 井下抽采 地面開(kāi)發(fā) 利用

1 河南煤業(yè)化工集團(tuán)概況

河南煤業(yè)化工集團(tuán)有限責(zé)任公司是經(jīng)河南省委、省政府批準(zhǔn),于2008年12月5日在永煤集團(tuán)、鶴煤集團(tuán)、焦煤集團(tuán)、中原大化、省煤氣集團(tuán)的基礎(chǔ)上重組的國(guó)有獨(dú)資公司。2009年中國(guó)企業(yè)500強(qiáng)排名第68位。預(yù)計(jì)2009年全年?duì)I業(yè)收入將突破1000億元,利稅突破100億元,煤炭產(chǎn)量突破5000萬(wàn)噸。礦井分布于河南、貴州、新疆、內(nèi)蒙四個(gè)省區(qū)十幾個(gè)礦區(qū),60%的礦井為高瓦斯或煤與瓦斯突出礦井,其中焦作礦區(qū)為全國(guó)煤與瓦斯突出最嚴(yán)重的礦區(qū)之一。

河南煤業(yè)化工集團(tuán)所屬煤礦煤層氣資源豐富,煤層含氣量高、含氣飽和度高、資源豐度大,開(kāi)發(fā)潛力巨大。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì) (河南省內(nèi)),煤層氣資源總量約4824億m3。平均資源豐度為2.39億m3/ km2,煤層氣項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)機(jī)會(huì)很多。集團(tuán)所屬高瓦斯礦區(qū)煤層具有低透氣性、可壓密性和易流變性的“三性”特征,地面鉆井采氣困難極大。生產(chǎn)礦井的瓦斯抽采具有很大的優(yōu)勢(shì),井下卸壓鉆孔抽采瓦斯流量大,采氣容易。但是煤礦井下卸壓瓦斯抽采受采掘作業(yè)影響大,抽采時(shí)間不長(zhǎng),制約了井下瓦斯抽采效果的提高。

2 煤層氣 (煤礦瓦斯)抽采情況

近幾年來(lái),各煤礦企業(yè)依靠科技進(jìn)步,開(kāi)展了全面的綜合治理瓦斯工作,大力開(kāi)展瓦斯抽采,消除突出威脅和瓦斯超限現(xiàn)象,在抽采的同時(shí),采取多種措施,提高抽采濃度進(jìn)行瓦斯利用,形成了以利用促抽采,以抽采保安全的良性循環(huán),取得了顯著的成效,

目前,集團(tuán)公司高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井全部實(shí)現(xiàn)了瓦斯抽采。共建有瓦斯抽放系統(tǒng)66套,安裝瓦斯抽放泵132臺(tái),抽采能力達(dá)到1億m3/a。形成了以地面鉆井抽采、本煤層平行鉆孔抽采、斜交鉆孔抽采、網(wǎng)格式鉆孔抽采、淺孔卸壓鉆孔抽采、高位鉆孔抽采、采空區(qū)埋管抽采、掘進(jìn)頭正前預(yù)抽、巷幫邊掘邊抽、巖巷穿層抽采、高低負(fù)壓分源抽采為一體的礦井立體交叉綜合抽采體系。2009年集團(tuán)公司計(jì)劃抽采瓦斯11212.3萬(wàn)m3,預(yù)計(jì)全年抽采量可突破1.2億m3。

2.1 采取主要抽放措施

2.1.1 地面鉆孔抽采

焦煤公司曾在上世紀(jì)80年代初、1995年前后,就先后在中馬村礦、古漢山礦進(jìn)行過(guò)地面鉆井抽采瓦斯的研究試驗(yàn)。2006年與省煤層氣公司合作,再次進(jìn)行地面鉆井抽采試驗(yàn)。截止目前,已完成地面抽采井34口,全部進(jìn)行了水砂壓裂,有2/3的鉆井進(jìn)行了抽采,單井最大產(chǎn)氣量為 1400m3/d,一般為300～600m3/d。在地面抽采井壓裂影響范圍內(nèi),井下鉆孔抽采濃度達(dá)80%左右,抽采量顯著增加。地面鉆井抽采試驗(yàn)的成功,使礦井區(qū)域瓦斯治理工作發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變。

2.1.2 改造抽采系統(tǒng),提高抽采能力

近幾年來(lái),各煤業(yè)公司通過(guò)可行性研究,對(duì)原有的井下瓦斯抽采系統(tǒng)均進(jìn)行了全面技術(shù)改造,實(shí)現(xiàn)了大抽采泵、大抽采管、大鉆機(jī)、大鉆孔“四大”抽采目標(biāo)。目前,集團(tuán)公司抽采能力達(dá)到1億m3/a以上,噸煤抽采瓦斯量8m3/t,抽采效果的大幅度提高,有效的杜絕了礦區(qū)瓦斯事故的發(fā)生,為回采工藝的改革奠定了基礎(chǔ)。

2.1.3 積極推廣應(yīng)用千米鉆機(jī)

為了進(jìn)一步提高瓦斯抽采裝備水平,拓寬瓦斯區(qū)域治理的途徑,焦煤公司、鶴煤公司先后采購(gòu)了澳大利亞千米定向鉆機(jī),其中焦煤公司正在中馬村礦加緊煤、巖分支長(zhǎng)鉆孔試驗(yàn)。目前煤孔施工最深達(dá)279m,已初見(jiàn)成效。

2.1.4 推廣應(yīng)用巖石抽放巷,落實(shí)區(qū)域瓦斯治理措施

近年以來(lái),焦煤、鶴煤公司結(jié)合各礦瓦斯賦存和地質(zhì)特點(diǎn),分步推進(jìn),分類(lèi)指導(dǎo),一礦一策,全面開(kāi)展了區(qū)域瓦斯治理工作。重點(diǎn)是推廣應(yīng)用巖石抽放巷。焦煤九里山礦從2007年開(kāi)始在15采區(qū)、24采區(qū)開(kāi)展頂 (底)板超前巖巷穿層預(yù)抽掩護(hù)掘進(jìn),通過(guò)穿層抽采技術(shù)的應(yīng)用,有效的消除了抽采條帶內(nèi)的瓦斯突出危險(xiǎn),掩護(hù)了嚴(yán)重突出區(qū)內(nèi)煤層巷道的安全掘進(jìn);古漢山礦16采區(qū)頂板超前巖巷穿層預(yù)抽掩護(hù)掘進(jìn);演馬莊礦充分利用準(zhǔn)備工作面的上下風(fēng)道,采用強(qiáng)力鉆機(jī),施工相鄰工作面傾斜長(zhǎng)鉆孔,實(shí)現(xiàn)區(qū)域預(yù)抽等等。

2.1.5 推廣應(yīng)用綜合抽放技術(shù),實(shí)施分源抽放

目前,集團(tuán)公司多數(shù)礦井實(shí)現(xiàn)了地面抽放泵站帶抽本煤層鉆孔、穿層鉆孔、邊掘邊抽鉆孔,高負(fù)壓抽出高濃度瓦斯并加以利用;井下抽放泵站低負(fù)壓大流量帶抽頂板裂隙鉆孔、煤壁淺孔、上隅角埋管抽放,形成了三管三泵分源抽放、分源治理格局。

2.1.6 掘進(jìn)工作面邊掘邊抽

在施工掘進(jìn)工作面巷道兩側(cè)錯(cuò)對(duì)口各開(kāi)一個(gè)鉆場(chǎng),兩側(cè)鉆場(chǎng)深度一般為3～4m,以后巷道每向前掘進(jìn)30～50m,開(kāi)一對(duì)鉆場(chǎng)。每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)沿巷道施工布置4～10個(gè)鉆孔。

2.2 井下抽采方法

2.2.1 回采工作面網(wǎng)格式鉆孔抽采瓦斯

煤層預(yù)抽瓦斯是回采工作面解除突出危險(xiǎn)的主要措施,目前主要是在工作面回采之前,先在機(jī)、風(fēng)巷采用平行鉆孔進(jìn)行本煤層深孔打鉆進(jìn)行抽放。沿工作面向上和向下鉆孔長(zhǎng)度超過(guò)工作面長(zhǎng)度的一半,鉆孔直徑為75mm,鉆孔之間的間距為1～3m。鉆孔的瓦斯抽采量不僅與抽采時(shí)間有關(guān),而且主要取決于煤層的透氣性。網(wǎng)格抽采是通過(guò)合理布置網(wǎng)格抽采鉆孔,優(yōu)化抽采參數(shù),達(dá)到了更好的卸壓抽采效果。

焦煤公司通過(guò)對(duì)網(wǎng)格抽采技術(shù)的研究和推廣應(yīng)用,大大提高了抽采效果,工作面抽采時(shí)間降低了1/3,抽采量提高了2～3倍,使工作面回采期間配風(fēng)量大幅度降低,消除了工作面突出危險(xiǎn)和回采期間瓦斯超限現(xiàn)象。

2.2.2 高位鉆場(chǎng)抽放

工作面上巷設(shè)計(jì)高位鉆場(chǎng),每個(gè)鉆場(chǎng)內(nèi)設(shè)計(jì)施工六個(gè)鉆孔,鉆孔長(zhǎng)度85～200m,鉆場(chǎng)間距65～180m,壓茬20m以上。

2.2.3 回采工作面上隅角抽放

直接在上隅角瓦斯?jié)舛茸罡咛幏笤O(shè)管路接入抽放管道進(jìn)行抽放,并隨著工作面的推移而移動(dòng)。2.2.4 淺孔卸壓抽放

在工作面煤壁每隔1～2m打一個(gè)孔深6～8m的鉆孔,鉆孔孔徑為42mm,鉆孔施工完畢后及時(shí)封孔抽放瓦斯。

3 煤層氣 (煤礦瓦斯)利用情況

焦煤公司煤層氣綜合利用項(xiàng)目主要是民用和煤層氣發(fā)電,現(xiàn)煤層氣民用用戶已達(dá)6.5萬(wàn)戶,煤層氣發(fā)電機(jī)組已安裝18臺(tái),總裝機(jī)容量達(dá)9000KW。2008年瓦斯抽采量3575.25萬(wàn)m3,利用量1623.4萬(wàn)m3,年發(fā)電量2238萬(wàn)kWh。

鶴壁公司十分重視瓦斯的利用工作,2004年在四礦安裝的2臺(tái)500KW高濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組首先成功運(yùn)行,截止目前在三、六、八、九、十礦及中泰公司已安裝16臺(tái)低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)。2008年實(shí)現(xiàn)發(fā)電2892.56萬(wàn)kWh,消耗純瓦斯964.19萬(wàn)m3。在積極開(kāi)展瓦斯發(fā)電項(xiàng)目的同時(shí),鶴煤公司還進(jìn)行了瓦斯發(fā)電余熱利用研究試驗(yàn)。2007年,六礦的5臺(tái)發(fā)電機(jī)組的余熱已得到利用,停止了鍋爐燃煤供熱,節(jié)約了煤炭資源,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

永煤公司瓦斯利用起步較晚,2007年12月鑫龍煤業(yè)龍山礦投資650萬(wàn)元建成兩臺(tái)500GF1-3PW型低濃度煤層氣發(fā)電機(jī)組,裝機(jī)容量為2×500kW。2009年4月,紅嶺礦裝機(jī)容量為4×500kW機(jī)組正式投入運(yùn)行。安陽(yáng)鑫龍煤業(yè)主焦礦和永貴公司五風(fēng)礦瓦斯發(fā)電地面發(fā)電利用系統(tǒng)正在建設(shè)中,預(yù)計(jì)年底前可實(shí)現(xiàn)發(fā)電。永煤公司2008年計(jì)劃煤層氣電利用量100萬(wàn)m3,實(shí)際發(fā)電利用量為151.8萬(wàn)m3。

4 煤層氣 (煤礦瓦斯)開(kāi)發(fā)利用潛力分析

河南煤業(yè)化工集團(tuán)所屬礦井分布范圍廣、地質(zhì)條件復(fù)雜,煤與瓦斯突出嚴(yán)重,隨著礦井開(kāi)采深度的加大,煤層瓦斯含量和瓦斯壓力不斷升高,地應(yīng)力和構(gòu)造應(yīng)力對(duì)煤體的作用更為明顯,煤與瓦斯突出強(qiáng)度不斷加大。因此必須積極開(kāi)展區(qū)域性瓦斯治理工作,大幅度提高瓦斯抽采量,才能從根本上消除瓦斯威脅,保證礦井安全生產(chǎn)。

(1)建立瓦斯抽采示范礦區(qū),強(qiáng)力推進(jìn)瓦斯區(qū)域治理

公司規(guī)劃在焦作礦區(qū)建立示范礦區(qū),結(jié)合焦作礦區(qū)實(shí)際,研究煤炭資源與煤層氣資源開(kāi)采的時(shí)空配置關(guān)系,采煤采氣一體化最佳開(kāi)發(fā)模式;煤與瓦斯共采技術(shù),包括低透氣性煤層采前強(qiáng)化抽采瓦斯技術(shù)、采動(dòng)煤巖移動(dòng)卸壓抽采瓦斯技術(shù),采空區(qū)瓦斯抽采技術(shù)等。

(2)加快虛擬儲(chǔ)層強(qiáng)化工藝抽采瓦斯技術(shù)試驗(yàn)研究

盡管水力壓裂技術(shù)在儲(chǔ)層抽采方面發(fā)展較快,但對(duì)于Ⅲ-Ⅴ類(lèi)煤,特別是呈粉狀、沙狀的滎鞏煤田而言,水力壓裂技術(shù)難以見(jiàn)效。

煤與瓦斯區(qū)域防突措施中常用的、比較有效和經(jīng)濟(jì)的方法之一是開(kāi)采解放層。公司計(jì)劃在鶴煤四礦和焦煤九里山礦進(jìn)行試驗(yàn),取得經(jīng)驗(yàn)后全面推廣。

(3)加強(qiáng)瓦斯綜合利用,以用促抽,以抽保安

繼續(xù)開(kāi)展瓦斯利用技術(shù)研究,特別是加強(qiáng)低濃度瓦斯利用技術(shù)的研發(fā)與新技術(shù)推廣,實(shí)現(xiàn)安全、經(jīng)濟(jì)效益最大化。

[1] 潘偉爾.我國(guó)煤層氣開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略與經(jīng)濟(jì)政策選擇[J].中國(guó)能源.2006,(11):13-17.

[2] 馬曉鐘.煤礦瓦斯綜合利用技術(shù)的探究與實(shí)踐 [J].中國(guó)煤層氣,2007(3).

[3] 孫萬(wàn)祿.我國(guó)煤層氣資源開(kāi)發(fā)前景及對(duì)策 [J].天然氣工業(yè),1999(5).

[4] 中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)煤層氣專(zhuān)業(yè)委員會(huì)等.2008年煤層氣學(xué)術(shù)研討會(huì)論文集 [M].北京:地質(zhì)出版社,2008.

[5] 趙一歸.鄭州礦區(qū)煤層氣資源狀況與利用方向選擇初探 [J].中國(guó)煤層氣,2008(4).

(責(zé)任編輯 劉 馨)

Current Situation and Prospect of CBM/CMM Development and Utilization in Henan Coal&Chemical Group

Ma Geng
(Henan Coal&Chemical Group Co.,Ltd.,Henan 450000)

Coal mines of Henan Coal&Chemical Group are rich in CBM,and the gas content and gas saturation of coal seams are high,with huge resource abundance.Development and utilization of CBM has great potential.The coal seams in gassy coal mining areas are featured with low-penetrability,unconsolidated,easy to flow.The estimated drainage volume may exceed 0.12 million m3in 2009.Regional gas control shall be developed and gas drainage shall be increased so as to fundamentally eliminate gas accidents and ensure the mining safety.

CBM/CMM;underground drainage;surface development;utilization

馬耕,男,多年從事煤礦瓦斯抽放利用與煤炭開(kāi)采工作。