煤與瓦斯協(xié)調(diào)開采技術(shù)研究

文/賴立學

煤與瓦斯協(xié)調(diào)開采技術(shù)研究

文/賴立學

我國是煤層瓦斯資源儲量巨大的國家之一。據(jù)2006年國土資源部油氣中心對全國煤層氣資源評價結(jié)果，我國煤層氣資源量居世界第三位，資源量36.81萬億m3，可采資源量10.86萬億m3，主要分布在華北和西北地區(qū)。其中，華北地區(qū)、西北地區(qū)、南方地區(qū)和東北地區(qū)賦存的煤層氣地質(zhì)資源量分別占全國煤層氣地質(zhì)資源總量的56.3%、28.1%、14.3%、1.3%。

一、資源開發(fā)情況

1．地面開發(fā)

煤層氣地面開發(fā)始于上個世紀70年代末，上世紀90年代，煤層氣開發(fā)出現(xiàn)熱潮，在不同地區(qū)開展了煤層氣開發(fā)試驗。經(jīng)過十余年發(fā)展，取得了重大突破?！笆濉逼陂g，煤層氣產(chǎn)業(yè)化發(fā)展初露曙光。煤層氣勘探登記區(qū)塊64個，總面積81810.3km2，分布在12個省區(qū)。主要項目有：山西沁水棗園井組煤層氣開發(fā)試驗項目，生產(chǎn)試驗井15口；遼寧阜新劉家井組煤層氣開發(fā)項目，鉆井8口，單井日均產(chǎn)氣3000m3以上；山西晉城潘莊煤層氣地面開發(fā)項目，施工了175口煤層氣井，日產(chǎn)氣約10萬m3；山西沁南潘河先導性試驗工程，計劃施工900口煤層氣井，到2005年底完成鉆井100口，日產(chǎn)氣約8萬m3。

2．井下抽采

煤礦井下瓦斯抽采始于上個世紀50年代初。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，煤礦井下瓦斯抽采，已由最初為保障煤礦安全生產(chǎn)到安全能源環(huán)保綜合開發(fā)型抽采；抽采技術(shù)由早期的對高透氣性煤層進行本煤層抽采和采空區(qū)抽采單一技術(shù)，逐漸發(fā)展到針對各類條件適合于不同開采方法的瓦斯綜合抽采技術(shù)。

3．煤層氣產(chǎn)業(yè)化發(fā)展存在的主要問題

（1）缺乏有力的扶持政策。由于地面開發(fā)煤層氣初期投入高、產(chǎn)出周期長、投資回收慢，煤層氣開發(fā)企業(yè)在產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期積極性不高；礦井平均瓦斯利用率僅在30%左右。

（2）基礎(chǔ)理論研究和技術(shù)創(chuàng)新不夠。瓦斯治理和利用難度大，從理論和技術(shù)方面都存在許多關(guān)鍵性難題，特別是社會公益性研究被大大削弱，瓦斯治理和利用等方面的技術(shù)研究和創(chuàng)新進展緩慢。

（3）煤礦瓦斯抽采難度增大。我國高瓦斯礦井多，煤層瓦斯含量高、壓力大、透氣性差、抽采難度大。

（4）煤層氣和煤炭礦業(yè)權(quán)重疊。煤層氣和煤炭是同一儲層的共生礦產(chǎn)資源。目前，由于部門之間、企業(yè)之間不協(xié)調(diào)，造成煤層氣開采權(quán)和煤炭開采權(quán)設(shè)置重疊，影響了煤炭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

（5）煤層氣利用受限制。開發(fā)與市場脫節(jié)，缺乏低濃度瓦斯的安全輸送和利用技術(shù)；瓦斯發(fā)電上網(wǎng)難、入網(wǎng)價格低，發(fā)電企業(yè)無利可圖，限制了礦井瓦斯抽采利用。

（6）煤礦瓦斯直接排空對環(huán)境影響較大。煤層氣的溫室效應約為二氧化碳的21倍。據(jù)測算，我國煤炭開采、加工、運輸過程中每年釋放瓦斯約150億m3，對環(huán)境影響較大。

二、我國煤層氣賦存的特征

1．煤層瓦斯的滲透率低

我國煤層的滲透率通常較小。撫順煤田的滲透率相對較高，但也只有0.5～3.8md，水城、豐城、鶴崗、開灤、柳林等礦區(qū)高滲透煤層滲透率只有0.1～1.8md，其他地區(qū)絕大多數(shù)實測的滲透率值都在0.001md以下，比美國的San Juan盆地和Black Warrior盆地低3～4個數(shù)量級。

2．煤層瓦斯壓力較低

煤層瓦斯壓力是指在煤礦開采條件下，在礦井中測得的煤層孔隙中的氣體(瓦斯)壓力。我國煤層瓦斯壓力梯度大小變化幅度很大，最低值為1.2kPa/m(撫順)，最大值為13.4kPa/m(天府)，但大部分屬于低壓瓦斯。

3．煤層吸附瓦斯能力高

煤層吸附瓦斯能力高直接導致瓦斯的抽采效果差、抽采率低、抽采成本高。煤對瓦斯的吸附能力受多種因素的影響，主要影響因素有壓力、溫度、礦物質(zhì)含量、水分含量、煤階、巖性、氣體組分等。

4．區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造對瓦斯分布區(qū)域的控制

在這樣的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造下，煤層處于封閉型地質(zhì)構(gòu)造的控制，透氣性較差，不利于瓦斯排放，容易造成瓦斯積聚，形成高壓瓦斯集中區(qū)。

三、煤與瓦斯協(xié)調(diào)開采技術(shù)

1．煤層氣開發(fā)的技術(shù)途徑

瓦斯抽采分為地面鉆井抽采和井下抽采兩大類。按煤層氣開采方法、卸壓瓦斯的來源及卸壓瓦斯抽采方法的不同，構(gòu)建了“煤與煤層氣共采”技術(shù)體系圖，如圖所示。

2．井下瓦斯抽采技術(shù)

根據(jù)我國煤層氣低滲透率的特點，利用煤層開采引起巖層的移動破壞，增大煤層滲透性，在采煤的同時高效抽采卸壓瓦斯，是我國煤層氣開采的主要途徑。選擇礦井瓦斯抽采方法應依據(jù)礦井煤層賦存條件、瓦斯基本參數(shù)、瓦斯來源、開采順序、巷道布置、瓦斯抽采的目的及利用要求等因素確定，并遵循以下原則：

(1)盡可能利用開采巷道抽采瓦斯，盡量采用綜合瓦斯抽采方法；必要時可設(shè)專用瓦斯抽采巷道；

(2)若圍巖瓦斯涌出量大，以及溶洞、裂隙帶儲存有高壓瓦斯時，應采取圍巖瓦斯抽采措施；

(3)煤層埋藏較淺(一般600m以內(nèi))、瓦斯含量較高、地面施工鉆孔條件較好的厚煤層或煤層群，應采用地面鉆孔抽采瓦斯的方法。

四、結(jié)語

由于我國煤層氣儲存條件的特殊性，建議成立國家煤層氣工程技術(shù)研究中心，集中人力物力，優(yōu)先安排煤層氣基礎(chǔ)研究、重點攻關(guān)、國家自然科學基金等科技項目，集中加大煤層氣的科技投入，以煤層氣科技的突破帶動煤層氣生產(chǎn)上的突破，應把煤層氣作為一個系統(tǒng)工程來建設(shè)，作為一個產(chǎn)業(yè)來發(fā)展。

我國擁有豐富的煤層氣資源，可以作為天然氣的重要補充，緩解我國燃氣供應不足的局面。民用和發(fā)電為煤層氣的優(yōu)先利用方案，不僅有廣闊的市場前景，而且具有較強市場競爭力，還能獲得較好的經(jīng)濟效益。

（作者單位：遼源職業(yè)技術(shù)學院資源工程系）

（責任編輯：李元）