滇東煤礦區(qū)煤層氣抽采利用問題探討

劉紅林 ，王顯飛

(云南煤層氣資源勘查開發(fā)有限公司，云南 曲靖 655000)

1 滇東煤層氣資源潛力

云南省境內(nèi)煤炭資源較豐富，煤類齊全，其中以二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M(P3L)或宣威組(P3x)最為發(fā)育，煤系地層總厚233.15m～488.39m，平均厚262.78m，共含煤32層～53層，一般40層，其中含可采煤層5層～14層。以粉砂巖、細(xì)砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖夾煤層或炭質(zhì)泥巖組成。上覆地層為下三疊統(tǒng)卡以頭組(T1k)、飛仙關(guān)組(T1f)、永寧鎮(zhèn)組(T1y)和中統(tǒng)個(gè)舊組(T2g)，下伏地層為上二疊統(tǒng)峨眉山玄武巖組(P3β)、中統(tǒng)茅口組(P2m)。云南省煤炭資源主要集中在曲靖地區(qū)，圖1。恩洪、老廠雨汪區(qū)塊位于小江斷裂以東、彌勒斷裂以北，區(qū)塊內(nèi)構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單。

圖1 云南省境內(nèi)煤炭資源分布圖Fig 1.Distribution Map of Coal Resources in Yunnan

據(jù)統(tǒng)計(jì)，云南省煤層氣推測(cè)可采資源量3002.37億m3，占總資源量56.10%；遠(yuǎn)景資源量2349.60億m3，占總資源量的43.90%。其中恩洪礦區(qū)地質(zhì)資源量442.05億m3，占總資源量的8.26%。老廠礦區(qū)地質(zhì)資源量2318.09億m3，占總資源量的43.31%。圖2。

圖2 云南省分礦區(qū)統(tǒng)計(jì)資源量圖Fig 2.Statistics of Orefield Resources in Yunnan

滇東、滇東北煤層氣區(qū)塊主要由中聯(lián)煤層氣公司登記，另有滇東能源公司登記雨汪區(qū)塊，截止目前區(qū)塊均未正式抽采利用，中聯(lián)煤層氣公司對(duì)區(qū)塊做了部分勘查與規(guī)劃，因施工工藝、壓裂、增產(chǎn)等相關(guān)技術(shù)使之產(chǎn)氣量沒有達(dá)到理想，勘查工作放緩。

2 煤層氣用途及抽采利用現(xiàn)狀

煤層氣開采一般有兩種方式：一是地面鉆井開采；二是井下瓦斯抽放系統(tǒng)抽出，地面鉆井開采煤層氣和抽放瓦斯均可以利用，可大大減少風(fēng)排瓦斯數(shù)量，降低煤礦對(duì)通風(fēng)的要求，改善了礦工的安全生產(chǎn)條件。煤層氣可用作民用燃料、工業(yè)燃料、發(fā)電燃料、汽車燃料和重要的化工原料等。每標(biāo)方煤層氣大約相當(dāng)于9.5度電、3 m3水煤氣、1L柴油、接近0.8kg液化石油氣、1.1L～1.3L汽油。燃燒后幾乎沒有污染物，是清潔型綠色能源。

省內(nèi)非常規(guī)天然氣(煤層氣或瓦斯)基本未開采利用，僅有少數(shù)幾個(gè)礦區(qū)井下抽采利用瓦斯發(fā)電，省內(nèi)已知建有并運(yùn)行的瓦斯發(fā)電站有15個(gè)，設(shè)計(jì)裝機(jī)規(guī)模3.22萬kW，已建成裝機(jī)規(guī)模1.98萬kW(照片1，表1)。因瓦斯含量低，日發(fā)電量不理想，很難規(guī)?；蛱岣甙l(fā)電量，甚至有幾個(gè)礦區(qū)已經(jīng)停止發(fā)電。大部分礦區(qū)未抽采利用，直接排空(照片2)，對(duì)空氣產(chǎn)生污染或增加溫室效應(yīng)，不符合新時(shí)代下發(fā)展方向及十四五規(guī)劃、高質(zhì)量發(fā)展理念。要解決這方面問題，必須使地面(井上)抽采與井下抽采協(xié)調(diào)發(fā)展，統(tǒng)籌規(guī)劃、開采利用。

照片1 田壩煤礦二號(hào)井井下抽采瓦斯發(fā)電Photo 1.Extraction Exploitation Gas Generating of Shaft 2 in Tianba Coal Mne

照片2 礦井瓦斯對(duì)空排放Photo 2.Shaft Gas Exhuast to Air

表1 省內(nèi)煤礦井下抽采瓦斯低濃度發(fā)電統(tǒng)計(jì)表Tab 1.Staistics of Low Concentration Generating of Shaft Extraction Exploitation Gas of Yunnan Coal Orefield

3 煤層氣區(qū)塊評(píng)價(jià)參數(shù)的重要性

滇東區(qū)域煤層主要為中高煤階，評(píng)價(jià)基本參數(shù)由地質(zhì)條件和開采條件兩大部分組成。地質(zhì)條件包含區(qū)域地質(zhì)：煤層埋深、構(gòu)造、水文地質(zhì)，含煤性：煤層分布范圍面積、可采煤層凈厚度、鏡質(zhì)組、灰分，含氣性：含氣量、甲烷含量等參數(shù)缺一不可；開采條件主要包含儲(chǔ)層可采性、可改造性、經(jīng)濟(jì)可采性等基本評(píng)價(jià)參數(shù)。準(zhǔn)確、齊全、可靠、真實(shí)是煤層氣抽采前的基本數(shù)據(jù)，決定能否抽采的前提條件，也是針對(duì)地區(qū)性特點(diǎn)用哪種技術(shù)及工藝可達(dá)到最佳排采效果。完整、系統(tǒng)性的地震勘探資料，調(diào)查評(píng)價(jià)參數(shù)井、試排采井等前期工作是決定后期利用哪種工藝、技術(shù)、方法來抽采煤層氣的關(guān)鍵。煤層氣井主要工作包括：鉆井、工程測(cè)量、地球物理測(cè)井、錄井(氣測(cè)、地質(zhì))、試井、固井、壓裂、排采等按相關(guān)規(guī)程規(guī)范及要求執(zhí)行。基本參數(shù)是基礎(chǔ)，工藝、技術(shù)、方法決定產(chǎn)氣量，根據(jù)產(chǎn)量來合理、科學(xué)規(guī)劃開采利用，使采煤與抽采瓦斯協(xié)調(diào)發(fā)展。目前省內(nèi)外常用的煤層氣抽采鉆井工藝主要有直井、大斜度叢式井、水平井或U型井(順層多分支水平井)詳見圖3。

圖3 各類井型示意圖Fig 3.Sketch Map of Various Shaft Pattern

壓裂是煤儲(chǔ)層增產(chǎn)改造的主要措施之一。利用專用的壓裂設(shè)備以一定方式向煤層注入流體或攜帶支撐劑，形成具有高導(dǎo)流能力的人工裂縫。

4 煤礦安全生產(chǎn)與瓦斯抽采的可行性

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》、《礦井瓦斯抽放管理規(guī)范》、《安全生產(chǎn)法》等確立“安全第一、預(yù)防為主、綜合治理”的安全生產(chǎn)工作方針，明確安全生產(chǎn)的重要地位、主體任務(wù)和實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的根本途徑。抽采對(duì)象主要為高瓦斯礦井、雙突礦井、具有一定規(guī)模性或連成片區(qū)高瓦斯礦區(qū)，主要分井下與井上聯(lián)合抽采、協(xié)調(diào)發(fā)展、抽采利用，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，降低溫室效應(yīng)，生態(tài)、環(huán)保發(fā)展。抽采利用也可為氣化云南提供氣源多源化來源。煤礦綜合治理瓦斯從社會(huì)效益、生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益、新發(fā)展理論等方面來說確實(shí)可行。

瓦斯抽采的可行性主要有以下幾方面：(1)“先抽后采”是瓦斯治理的源頭治本措施，是實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的前提；(2)單靠井下抽采不能杜絕瓦斯事故的發(fā)生，同時(shí)井下抽采利用率普遍低；(3)井上與井下聯(lián)合抽采，協(xié)調(diào)發(fā)展，降低瓦斯含量，安全生產(chǎn)；(4)煤礦瓦斯抽采利用，減少對(duì)空排放，污染空氣，有效降低溫室效應(yīng)；(5)煤礦瓦斯抽采利用產(chǎn)生較可觀的經(jīng)濟(jì)效益；(6)瓦斯具有清潔、高效、綠色、環(huán)保的特性，用途廣泛。

5 煤礦瓦斯抽采存在的問題

滇東煤層氣開發(fā)利用存在問題較多，主要有以下幾方面：(1)區(qū)塊缺乏系統(tǒng)性勘探工作：在抽采前應(yīng)有資源調(diào)查評(píng)價(jià)、地震勘探、鉆井與先導(dǎo)性排采試驗(yàn)、測(cè)井、固井、測(cè)試、壓裂、試排采等相關(guān)資料或參數(shù)齊全；(2)抽采政策支持落實(shí)不到位，僅由礦方或政府抽采不現(xiàn)實(shí)；(3)煤礦礦權(quán)與煤層氣礦權(quán)存在交叉，對(duì)抽采規(guī)劃有一定影響；(4)省外先進(jìn)抽采技術(shù)與方法不能照搬硬套，對(duì)滇東煤層氣抽采要有針對(duì)性；(5)投入足夠的經(jīng)費(fèi)用于抽采技術(shù)與方法，找到適合的抽采技術(shù)與方法；(6)投入資金較大，有一定風(fēng)險(xiǎn)，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益慢；(7)礦方自籌資金進(jìn)行地面抽采存在較多問題，首先是資金籌措難，投資大；其次是沒有抽采技術(shù)與方法；(8)云南省煤層氣資源分布相對(duì)集中，但是不同區(qū)域、不同層位地質(zhì)條件、儲(chǔ)層參數(shù)差異大，需要進(jìn)行更多的理論研究；(9)云南省煤層氣勘探開發(fā)程度較低，尚未形成適合云南省煤層氣勘探開發(fā)的配套技術(shù)體系，需要進(jìn)一步的嘗試和探索。

6 煤礦瓦斯抽采的意義及建議

為治理高瓦斯煤礦瓦斯超限、確保礦井安全生產(chǎn)，根據(jù)國家相關(guān)政策必須對(duì)礦井抽放瓦斯，有保護(hù)層的應(yīng)抽放被保護(hù)層的卸壓瓦斯，無保護(hù)層的預(yù)抽瓦斯可作為區(qū)域性或局部防突措施來使用。礦井要安全生產(chǎn)，必須降低煤層瓦斯含量，是對(duì)生命財(cái)產(chǎn)的保護(hù)，也是對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，科學(xué)、合理規(guī)劃抽采利用，綠色發(fā)展礦山，為省煤炭高質(zhì)量發(fā)展做表率(照片3、4)。瓦斯抽采的意義及建議：(1)確保煤礦安全生產(chǎn)，必須進(jìn)行瓦斯抽采，先抽氣后采煤；(2)開發(fā)利用資源，變害為利；(3)實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)目標(biāo)的重點(diǎn)是：控制瓦斯爆炸、瓦斯煤塵爆炸和煤與瓦斯突出等瓦斯事故；(4)瓦斯抽放是消除煤礦重大瓦斯事故的治本措施；(5)瓦斯抽放能解決礦井僅靠通風(fēng)難以解決的難題，降低礦井通風(fēng)成本；(6)瓦斯抽采利用能降低溫室效應(yīng)，還能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益；(7)云南省煤層氣資源豐富，但煤層氣開發(fā)及煤礦瓦斯利用程度普遍較低，尚有較大的發(fā)展空間和開發(fā)前景；(8)抽采利用符合氣化云南發(fā)展方向，也可以解決省內(nèi)天然氣氣源多源化；(9)抽采利用減少對(duì)空排放，保護(hù)環(huán)境，保護(hù)生態(tài)，符合高質(zhì)量發(fā)展目標(biāo)；(10)抽采利用可以有效彌補(bǔ)天然氣供需缺口；(11)瓦斯是非常規(guī)天然氣具有清潔、高效、綠色、環(huán)保等特點(diǎn)，用途廣泛；(12)受煤質(zhì)條件影響，煤粉對(duì)排采過程影響較大，建議壓裂時(shí)適當(dāng)考慮在煤層頂?shù)装甯浇芜M(jìn)行射孔壓裂改造，同時(shí)考慮“三氣共采”或煤層氣開采新模式探索，為省內(nèi)高瓦斯綜合治理礦井推廣示范應(yīng)用；(13)針對(duì)滇東煤層氣抽采利用建議加大投入資金及科研，爭(zhēng)取早日找到適合滇東煤礦瓦斯抽采利用方法與技術(shù)，推動(dòng)省內(nèi)高瓦斯煤礦綜合治理推廣使用；(14)建議由能源局、安監(jiān)局等相關(guān)主管部門牽頭或引領(lǐng)多方合作組成高瓦斯抽采組推動(dòng)省內(nèi)高瓦斯煤礦綜合治理，使井上與井下聯(lián)合抽采協(xié)調(diào)發(fā)展，礦井達(dá)到安全生產(chǎn)。

照片3 老廠雨汪礦區(qū)地面煤層氣抽采現(xiàn)場(chǎng)Photo 3.Surface Coalbed Gas Extraction Exploitation of Laochang Yuwang Orefield

照片4 老廠雨汪礦區(qū)地面煤層氣排采點(diǎn)火Photo 4.Surface Coalbed Gas Extraction Exploitation Ignition of Laochang Yuwang Orefield

瓦斯事故是煤礦安全生產(chǎn)的“第一殺手”。近年來，國家對(duì)煤礦的安全事故極為關(guān)注和重視，加大了安全設(shè)施的投入，又制定規(guī)程及法規(guī)，又關(guān)閉煤礦，又處罰事故責(zé)任人員，但仍事故不斷。究其原因是：“治了標(biāo)，未治本；采其堵，忘了疏。”，要想從根本上解決瓦斯事故，最有效的辦法是加快煤層氣抽采利用，先采氣，后采煤。

7 滇東煤礦區(qū)煤層氣抽采利用的幾點(diǎn)建議

滇東、滇東北片區(qū)煤層主要以構(gòu)造煤為主，構(gòu)造復(fù)雜、弱裂隙含水層、煤層薄、傾角變化大、瓦斯含量受多種因素影響變化大、滲透率低。一是采取多點(diǎn)式抽采，以煤礦為單位采取井上與井下聯(lián)合立體式抽采，建立濃度瓦斯發(fā)電站利用抽采瓦斯，礦井達(dá)到安全生產(chǎn)，減少煤層氣(瓦斯)對(duì)空排放；二是氣礦權(quán)加大勘查投入，爭(zhēng)取財(cái)政資金或招商引資，調(diào)查評(píng)價(jià)階段參數(shù)取全取準(zhǔn)為下一步抽采提供可利用的基礎(chǔ)資料；三是建議抽排井以定向井、水平井為主，據(jù)了解老廠雨汪、恩洪礦區(qū)試排采井中，定向單井最高日產(chǎn)氣量約1900m3，直井最高日產(chǎn)氣量約1300m3；四是建議三氣(煤層氣、砂巖氣、頁巖氣)共采及加大規(guī)劃發(fā)展、政策支持落實(shí)力度，爭(zhēng)取早日形成規(guī)模化抽采利用煤氣或者找到適合本地區(qū)的抽采方法、工藝。