煤層氣（煤礦瓦斯）開發(fā)環(huán)境影響及對策分析

摘 要：【目的】分析煤層氣抽采各污染物產生環(huán)節(jié)及其環(huán)境影響，提出煤層氣開發(fā)過程中的環(huán)境保護措施?！痉椒ā客ㄟ^對河南省煤礦瓦斯治理及開發(fā)利用情況進行實地調查，并結合山西、陜西等地的產業(yè)開發(fā)經驗，對煤層氣開發(fā)過程的環(huán)境影響進行分析?！窘Y果】煤層氣開發(fā)建井及生產運營期鉆井和管道施工過程會壓占土地，破壞植被，影響土地功能；排水采氣過程可能會使區(qū)域地下水補給、排泄和徑流條件發(fā)生變化，從而引起區(qū)域地下水位下降和地下含水層污染。同時該時期會對大氣、土壤、水環(huán)境、聲環(huán)境等造成影響。退役井場不再進行作業(yè)，區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)功能逐漸恢復，但仍可能造成一定影響?！窘Y論】煤層氣開發(fā)過程應合理規(guī)劃、利用和施工，盡量減少對生態(tài)環(huán)境的影響。研究結果有助于推動我國煤層氣產業(yè)高質量發(fā)展。

關鍵詞：煤層氣；煤礦瓦斯；開發(fā)利用；環(huán)境影響

中圖分類號：X5" " " 文獻標志碼：A" " "文章編號：1003-5168（2025）03-0051-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2025.03.010

Environment Impact And Countermeasure Analysis of Coal-Bed

Methane （Coal Mine Gas） Mining Development

ZHANG Xi1 MA Na1 QIN Junqiang2 WANG Wenpeng2

（1.Henan Chaolan Energy Tecnology Co.， Ltd.， Pingdingshan 467000， China; 2.Jiaozuo Coal Industry Group Zhaogu （Xinxiang） Energy Co.， Ltd.， Xinxiang 453000， China）

Abstract： [Purposes] This paper analyzes the production link of pollutants and their environmental impact in coal-bed methane （CBM）mining process， and then puts forward the corresponding environmental protection measures. [Methods] Through the field survey of coal mine gas control and development and utilization in Henan Province， and combined with the industrial development experience of Shanxi and Shaanxi Provinces， the environmental impact of CBM mining process is analyzed. [Findings] Well drilling and pipeline laying process of underground mine construction and operation period of CBM mining will take up land， destroy vegetation and affect land function; the drainage and gas extraction process may change the regional groundwater recharge， discharge and runoff conditions， thus causing the decline of groundwater level and underground aquifer pollution. At the same time， this period will case air pollution， water pollution， solid waste pollution， noise pollution and so on. Abandoned well site will no longer operating， and the regional ecosystem function will gradually restore， but the site may still cause pollution. [Conclusions] The development process of CBM should be rationally planned， rationally utilized， rationally constructed， so as to minimize the impact on ecological environment. In addition， the research results are helpful to promote the high-quality development of China's CBM industry.

Keywords： CBM; coal mine gas; development utilization; environmental impact

0 引言

煤層氣（煤礦瓦斯）主要成分為甲烷，是煤礦形成過程中的伴生產物，賦存在煤層及煤系地層中，屬于優(yōu)質能源，用途廣泛。加快煤層氣的開發(fā)利用，對改善煤礦安全生產條件、緩解能源壓力、減少溫室氣體排放等具有重要意義［1］。在過去的十幾年中，我國在煤層氣開發(fā)利用方面取得了明顯進展，建成了沁水盆地和鄂爾多斯盆地東緣煤層氣產業(yè)化基地，煤層氣開發(fā)初步實現(xiàn)規(guī)?；a［2］。煤層氣開采是一項包含地下、地上等多種工藝的系統(tǒng)工程，伴隨著煤層氣產量的快速增長，在開采利用過程中，不可避免會占用土地資源、破壞生態(tài)環(huán)境。本研究系統(tǒng)梳理了煤層氣開采過程中各種污染的產生情況，分析其環(huán)境影響，進而提出相應的措施建議，以促進我國煤層氣產業(yè)有序高效發(fā)展。

1 國內煤層氣開發(fā)現(xiàn)狀及進展

1.1 國內煤層氣開發(fā)歷史

我國煤層氣早期勘探工作，以及首次全國性的瓦斯資源調查在“六五”期間組織開展，由此開啟了我國煤層氣產業(yè)的發(fā)展。1996年，煤層氣被列為我國新能源產業(yè)，同年成立中聯(lián)煤層氣公司，開始了煤層氣產業(yè)的對外合作，進一步促進了煤層氣產業(yè)的發(fā)展［3］。在此后十幾年間，晉煤集團成立沁水藍焰煤層氣公司，國務院設立“煤層氣開發(fā)利用國家工程研究中心”和“煤礦瓦斯治理國家工程研究中心”，中國石油天然氣集團建立煤層氣公司，標志著我國煤層氣產業(yè)向著更快更好發(fā)展，煤礦區(qū)煤層氣地面抽采利用技術也在不斷進步［4］。

1.2 國內煤層氣開發(fā)現(xiàn)狀

近年來，我國煤層氣開發(fā)在資源量、產量和技術方面均取得了顯著成就。目前，我國擁有西北、華北、東北、滇藏及華南等5大聚煤區(qū)，形成了鄂爾多斯盆地東緣和沁水盆地兩大煤層氣產業(yè)基地，開發(fā)了潘莊、樊莊、鄭莊等27個煤層氣田［5］。其中沁水煤田作為我國最大的煤層氣田，估算煤層氣資源量達到6 000億m3，日產氣量已突破700萬m3，創(chuàng)造了歷史新高。

中國煤層氣成藏條件復雜、煤儲集層品質差、非均質性強，因此在開發(fā)利用中無法直接借鑒國外經驗［6］。經過近40 a的艱難探索與發(fā)展，中國煤層氣勘探開發(fā)理論與技術取得了重大突破，尤其是在薄煤層、深部煤層氣等領域［7］。地質、鉆井、壓裂、排采等4大關鍵核心技術也在不斷完善，可有效保障我國兩大煤層氣產業(yè)基地規(guī)模建立和高效利用，為煤層氣產業(yè)的規(guī)?；?、商業(yè)化勘探開發(fā)提供了有力支持。

2 煤層氣開發(fā)環(huán)境影響分析

2.1 環(huán)境影響因素分析

煤層氣開發(fā)過程可分為建井期、生產運營期和退役閉井期等3個時期。建井期鉆井作業(yè)、管道鋪設及站場建設等施工過程會產生大量剝離表土，該時期對環(huán)境的影響表現(xiàn)在壓占土地，影響土地功能及加劇水土流失、影響河流水質等方面；生產運營期主要污染物來自煤層氣開采輸送過程，該過程采用排水采氣工藝，長時間抽采煤層水，可能對地下水造成一定影響。同時采氣過程會排放一定的烴類氣體和燃燒煙氣，并產生噪聲污染；閉井期主要是環(huán)境功能恢復時期，該時期站場范圍生態(tài)功能逐漸得到恢復。

2.2 建井期環(huán)境影響分析

2.2.1 建井期生態(tài)環(huán)境影響分析。鉆井場地、管線施工作業(yè)帶等會臨時占用土地資源，造成植被破壞，干擾生態(tài)系統(tǒng)，進而降低土壤肥力，加劇水土流失；管道開挖會造成景觀連通性降低，管道穿越水體施工時還會增加河水泥沙含量及河水懸浮物含量，影響河流水質。

2.2.2 建井期大氣環(huán)境影響分析。建井期大氣環(huán)境污染來源包括施工揚塵、施工機械排放尾氣等。施工揚塵受施工條件、機械化程度及季節(jié)、土質和天氣等多種因素影響，且其傳播范圍受風速影響較大，污染程度隨風速的增大而增強。施工車輛尾氣的主要成分為CO和NOx，隨車輛移動排放于施工現(xiàn)場和運輸路線，為非連續(xù)性污染源。在鉆井過程中，鉆機的動力和電力來源均為柴油機械，存在煙氣排放，主要污染物為煙塵、SO2、NOx，屬于無組織排放。

2.2.3 建井期水環(huán)境影響分析。煤層氣開發(fā)建井期產生的水污染主要來源于建井時使用的鉆井液，以及施工過程中的無序排水、廢水，其會導致當地地下水污染，破壞水資源；另外還有施工車輛和施工機械設備的沖洗廢水，具有較大分散性；管道試壓介質為潔凈水，可重復利用，重復利用率可達50%以上。建井期廢水應進行有效收集利用，否則會污染周邊水體及地下水。

2.2.4 建井期固體廢物環(huán)境影響分析。建井期的固體廢物主要包括工程棄土棄渣、廢棄泥漿、鉆井巖屑、廢機油等。廢棄泥漿和鉆井巖屑由地上移動式收集設施收集后集中處置。廢機油屬于危險廢物，對其處置尤為重要，應設置危險廢物暫存間，并對地面進行防滲處理，以減少其對環(huán)境造成潛在污染，收集暫存后定期送至有資質的單位進行處置。

2.2.5 建井期噪聲污染分析。煤層氣開發(fā)過程中的噪聲源可分為井下噪聲源和地面噪聲源。建井期井下噪聲主要來源于鉆井作業(yè)，地面噪聲源則主要來源于運行中的各種機械設備，建井期井場所用地面設備包括發(fā)電機、泥漿泵等，管道鋪設涉及的機械設備有定向鉆機等。施工的不同階段使用機械設備及其組合不盡相同，且施工位置不斷移動，所以噪聲影響的程度也不盡相同。

2.3 運營期環(huán)境影響分析

2.3.1 運營期生態(tài)環(huán)境影響分析。預抽井采用排水采氣的工藝，長時間抽取排煤層水可能會使區(qū)域地下水的補給、排泄和徑流條件發(fā)生變化，打破原來水文地質系統(tǒng)的平衡，從而引起區(qū)域地下水位下降。區(qū)域地下水水位下降后會破壞上覆沉積物與地下水的壓力平衡，使孔隙水壓力減小，松散沉積物被壓縮從而引發(fā)地面沉降。若煤層氣開采區(qū)承壓含水層與上覆含水層或地表水系存在水力聯(lián)系，則可能使劣質潛水或地表污水沿水頭勢差補給漏斗區(qū)，導致地下含水層污染。

2.3.2 運營期大氣環(huán)境影響分析。運營期正常工況下廢氣主要為各站場無組織排放烴類氣體；非正常工況及事故狀態(tài)下增壓站清管作業(yè)、站內系統(tǒng)超壓、設備檢修等均會排放廢氣，對大氣環(huán)境造成污染。管道中的輸送介質屬于易燃氣體，且管道中輸送壓力較高，若運營期間管道破裂發(fā)生煤層氣泄漏，遇明火將會發(fā)生火災爆炸事故，對周圍的環(huán)境造成嚴重影響，并危害工程區(qū)人員的生命財產安全。

2.3.3 運營期水環(huán)境影響分析。運營期產生的水污染主要包括廢水排放和廢水處理不當導致的環(huán)境污染。在煤層氣開采和運營過程中，會產生多種廢水，包括預抽壓裂返排液、井場采出水及增壓站分離水等。這些廢水含有膨潤土、潤滑油、強堿類物質、表面活性劑等，具有高鹽度、高礦化度、重金屬離子超標的特點。如果直接排放或處理不當，會對環(huán)境造成嚴重污染。此外，煤層氣開采還會使地下水中出現(xiàn)高濃度的鈉離子、鈣離子和鎂離子，導致地下水水質發(fā)生變化。

2.3.4 運營期噪聲污染分析。煤層氣開發(fā)生產運營期噪聲主要來自井場、增壓站運行設備噪聲及檢修或事故狀態(tài)下的放空噪聲。運營期噪聲源簡單，主要由水環(huán)真空泵、螺桿壓縮機、火炬等設備運行產生，多呈穩(wěn)態(tài)噪聲特征，噪聲源強度一般不大于80 dB（距離1 m處）。放空系統(tǒng)噪聲僅在場站檢修或事故狀態(tài)下才會產生。

2.3.5 運營期固體廢物環(huán)境污染分析。運營期產生的固體廢物主要有清管作業(yè)廢渣、壓縮機產生的廢機油、廢潤滑油及生活垃圾等。其中廢機油、廢潤滑油屬《國家危險廢物名錄》（2021年版）中的HW08廢礦物油與含礦物油廢物，應嚴格按照相關標準建設危險廢物暫存間，將其由高密度聚乙烯塑料桶集中收集至危廢暫存間暫存后，交由有資質的單位處理。

2.4 服務期滿后環(huán)境影響分析

項目服務期滿后不再進行作業(yè)，各類設備停止運行，井場和站場逐步撤銷，土石方等基本被回填，不再產生新的污染物，土地使用功能逐漸恢復。站場中永久性占地范圍內的水泥平臺及砂礫石鋪墊將被清除，站場范圍內不再受到人為活動干擾，自然植被也將逐步恢復，區(qū)域內生態(tài)環(huán)境逐步改善。

在服務期滿后主要污染源與污染物為：①進行站場清理時產生的固體廢物、施工噪聲和少量生活廢物等；②退役期的井場氣壓較低，可能有少量煤層氣泄漏，通過封井混凝土回灌等措施，可有效防止煤層氣泄漏；③廢棄管線、廢棄建筑殘渣等固體廢物等。

3 煤層氣開發(fā)環(huán)境保護措施

3.1 大氣污染防治措施

在施工期，對于易產生揚塵的物料在施工、運輸過程中，應采取密閉存儲或嚴密覆蓋等措施，并定期灑水抑塵。在煤層氣管道中設置截斷閥，避免煤層氣泄漏遇明火發(fā)生火災爆炸事故。加強規(guī)劃管理，對施工設備和運輸車輛進行定期維護和檢修，禁止柴油機械超負荷工作。在設備檢修等非正常情況下產生的廢氣應經火炬放空系統(tǒng)燃燒后排放。

3.2 水污染防治措施

在鉆井施工時為每座井場配置一座泥漿循環(huán)系統(tǒng)，循環(huán)利用鉆井液（泥漿）。施工產生的巖屑和廢棄泥漿暫存于防滲泥漿池中，靜置沉淀后析出的上清液作為鉆井配液回用，以實現(xiàn)施工期生產廢水循環(huán)利用，避免外排影響周邊水體。對于運營期間的生產廢水應自建水處理系統(tǒng)進行處理或統(tǒng)一收集后送往附近煤礦的礦井水處理系統(tǒng)集中處理。按照“源頭控制、分區(qū)防治、污染監(jiān)控、應急響應”相結合的原則，從污染物的產生、入滲、擴散、應急響應等方面全方位進行地下水污染控制。

3.3 噪聲污染防治措施

對于施工期鉆井及測試作業(yè)產生的噪聲，應通過選用低噪聲設備及合理布局來減輕噪聲的影響，并對噪聲源采取相應的隔聲、減振、消聲措施。由于鉆井為露天施工，降噪難度大，在施工時應積極與周邊居民溝通，必要時采取臨時搬遷、租用或經濟補償的方式，以獲得居民理解，避免糾紛。

運營期應合理布置噪聲源，對作業(yè)過程各種噪聲進行高低等級的劃分，將高噪聲設備集中布置在遠離居民生活的區(qū)域。對施工設備進行基礎減振，在設備安裝時與管道之間采用柔性連接，以減少噪聲和振動的傳遞。

3.4 固體廢物污染防治措施

施工期鉆井巖屑和廢棄泥漿屬于一般工業(yè)固體廢物，通常暫存于防滲泥漿池中，完井后一起進行無害化處置（固化填埋）。防止固體廢物污染還應加強對泥漿循環(huán)設備的維護和保養(yǎng)，同時循環(huán)利用鉆井泥漿和泥漿池內的上清液，這樣不僅可節(jié)約泥漿用量、節(jié)約水資源，又可減輕廢棄泥漿排放對環(huán)境產生的污染。施工期生活垃圾經分類回收后運送到所在地的生活垃圾中轉站進行安全處置。

運營期應在站場設置清管設施，清除管道內的積液和固體雜質，降低腐蝕性物質對管道內壁的腐蝕損傷，防止煤層氣泄漏。清管廢渣的主要成分為煤泥和鐵屑等，屬于一般工業(yè)固體廢物，經統(tǒng)一收集后運至相關部門指定地點進行處置。施工過程中產生的廢機油和廢潤滑油為危險廢物，應用高密度聚乙烯塑料桶進行收集，置于危廢暫存間，交由有相關資質的單位運輸和處置。

3.5 生態(tài)減緩及避讓措施

煤層氣開發(fā)一般采用滾動式開發(fā)模式，各施工項目的選址應在設計之初進行優(yōu)化，盡可能避讓基本農田、森林公園、重要濕地等生態(tài)敏感區(qū)。在避讓時，應制定完善的土地復墾和補償方案，做到占補平衡。在鉆井過程中應盡量縮小作業(yè)面積，利用現(xiàn)有道路進行運輸，減少作業(yè)過程對土壤和植被的影響。在鉆井施工結束后，對于產氣量大的氣井應及時安裝采氣設備，及時平整施工場地并播撒草籽。不能綜合利用的氣井應永久封井，場地地面及時復墾，恢復地貌原狀。

井場服務期滿后應盡快拆除地面設備，截除地下一定長度的井管和套管，防止對當地農業(yè)生產造成不利影響并在井管中注入水泥進行密封，避免煤層氣外泄；清除場地地面以下一定范圍的水泥建筑，翻松土壤，在地表覆蓋一定厚度的剝離表土，按照因地制宜、景觀協(xié)調的原則進行復墾，同時根據“宜樹則樹、宜草則草、宜耕則耕”的原則，恢復當地生態(tài)環(huán)境功能。

4 結語

煤層氣（煤礦瓦斯）的抽采利用作為煤礦瓦斯治理的有效手段，在國內部分礦區(qū)已規(guī)模化實施；但煤層氣開采不可避免會對環(huán)境造成一定影響。因此在開發(fā)利用過程中，應合理規(guī)劃、利用和施工，盡量減少對當地生態(tài)環(huán)境的影響。通過制定完善的環(huán)境保護政策、規(guī)范、標準，推動行業(yè)的持續(xù)、穩(wěn)定、綠色發(fā)展。

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