河南煤化集团煤层气 (煤矿瓦斯)开发利用现状与展望

马 耕

(河南煤业化工集团有限责任公司,河南 450000)

河南煤化集团煤层气 (煤矿瓦斯)开发利用现状与展望

马 耕

(河南煤业化工集团有限责任公司,河南 450000)

河南煤业化工集团所属煤矿煤层气资源丰富,煤层含气量高、含气饱和度高、资源丰度大,开发潜力巨大。所属高瓦斯矿区煤层具有低透气性、可压密性和易流变性的“三性”特征。2009年集团公司预计全年煤层气抽采量可突破1.2亿m3。今后必须积极开展区域性瓦斯治理工作,大幅度提高瓦斯抽采量,才能从根本上消除瓦斯威胁,保证矿井安全生产。

煤层气 井下抽采 地面开发 利用

1 河南煤业化工集团概况

河南煤业化工集团有限责任公司是经河南省委、省政府批准,于2008年12月5日在永煤集团、鹤煤集团、焦煤集团、中原大化、省煤气集团的基础上重组的国有独资公司。2009年中国企业500强排名第68位。预计2009年全年营业收入将突破1000亿元,利税突破100亿元,煤炭产量突破5000万吨。矿井分布于河南、贵州、新疆、内蒙四个省区十几个矿区,60%的矿井为高瓦斯或煤与瓦斯突出矿井,其中焦作矿区为全国煤与瓦斯突出最严重的矿区之一。

河南煤业化工集团所属煤矿煤层气资源丰富,煤层含气量高、含气饱和度高、资源丰度大,开发潜力巨大。据不完全统计 (河南省内),煤层气资源总量约4824亿m3。平均资源丰度为2.39亿m3/ km2,煤层气项目的开发机会很多。集团所属高瓦斯矿区煤层具有低透气性、可压密性和易流变性的“三性”特征,地面钻井采气困难极大。生产矿井的瓦斯抽采具有很大的优势,井下卸压钻孔抽采瓦斯流量大,采气容易。但是煤矿井下卸压瓦斯抽采受采掘作业影响大,抽采时间不长,制约了井下瓦斯抽采效果的提高。

2 煤层气 (煤矿瓦斯)抽采情况

近几年来,各煤矿企业依靠科技进步,开展了全面的综合治理瓦斯工作,大力开展瓦斯抽采,消除突出威胁和瓦斯超限现象,在抽采的同时,采取多种措施,提高抽采浓度进行瓦斯利用,形成了以利用促抽采,以抽采保安全的良性循环,取得了显著的成效,

目前,集团公司高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井全部实现了瓦斯抽采。共建有瓦斯抽放系统66套,安装瓦斯抽放泵132台,抽采能力达到1亿m3/a。形成了以地面钻井抽采、本煤层平行钻孔抽采、斜交钻孔抽采、网格式钻孔抽采、浅孔卸压钻孔抽采、高位钻孔抽采、采空区埋管抽采、掘进头正前预抽、巷帮边掘边抽、岩巷穿层抽采、高低负压分源抽采为一体的矿井立体交叉综合抽采体系。2009年集团公司计划抽采瓦斯11212.3万m3,预计全年抽采量可突破1.2亿m3。

2.1 采取主要抽放措施

2.1.1 地面钻孔抽采

焦煤公司曾在上世纪80年代初、1995年前后,就先后在中马村矿、古汉山矿进行过地面钻井抽采瓦斯的研究试验。2006年与省煤层气公司合作,再次进行地面钻井抽采试验。截止目前,已完成地面抽采井34口,全部进行了水砂压裂,有2/3的钻井进行了抽采,单井最大产气量为 1400m3/d,一般为300～600m3/d。在地面抽采井压裂影响范围内,井下钻孔抽采浓度达80%左右,抽采量显著增加。地面钻井抽采试验的成功,使矿井区域瓦斯治理工作发生根本性转变。

2.1.2 改造抽采系统,提高抽采能力

近几年来,各煤业公司通过可行性研究,对原有的井下瓦斯抽采系统均进行了全面技术改造,实现了大抽采泵、大抽采管、大钻机、大钻孔“四大”抽采目标。目前,集团公司抽采能力达到1亿m3/a以上,吨煤抽采瓦斯量8m3/t,抽采效果的大幅度提高,有效的杜绝了矿区瓦斯事故的发生,为回采工艺的改革奠定了基础。

2.1.3 积极推广应用千米钻机

为了进一步提高瓦斯抽采装备水平,拓宽瓦斯区域治理的途径,焦煤公司、鹤煤公司先后采购了澳大利亚千米定向钻机,其中焦煤公司正在中马村矿加紧煤、岩分支长钻孔试验。目前煤孔施工最深达279m,已初见成效。

2.1.4 推广应用岩石抽放巷,落实区域瓦斯治理措施

近年以来,焦煤、鹤煤公司结合各矿瓦斯赋存和地质特点,分步推进,分类指导,一矿一策,全面开展了区域瓦斯治理工作。重点是推广应用岩石抽放巷。焦煤九里山矿从2007年开始在15采区、24采区开展顶 (底)板超前岩巷穿层预抽掩护掘进,通过穿层抽采技术的应用,有效的消除了抽采条带内的瓦斯突出危险,掩护了严重突出区内煤层巷道的安全掘进;古汉山矿16采区顶板超前岩巷穿层预抽掩护掘进;演马庄矿充分利用准备工作面的上下风道,采用强力钻机,施工相邻工作面倾斜长钻孔,实现区域预抽等等。

2.1.5 推广应用综合抽放技术,实施分源抽放

目前,集团公司多数矿井实现了地面抽放泵站带抽本煤层钻孔、穿层钻孔、边掘边抽钻孔,高负压抽出高浓度瓦斯并加以利用;井下抽放泵站低负压大流量带抽顶板裂隙钻孔、煤壁浅孔、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 掘进工作面边掘边抽

在施工掘进工作面巷道两侧错对口各开一个钻场,两侧钻场深度一般为3～4m,以后巷道每向前掘进30～50m,开一对钻场。每个钻场内沿巷道施工布置4～10个钻孔。

2.2 井下抽采方法

2.2.1 回采工作面网格式钻孔抽采瓦斯

煤层预抽瓦斯是回采工作面解除突出危险的主要措施,目前主要是在工作面回采之前,先在机、风巷采用平行钻孔进行本煤层深孔打钻进行抽放。沿工作面向上和向下钻孔长度超过工作面长度的一半,钻孔直径为75mm,钻孔之间的间距为1～3m。钻孔的瓦斯抽采量不仅与抽采时间有关,而且主要取决于煤层的透气性。网格抽采是通过合理布置网格抽采钻孔,优化抽采参数,达到了更好的卸压抽采效果。

焦煤公司通过对网格抽采技术的研究和推广应用,大大提高了抽采效果,工作面抽采时间降低了1/3,抽采量提高了2～3倍,使工作面回采期间配风量大幅度降低,消除了工作面突出危险和回采期间瓦斯超限现象。

2.2.2 高位钻场抽放

工作面上巷设计高位钻场,每个钻场内设计施工六个钻孔,钻孔长度85～200m,钻场间距65～180m,压茬20m以上。

2.2.3 回采工作面上隅角抽放

直接在上隅角瓦斯浓度最高处敷设管路接入抽放管道进行抽放,并随着工作面的推移而移动。2.2.4 浅孔卸压抽放

在工作面煤壁每隔1～2m打一个孔深6～8m的钻孔,钻孔孔径为42mm,钻孔施工完毕后及时封孔抽放瓦斯。

3 煤层气 (煤矿瓦斯)利用情况

焦煤公司煤层气综合利用项目主要是民用和煤层气发电,现煤层气民用用户已达6.5万户,煤层气发电机组已安装18台,总装机容量达9000KW。2008年瓦斯抽采量3575.25万m3,利用量1623.4万m3,年发电量2238万kWh。

鹤壁公司十分重视瓦斯的利用工作,2004年在四矿安装的2台500KW高浓度瓦斯发电机组首先成功运行,截止目前在三、六、八、九、十矿及中泰公司已安装16台低浓度瓦斯发电机。2008年实现发电2892.56万kWh,消耗纯瓦斯964.19万m3。在积极开展瓦斯发电项目的同时,鹤煤公司还进行了瓦斯发电余热利用研究试验。2007年,六矿的5台发电机组的余热已得到利用,停止了锅炉燃煤供热,节约了煤炭资源,取得了良好的经济效益和社会效益。

永煤公司瓦斯利用起步较晚,2007年12月鑫龙煤业龙山矿投资650万元建成两台500GF1-3PW型低浓度煤层气发电机组,装机容量为2×500kW。2009年4月,红岭矿装机容量为4×500kW机组正式投入运行。安阳鑫龙煤业主焦矿和永贵公司五风矿瓦斯发电地面发电利用系统正在建设中,预计年底前可实现发电。永煤公司2008年计划煤层气电利用量100万m3,实际发电利用量为151.8万m3。

4 煤层气 (煤矿瓦斯)开发利用潜力分析

河南煤业化工集团所属矿井分布范围广、地质条件复杂,煤与瓦斯突出严重,随着矿井开采深度的加大,煤层瓦斯含量和瓦斯压力不断升高,地应力和构造应力对煤体的作用更为明显,煤与瓦斯突出强度不断加大。因此必须积极开展区域性瓦斯治理工作,大幅度提高瓦斯抽采量,才能从根本上消除瓦斯威胁,保证矿井安全生产。

(1)建立瓦斯抽采示范矿区,强力推进瓦斯区域治理

公司规划在焦作矿区建立示范矿区,结合焦作矿区实际,研究煤炭资源与煤层气资源开采的时空配置关系,采煤采气一体化最佳开发模式;煤与瓦斯共采技术,包括低透气性煤层采前强化抽采瓦斯技术、采动煤岩移动卸压抽采瓦斯技术,采空区瓦斯抽采技术等。

(2)加快虚拟储层强化工艺抽采瓦斯技术试验研究

尽管水力压裂技术在储层抽采方面发展较快,但对于Ⅲ-Ⅴ类煤,特别是呈粉状、沙状的荥巩煤田而言,水力压裂技术难以见效。

煤与瓦斯区域防突措施中常用的、比较有效和经济的方法之一是开采解放层。公司计划在鹤煤四矿和焦煤九里山矿进行试验,取得经验后全面推广。

(3)加强瓦斯综合利用,以用促抽,以抽保安

继续开展瓦斯利用技术研究,特别是加强低浓度瓦斯利用技术的研发与新技术推广,实现安全、经济效益最大化。

[1] 潘伟尔.我国煤层气开发战略与经济政策选择[J].中国能源.2006,(11):13-17.

[2] 马晓钟.煤矿瓦斯综合利用技术的探究与实践 [J].中国煤层气,2007(3).

[3] 孙万禄.我国煤层气资源开发前景及对策 [J].天然气工业,1999(5).

[4] 中国煤炭学会煤层气专业委员会等.2008年煤层气学术研讨会论文集 [M].北京:地质出版社,2008.

[5] 赵一归.郑州矿区煤层气资源状况与利用方向选择初探 [J].中国煤层气,2008(4).

(责任编辑 刘 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

马耕,男,多年从事煤矿瓦斯抽放利用与煤炭开采工作。