煤与瓦斯协调开采技术研究

文/赖立学

煤与瓦斯协调开采技术研究

文/赖立学

我国是煤层瓦斯资源储量巨大的国家之一。据2006年国土资源部油气中心对全国煤层气资源评价结果，我国煤层气资源量居世界第三位，资源量36.81万亿m3，可采资源量10.86万亿m3，主要分布在华北和西北地区。其中，华北地区、西北地区、南方地区和东北地区赋存的煤层气地质资源量分别占全国煤层气地质资源总量的56.3%、28.1%、14.3%、1.3%。

一、资源开发情况

1．地面开发

煤层气地面开发始于上个世纪70年代末，上世纪90年代，煤层气开发出现热潮，在不同地区开展了煤层气开发试验。经过十余年发展，取得了重大突破。“十五”期间，煤层气产业化发展初露曙光。煤层气勘探登记区块64个，总面积81810.3km2，分布在12个省区。主要项目有：山西沁水枣园井组煤层气开发试验项目，生产试验井15口；辽宁阜新刘家井组煤层气开发项目，钻井8口，单井日均产气3000m3以上；山西晋城潘庄煤层气地面开发项目，施工了175口煤层气井，日产气约10万m3；山西沁南潘河先导性试验工程，计划施工900口煤层气井，到2005年底完成钻井100口，日产气约8万m3。

2．井下抽采

煤矿井下瓦斯抽采始于上个世纪50年代初。经过几十年的发展，煤矿井下瓦斯抽采，已由最初为保障煤矿安全生产到安全能源环保综合开发型抽采；抽采技术由早期的对高透气性煤层进行本煤层抽采和采空区抽采单一技术，逐渐发展到针对各类条件适合于不同开采方法的瓦斯综合抽采技术。

3．煤层气产业化发展存在的主要问题

（1）缺乏有力的扶持政策。由于地面开发煤层气初期投入高、产出周期长、投资回收慢，煤层气开发企业在产业发展初期积极性不高；矿井平均瓦斯利用率仅在30%左右。

（2）基础理论研究和技术创新不够。瓦斯治理和利用难度大，从理论和技术方面都存在许多关键性难题，特别是社会公益性研究被大大削弱，瓦斯治理和利用等方面的技术研究和创新进展缓慢。

（3）煤矿瓦斯抽采难度增大。我国高瓦斯矿井多，煤层瓦斯含量高、压力大、透气性差、抽采难度大。

（4）煤层气和煤炭矿业权重叠。煤层气和煤炭是同一储层的共生矿产资源。目前，由于部门之间、企业之间不协调，造成煤层气开采权和煤炭开采权设置重叠，影响了煤炭产业的发展。

（5）煤层气利用受限制。开发与市场脱节，缺乏低浓度瓦斯的安全输送和利用技术；瓦斯发电上网难、入网价格低，发电企业无利可图，限制了矿井瓦斯抽采利用。

（6）煤矿瓦斯直接排空对环境影响较大。煤层气的温室效应约为二氧化碳的21倍。据测算，我国煤炭开采、加工、运输过程中每年释放瓦斯约150亿m3，对环境影响较大。

二、我国煤层气赋存的特征

1．煤层瓦斯的渗透率低

我国煤层的渗透率通常较小。抚顺煤田的渗透率相对较高，但也只有0.5～3.8md，水城、丰城、鹤岗、开滦、柳林等矿区高渗透煤层渗透率只有0.1～1.8md，其他地区绝大多数实测的渗透率值都在0.001md以下，比美国的San Juan盆地和Black Warrior盆地低3～4个数量级。

2．煤层瓦斯压力较低

煤层瓦斯压力是指在煤矿开采条件下，在矿井中测得的煤层孔隙中的气体(瓦斯)压力。我国煤层瓦斯压力梯度大小变化幅度很大，最低值为1.2kPa/m(抚顺)，最大值为13.4kPa/m(天府)，但大部分属于低压瓦斯。

3．煤层吸附瓦斯能力高

煤层吸附瓦斯能力高直接导致瓦斯的抽采效果差、抽采率低、抽采成本高。煤对瓦斯的吸附能力受多种因素的影响，主要影响因素有压力、温度、矿物质含量、水分含量、煤阶、岩性、气体组分等。

4．区域地质构造对瓦斯分布区域的控制

在这样的区域地质构造下，煤层处于封闭型地质构造的控制，透气性较差，不利于瓦斯排放，容易造成瓦斯积聚，形成高压瓦斯集中区。

三、煤与瓦斯协调开采技术

1．煤层气开发的技术途径

瓦斯抽采分为地面钻井抽采和井下抽采两大类。按煤层气开采方法、卸压瓦斯的来源及卸压瓦斯抽采方法的不同，构建了“煤与煤层气共采”技术体系图，如图所示。

2．井下瓦斯抽采技术

根据我国煤层气低渗透率的特点，利用煤层开采引起岩层的移动破坏，增大煤层渗透性，在采煤的同时高效抽采卸压瓦斯，是我国煤层气开采的主要途径。选择矿井瓦斯抽采方法应依据矿井煤层赋存条件、瓦斯基本参数、瓦斯来源、开采顺序、巷道布置、瓦斯抽采的目的及利用要求等因素确定，并遵循以下原则：

(1)尽可能利用开采巷道抽采瓦斯，尽量采用综合瓦斯抽采方法；必要时可设专用瓦斯抽采巷道；

(2)若围岩瓦斯涌出量大，以及溶洞、裂隙带储存有高压瓦斯时，应采取围岩瓦斯抽采措施；

(3)煤层埋藏较浅(一般600m以内)、瓦斯含量较高、地面施工钻孔条件较好的厚煤层或煤层群，应采用地面钻孔抽采瓦斯的方法。

四、结语

由于我国煤层气储存条件的特殊性，建议成立国家煤层气工程技术研究中心，集中人力物力，优先安排煤层气基础研究、重点攻关、国家自然科学基金等科技项目，集中加大煤层气的科技投入，以煤层气科技的突破带动煤层气生产上的突破，应把煤层气作为一个系统工程来建设，作为一个产业来发展。

我国拥有丰富的煤层气资源，可以作为天然气的重要补充，缓解我国燃气供应不足的局面。民用和发电为煤层气的优先利用方案，不仅有广阔的市场前景，而且具有较强市场竞争力，还能获得较好的经济效益。

（作者单位：辽源职业技术学院资源工程系）

（责任编辑：李元）