王會(huì)斌

（煤科集團(tuán)沈陽(yáng)研究院有限公司安全工程研究分院，遼寧沈陽(yáng) 110000）

晉煤集團(tuán)高突礦井的瓦斯抽采及利用

王會(huì)斌

（煤科集團(tuán)沈陽(yáng)研究院有限公司安全工程研究分院，遼寧沈陽(yáng) 110000）

介紹了晉煤集團(tuán)煤層氣（瓦斯）的治理理念和治理模式，闡述了應(yīng)用“采煤采氣一體化”、“三級(jí)瓦斯治理模式”及相配套的治理手段，重點(diǎn)敘述了晉煤集團(tuán)在煤層氣抽采領(lǐng)域的高效轉(zhuǎn)化及應(yīng)用效果，開創(chuàng)了煤層氣抽采利用的新局面，為其它煤炭企業(yè)集團(tuán)的煤層氣利用提供了借鑒思路。

瓦斯；采煤采氣一體化；三級(jí)瓦斯治理；理念

晉煤集團(tuán)礦區(qū)已探明的煤層氣資源量有1 040億m3，可采儲(chǔ)量約728億m3，噸煤瓦斯含量達(dá)到了16.8 m3以上，而煤層氣（瓦斯）作為晉煤集團(tuán)礦井開采中的最主要敵人，晉煤集團(tuán)采取了“采煤采氣一體化”、煤層氣綜合利用的瓦斯治理理念，有效杜絕了礦井開采期間安全事故的發(fā)生，減少了抽采瓦斯向大氣排空導(dǎo)致霧霾、污染空氣現(xiàn)象的發(fā)生，走出了一條高效、潔凈的瓦斯治理之路。

1 瓦斯治理理念和模式

1.1 概況

瓦斯治理是煤礦安全生產(chǎn)的永恒主體，而提前抽采是煤礦防治瓦斯的最有效手段之一，地面抽采更為安全、更為主動(dòng)。上世紀(jì)90年代初，晉煤集團(tuán)在國(guó)內(nèi)率先引進(jìn)美國(guó)地面煤層氣開發(fā)技術(shù)，從1995年在國(guó)內(nèi)最早成功開發(fā)的潘莊井田七口煤層氣試驗(yàn)井開始，到如今的成立專業(yè)煤層氣公司，對(duì)地面煤層氣進(jìn)行專業(yè)化的開發(fā)與研究。地面煤層氣抽采井開采起初是從地面垂直井開始，經(jīng)過(guò)不斷探索、實(shí)踐、總結(jié)，掌握了“清水鉆井、活性水壓裂、定壓排采、低壓集輸”的煤層氣開發(fā)技術(shù)及工藝。再到已掌握地面垂直井、地面叢式井、地面水平羽狀井的開發(fā)技術(shù)與工藝及煤層氣的高效轉(zhuǎn)化利用，晉煤集團(tuán)的煤層氣利用率已達(dá)到65%以上水平。

1.2 三級(jí)瓦斯治理模式

對(duì)于正在開采或建設(shè)的礦井，全面推行“三級(jí)瓦斯治理模式”，對(duì)瓦斯含量高于15 m3/t、瓦斯壓力超過(guò)0.74 MPa的區(qū)域，至少提前5～10 a以上時(shí)間積極、有計(jì)劃地實(shí)施地面鉆井預(yù)抽采；對(duì)瓦斯含量大于8 m3/t小于15 m3/t、壓力超過(guò)0.74 MPa的區(qū)域，提前3～5 a時(shí)間實(shí)施井上下聯(lián)合抽采、區(qū)域遞進(jìn)式抽采；對(duì)瓦斯含量小于8 m3/t、瓦斯壓力小于0.74 MPa的預(yù)開采區(qū)，通過(guò)順煤層密集鉆孔、穿層鉆孔等手段，實(shí)行能抽盡抽、先抽后掘、先抽后采、邊抽邊采，確保瓦斯含量降至6～7 m3/t以下再開采。

1.3 地面鉆井抽采

晉煤集團(tuán)在充分發(fā)揮地面煤層氣抽采技術(shù)優(yōu)勢(shì)、專業(yè)隊(duì)伍優(yōu)勢(shì)、時(shí)空優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，按照“采氣采煤一體化”的原則，結(jié)合礦區(qū)開發(fā)規(guī)劃和礦井開采規(guī)劃，對(duì)15至20年后計(jì)劃開采的瓦斯含量高于15 m3/t的區(qū)域，提前實(shí)施地面鉆井預(yù)抽采，先采氣后采煤，降低瓦斯含量和壓力，消除突出危險(xiǎn)性，使礦井的生產(chǎn)建設(shè)由高突礦井向瓦斯礦井條件轉(zhuǎn)化，確保安全建設(shè)、安全開采。

截止到2014年12月底，按晉煤集團(tuán)統(tǒng)一審批的地面鉆井抽采方案，完成了寺河、成莊、趙莊、長(zhǎng)平等生產(chǎn)礦井和鄭莊、東大、胡底等建設(shè)礦區(qū)的地面煤層氣井施工，目前晉城礦區(qū)共有地面煤層氣鉆井2 221口，其中垂直井2 075口，叢式井144口，水平羽狀井2口，現(xiàn)有在抽鉆井1 037口，見圖1和圖2。通過(guò)寺河礦區(qū)對(duì)地面井抽采區(qū)域進(jìn)行鉆井取樣測(cè)試，可將控制區(qū)域煤層瓦斯含量年降低約1～1.5 m3/t。同時(shí)煤層氣地面開發(fā)業(yè)務(wù)也陸續(xù)拓展到西山礦區(qū)、陽(yáng)泉礦區(qū)、潞安礦區(qū)、離柳礦區(qū)以及甘肅、內(nèi)蒙、湖南、貴州等省區(qū)，日抽采煤層氣總量達(dá)400萬(wàn)m3以上。

圖1 叢式井抽采示意圖

圖2 水平羽狀井抽采示意圖

由于部分工作面雖抽采達(dá)標(biāo)，但在工作面初采期間，由于生產(chǎn)次序不穩(wěn)、工作面頂?shù)装遢^難控制等因素，初采期間瓦斯較正常生產(chǎn)時(shí)瓦斯偏大。為了解決工作面初采期間導(dǎo)致的上隅角瓦斯超限問(wèn)題，晉煤集團(tuán)率先使用了L型井，見圖3。在工作面初采前提前布置在工作面裂隙帶內(nèi)，并隨著工作面的推進(jìn)逐步垮落，抽采采空區(qū)裂隙帶內(nèi)的高濃度瓦斯，有效杜絕了工作面上隅角瓦斯超限問(wèn)題，其抽采濃度達(dá)到70%左右，瓦斯抽采量每天達(dá)到1萬(wàn)m3甚至更高，抽采效果顯著。

圖3 L型井采空區(qū)抽采示意圖

1.4 井上下聯(lián)合抽采

針對(duì)無(wú)法保證15 a以上預(yù)抽采的區(qū)域，在布置地面鉆井預(yù)抽采的同時(shí)，積極創(chuàng)造條件，在煤層中施工水平定向長(zhǎng)鉆孔，將地面鉆井壓裂影響區(qū)與井下水平鉆孔影響區(qū)相溝通，實(shí)施井上下聯(lián)合抽采，充分發(fā)揮地面、井下兩種抽采工藝的優(yōu)勢(shì)，提高抽采效果，有效降低煤體瓦斯含量，見圖4。

圖4 地面壓裂工藝與井下定向長(zhǎng)鉆孔工藝技術(shù)優(yōu)勢(shì)相結(jié)合

目前地面壓裂井下抽采技術(shù)在寺河礦、岳城礦、坪上煤業(yè)等中硬煤層取得了成效，單孔煤層氣井抽氣量最高超過(guò)了1萬(wàn)m3/d，可將井下鉆孔控制區(qū)域的抽采時(shí)間縮短至少一個(gè)月上。在成莊礦、趙莊礦等軟硬復(fù)合低透氣煤層中試驗(yàn)正在進(jìn)行，對(duì)改善煤層透氣性，提高抽采濃度和抽采量具有一定效果。

1.5 區(qū)域遞進(jìn)式抽采為保障

對(duì)近年內(nèi)即將開采的瓦斯含量大于8 m3/t煤層區(qū)域，主動(dòng)采取井上下聯(lián)合抽采工藝，在加快地面鉆井抽采的同時(shí)，堅(jiān)持應(yīng)用定向鉆機(jī)提前3～5 a，全面實(shí)施區(qū)域遞進(jìn)式預(yù)抽采。

井下區(qū)域遞進(jìn)式預(yù)抽采就是在工作面順槽掘進(jìn)過(guò)程中，利用定向鉆機(jī)等機(jī)具，向鄰近工作面施工長(zhǎng)鉆孔，提前開始預(yù)抽采，抽采區(qū)域不僅包括鄰近工作面，也包括與鄰近工作面相鄰的巷道條帶，為再下一個(gè)工作面的布置與預(yù)抽采創(chuàng)造條件。根據(jù)目前定向鉆機(jī)鉆進(jìn)水平并考慮鉆進(jìn)效率，一個(gè)預(yù)抽區(qū)域至少可涵蓋1～2個(gè)工作面。區(qū)域性遞進(jìn)式預(yù)抽采（見圖5），可保證工作面抽采時(shí)間，盡快取得預(yù)抽效果，實(shí)現(xiàn)工作面有序銜接。

圖5 井下區(qū)域遞進(jìn)式抽采瓦斯模式示意圖

定向鉆機(jī)鉆進(jìn)技術(shù)的成功應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)目標(biāo)：一是可以有效避讓或溝通地面鉆井抽采區(qū)域，實(shí)現(xiàn)井上下立體抽采的結(jié)合；二是可以充分利用煤層的不同層位，實(shí)現(xiàn)鉆孔的有效鉆進(jìn)和成孔；三是可以準(zhǔn)確確定鉆孔軌跡和終孔位置，實(shí)現(xiàn)煤體的均勻抽采達(dá)標(biāo)。

目前寺河礦在一、四盤區(qū)，成莊礦在四、五盤區(qū)，岳城礦在一、三盤區(qū)已經(jīng)形成多個(gè)定向長(zhǎng)鉆孔遞進(jìn)式抽采區(qū)域，保障了采掘工作面的良性接替。

2 抽采瓦斯的有效利用

晉煤集團(tuán)不斷拓展煤層氣（煤礦瓦斯）利用途徑，形成了煤層氣勘探、抽采、輸送、壓縮、液化、化工、發(fā)電、汽車燃?xì)狻⒕用裼脷獾韧暾漠a(chǎn)業(yè)鏈，培育了國(guó)內(nèi)最大規(guī)模的煤層氣利用市場(chǎng)。

在低濃度瓦斯發(fā)電上，建成了世界最大的120 MW瓦斯發(fā)電廠，形成了總裝機(jī)容量189 MW的瓦斯發(fā)電集群，年可利用煤層氣約3.5億m3；在民用燃?xì)馍?，現(xiàn)已覆蓋晉城、長(zhǎng)治、晉中等地區(qū)，煤層氣居民用戶達(dá)15萬(wàn)余戶、40余萬(wàn)人；在汽車燃料上，已在山西省的晉城、長(zhǎng)治、太原、臨汾，以及河南焦作等地建成了24座煤層氣加氣站點(diǎn)，擁有300余輛煤層氣運(yùn)輸專用槽車，晉城及周邊城市CNG、LNG汽車達(dá)到了8 000多臺(tái)；在工業(yè)用氣上，已實(shí)現(xiàn)向晉城市及周邊地區(qū)的陶瓷、玻璃、鋼鐵等生產(chǎn)企業(yè)提供煤層氣燃料，日供氣量達(dá)到100萬(wàn)m3以上；在化工用氣上，充分利用煤炭中碳含量多、煤層氣中氫含量多的特點(diǎn)，積極培育和發(fā)展“煤-氣-化”產(chǎn)業(yè)鏈，將煤炭與煤層氣按相應(yīng)比例，科學(xué)配比制甲醇，產(chǎn)生了“1+1＞2”的經(jīng)濟(jì)效果；在煤層氣壓縮（CNG）或液化煤層氣（LNG）上，目前，煤層氣主要銷往山西、河南、河北、江蘇、浙江、上海、廣東等7個(gè)省、20多個(gè)地市。

3 結(jié)論

晉煤集團(tuán)經(jīng)過(guò)多年探索和實(shí)踐，率先實(shí)施了“采煤采氣一體化”及“三級(jí)瓦斯治理模式”，煤層氣安全效益方面，有效減少了煤層瓦斯含量，降低了礦井瓦斯壓力，為從源頭上治理瓦斯災(zāi)害、保障礦井安全生產(chǎn)；在環(huán)保效益方面，使用煤層氣作燃料的汽車可使一氧化碳排放量減少97%，碳是氫化合物減少72%，氮氧化合物減少39%，二氧化碳減少24%，二氧化硫減少90%；在經(jīng)濟(jì)效益方面，引入清潔發(fā)展機(jī)制（CDM），已爭(zhēng)取CDM補(bǔ)貼2.78億元；社會(huì)效益方面，促進(jìn)了資源的綜合利用，為社會(huì)提供了新型清潔能源。

[1]司光耀，蔡武，張強(qiáng).國(guó)內(nèi)外煤層氣利用現(xiàn)狀及前景展望[J].中國(guó)煤層氣，2009（6）：44-46.

[2]錢小武，袁梅.中國(guó)煤層氣利用現(xiàn)狀淺析[J].煤，2009（18）：33-36.

[3]張國(guó)寶.全面推進(jìn)煤礦瓦斯治理和煤層氣產(chǎn)業(yè)化開發(fā)[J].中國(guó)科技投資，2009（10）：4-6.

[4]許婷婷，鄭愛華.煤層氣利用率對(duì)其開發(fā)綜合效益的影響[J].礦產(chǎn)保護(hù)與利用，2010（1）：55-58.

[5]黃盛初，朱超.我國(guó)煤層氣利用技術(shù)現(xiàn)狀與前景[J].中國(guó)煤炭，1998（5）：25-28.

Gas Drainage and Application of Outburst Mine in Jincheng Coal Group

WANG Huibin
(Safety Engineering Division,Shenyang Research Institute for Coal Industry,Shenyang 110000,China)

Principles and patterns of coalbed methane(CBM,or gas)control in Jincheng Coal Group was introduced,including integrated coal mining and gas extraction,three-grade gas control pattern,and their matching treatments.The paper focuses on the efficient transformation and application effect of the gas drainage,which opened a new dimension for the gas drainage and application and provided references for the CBM application for other coal enterprises.

gas;integrated coal mining and gas extraction;three-grade gas control;principle

X936

A

1672-5050（2015）03-0041-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.03.015

（編輯：薄小玲）

2015-03-15

王會(huì)斌（1987-），男，河南鶴壁人，碩士，助理工程師，從事礦井瓦斯治理技術(shù)研究。