齊大田　吳巖　劉瑜

摘 要：綠色采礦是一種考慮環(huán)境影響和資源消耗的采礦方式。文章闡述了綠色采礦框架體系煤與瓦斯聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的概念和形式，總結(jié)了提取高濃度瓦斯的關(guān)鍵技術(shù)，并強(qiáng)調(diào)重視合理的生產(chǎn)布局和提取系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)煤與瓦斯采礦技術(shù)的重要保證。

關(guān)鍵詞：綠色開(kāi)采;煤與瓦斯共采;生產(chǎn)布局;抽采系統(tǒng)

煤礦開(kāi)采在礦區(qū)造成了獨(dú)特的生態(tài)和環(huán)境問(wèn)題，并建立了綠色采礦的概念，以確保在煤炭開(kāi)采材料的基礎(chǔ)上最大限度地控制和保護(hù)礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境。目前，作為綠色采礦技術(shù)之一的煤與天然氣聯(lián)產(chǎn)技術(shù)取得了初步成效，主要包括沁水盆地金城聯(lián)合開(kāi)采模式、兩淮降壓模式及地表煤層氣開(kāi)發(fā)模式[1]。由于我國(guó)對(duì)天然氣資源開(kāi)發(fā)的認(rèn)識(shí)和技術(shù)存在一些問(wèn)題，大量的天然氣資源尚未得到利用，影響了煤與瓦斯采礦技術(shù)的工程應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上，本文從概念、形式和關(guān)鍵技術(shù)出發(fā)，探討了綠色采礦框架體系中煤與瓦斯采礦技術(shù)的概念，從而加強(qiáng)煤層氣作為清潔能源的開(kāi)發(fā)利用，有效減少溫室氣體排放，確保煤礦安全生產(chǎn)。

1 ? ?綠色開(kāi)采的概念

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外許多專(zhuān)家學(xué)者系統(tǒng)研究了礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)利用、環(huán)境、生態(tài)和可持續(xù)發(fā)展，提出了綠色礦業(yè)的概念。雖然“綠色采礦”有不同的表達(dá)方式，但總結(jié)來(lái)說(shuō)是一種考慮資源效率和環(huán)境影響的現(xiàn)代采礦模式。目標(biāo)是在采礦過(guò)程中最大限度地提高資源開(kāi)發(fā)效率，最大限度地減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，協(xié)調(diào)和優(yōu)化企業(yè)的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益[2]。綠色采礦的關(guān)鍵是綠色采礦實(shí)施技術(shù)和應(yīng)用。

2 ? ?煤與瓦斯共采

2.1 ?煤與瓦斯開(kāi)采的“O”環(huán)原理

煤層有兩種類(lèi)型的瓦斯抽放方法：首先，采礦前的預(yù)排水是采礦期間和采礦后的減壓泵送。研究表明，中國(guó)的煤儲(chǔ)層一般具有高度變質(zhì)、低滲透、低壓和低含氣飽和度的特點(diǎn)。70%以上煤層的滲透率小于1×10-3 μm2。實(shí)踐表明，一旦煤層引起巖石運(yùn)動(dòng)，即使是滲透率非常低的煤層也會(huì)使其滲透率增加數(shù)十至數(shù)百倍[3]。

2.2 ?減壓瓦斯抽放不足

國(guó)內(nèi)外卸油瓦斯抽放研究有兩個(gè)方面：首先，目前對(duì)覆巖開(kāi)采裂縫分布特征的研究尚不完全清楚，影響了排水鉆井布置的優(yōu)化;其次，國(guó)內(nèi)外減壓瓦斯抽放是以采礦層工作面安全生產(chǎn)為基礎(chǔ)，主要研究煤層及相鄰層的瓦斯抽放。然而，對(duì)于壓力釋放程度和卸載瓦斯抽放對(duì)上覆長(zhǎng)距離煤層的影響缺乏研究。

3 ? ?煤與天然氣合作生產(chǎn)形式和特點(diǎn)

3.1 ?煤層氣開(kāi)采

中國(guó)的資源型煤炭和天然氣開(kāi)采，主要基于煤層氣開(kāi)發(fā)企業(yè)。煤層氣開(kāi)采主要采用地面鉆井和排水，先采煤，然后采煤，分為天然氣生產(chǎn)和煤炭開(kāi)采兩個(gè)階段，實(shí)現(xiàn)煤與天然氣的聯(lián)合生產(chǎn)。據(jù)初步估計(jì)，中國(guó)擁有30～35萬(wàn)億平方米的煤層氣資源，在2 km的淺水區(qū)，位居世界第一[4-5]。煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景十分廣闊，但中國(guó)煤層氣滲透率小，煤層發(fā)生條件復(fù)雜，開(kāi)發(fā)過(guò)程十分困難。

3.2 ?煤礦瓦斯抽采

中國(guó)安全和資源的煤與天然氣共同開(kāi)采，主要集中在礦山和高瓦斯礦井，提煉和綜合利用煤礦瓦斯，是一種寶藏，但從煤礦中提取的天然氣濃度不穩(wěn)定，可用量有限。煤礦瓦斯抽放主要采用地下鉆井和開(kāi)采，采礦時(shí)采用第一采礦層（保護(hù)層），同時(shí)，保護(hù)層作用在于使氣體減壓和解吸，并在提取氣體的同時(shí)提取煤。近十年來(lái)，中國(guó)的天然氣開(kāi)采技術(shù)取得了快速發(fā)展。煤層瓦斯氣主要通過(guò)地下煤層瓦斯預(yù)排水、側(cè)采（鉆井）側(cè)提取和采后提取來(lái)提取。大口徑、長(zhǎng)孔鉆、定向鉆、煤層防反射等工藝流程日趨成熟，應(yīng)用廣泛，排水效果顯著，為煤礦瓦斯防治奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

3.3 ?煤層氣開(kāi)采和煤礦瓦斯抽放的特點(diǎn)

為了達(dá)到節(jié)約資源的目的，煤層氣開(kāi)采是從地面鉆到目標(biāo)煤層，采用壓裂和防反射措施，采用排水工藝收集目標(biāo)層解吸氣體。煤層氣的甲烷濃度超過(guò)90%，相當(dāng)于傳統(tǒng)的天然氣，可用作民用燃料和工業(yè)原料。通過(guò)凈化、壓縮油罐車(chē)或通過(guò)燃?xì)夤艿拦?yīng)周?chē)擎?zhèn)是方便的。煤礦瓦斯抽放的目的是控制天然氣，主要是在地下鉆井，有時(shí)與施工地面鉆井相結(jié)合，采用防反射措施或利用巖層運(yùn)動(dòng)的效果[6]。

4 ? ?煤與瓦斯共采技術(shù)

4.1 ?開(kāi)采保護(hù)層技術(shù)

通過(guò)理論分析和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，該研究成功開(kāi)發(fā)了一系列減壓和防反射技術(shù)，如長(zhǎng)距離煤層向上卸壓、近距離煤層多次降壓減壓以及采礦急傾斜煤層的平行減壓。煤層氣的通孔鉆井和排水施工，消除了煤層突出的危險(xiǎn)，降低了煤層瓦斯含量。

4.2 ?頂板鉆井和排水技術(shù)

通過(guò)泵送和切斷上部相鄰層氣體的通道到工作表面，同時(shí)拉動(dòng)采空區(qū)下部的氣體以減少氣體流入工作面。原理是增加采空區(qū)流場(chǎng)上部的下沉點(diǎn)，使大量氣體通過(guò)下沉點(diǎn)流出。

4.3 ?建立有效地質(zhì)保障系統(tǒng)

高分辨率和三維三分量地震勘探技術(shù)用于準(zhǔn)確解釋地質(zhì)結(jié)構(gòu)并準(zhǔn)確預(yù)測(cè)煤層分布和厚度，有效識(shí)別中小型斷層和裂縫，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)天然氣及其分布。

4.4 ?優(yōu)化礦井開(kāi)拓布局

采用“分區(qū)開(kāi)拓、分區(qū)建設(shè)、分區(qū)通風(fēng)”，礦山安全生產(chǎn)系統(tǒng)減少了采礦工作量，減少了投資，縮短了施工周期。

4.5 ?創(chuàng)新開(kāi)采方法

在礦區(qū)的劃分和采礦區(qū)的布局中，應(yīng)盡可能增加采區(qū)的面積，并應(yīng)增加工作面的長(zhǎng)度和工作面的長(zhǎng)度。當(dāng)煤層傾角小于12°時(shí)，采用傾斜條帶布置，采煤方法盡可能選擇全機(jī)械化采礦，何時(shí)不采用高等級(jí)綜采。

5 ? ?結(jié)語(yǔ)

煤與瓦斯采礦可分為地表煤層氣開(kāi)發(fā)和煤礦瓦斯抽放。引導(dǎo)煤層氣開(kāi)發(fā)形成規(guī)模較大，從煤礦瓦斯抽放中獲取更經(jīng)濟(jì)、可用的高濃度瓦斯，以更好地利用瓦斯資源。

[參考文獻(xiàn)]

[1]章磊，王勇，高保彬，等.復(fù)雜礦井綠色安全開(kāi)采體系設(shè)計(jì)探討[J].煤炭工程，2017（7）：4-7.

[2]余陶，李平，張錘金，等.深井高瓦斯煤層群首采層開(kāi)采卸壓瓦斯高效抽采模式與關(guān)鍵技術(shù)[J].中國(guó)科技成果，2017（2）：37-38.

[3]郭文兵，王云廣.基于綠色開(kāi)采的高強(qiáng)度開(kāi)采定義及其指標(biāo)體系研究[J].采礦與安全工程學(xué)報(bào)，2017（4）：616-623.

[4]杜君武，易永忠.綠色開(kāi)采技術(shù)在煤炭企業(yè)中的應(yīng)用分析[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2018（6）：58.

[5]陳強(qiáng)，蘇鋒，焦士海.對(duì)煤與瓦斯治理的現(xiàn)狀分析及防治對(duì)策探討[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2017（22）：129.

[6]于海旭，張偉華，李強(qiáng).試論煤礦綠色開(kāi)采技術(shù)研究與應(yīng)用[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2019（2）：232.

作者簡(jiǎn)介：齊大田（1988— ），男，工程師，技術(shù)員，學(xué)士。