(山西晉城無煙煤礦業集團有限公司山西晉城048006)
作者簡介:何天才，出生於1963，男，山西晉城人，山西晉城煤業集團總工程師，博士生，從事煤炭及煤層氣開發工作。
經過幾年的發展，晉城礦區煤層氣地面抽采量達到30×104m3，日壓縮煤層氣達到10×104m3，初步形成了壹定的生產規模。同時，生產實踐證明，煤層氣地面抽采能有效降低煤層瓦斯壓力和瓦斯含量。根據目前實際產氣量計算，每年可減少煤層氣井控制範圍內的瓦斯含量約1m3，因此地面抽采煤層氣可降低礦井的突出危險性，減少井下瓦斯湧出量，促進煤礦安全生產。
關鍵詞:晉城煤層氣開發利用進展
晉城煤礦煤層氣開發利用進展
何天才，田永東
(山西晉城無煙煤礦業集團有限公司，晉城048006)
摘要:晉城煤礦煤層氣地面抽采工程經過幾年的發展，目前煤層氣日產量已達30萬m3，壓縮煤層氣日產量為10萬m3，已形成壹定的生產規模。同時，生產實踐證明，煤層氣地面抽采能有效降低瓦斯含量和瓦斯壓力。根據目前的產氣量，在壹口煤層氣井的控制範圍內，每年可減少煤層瓦斯含量1立方米。因此，煤層氣地面抽采可以降低礦井的沖擊危險性，減少井下瓦斯湧出，提高煤炭安全生產。
關鍵詞:晉城；CBM發展；利用率；進步
1的開發背景和概況
晉城礦區是國家規劃的13大型煤炭基地中靳東煤炭基地的重要組成部分，也是國家首批規劃的19煤炭礦區之壹。是我國重要的優質無煙煤生產基地，是國家重點保護的稀缺煤種。礦區位於山西省東南部，沁水煤田南部，規劃面積3753km2，地質儲量437.6×108t，規劃礦井13個。晉城煤業集團作為晉城礦區的主要開發商，目前擁有7個生產礦井和1個在建礦井。2005年核定產能3060×104t/a，實際生產原煤3006×104t。
根據煤炭科學研究總院重慶分院和Xi安分院的評價報告，晉城礦區規劃區煤層氣資源總量為6000×108m3，寺河井田和成莊井田為530×108m3。寺河井田東區平均瓦斯含量為9.03m3/t，西區為16.6m3/t，北區地面抽采鉆孔施工期間最高瓦斯含量為28.7m3/t。成莊井田西南部最高瓦斯含量為15.62m3/t，礦區煤層滲透系數壹般為0.0239 ~ 213m2/mpa2 d，煤層瓦斯壓力壹般為0.2 ~ 2.12mpa。
成莊礦2005年瓦斯絕對湧出量達到239m3/min，相對湧出量為16.14 m3/t，寺河礦2005年瓦斯絕對湧出量達到479m3/min，相對湧出量為22.3m3/t，為高瓦斯礦井。
目前，寺河礦和成莊礦井下瓦斯抽采已難以滿足煤礦安全生產的需要，必須通過地面抽采減少礦井瓦斯湧出量。
晉城礦區煤層氣的開發利用
煤層氣(瓦斯)作為煤炭的伴生資源，不僅對煤礦生產安全和礦工生命安全構成最大威脅，而且是壹種具有強烈溫室效應的有害氣體。為有效緩解瓦斯對煤礦和礦工的危害，從源頭上有效降低煤層瓦斯含量，建設本質安全型礦井，晉城煤業集團多年來始終堅持“為安全生產服務、提高居民生活質量、實現產業化經營”的指導思想，以“井下與井下抽采相結合、抽采利用相結合”的工作原則，不斷探索瓦斯治理和開發利用的新路子，取得了良好的經濟、社會和環境效益。
2.1煤層氣地面排水
地面鉆孔預排水主要是指礦井建設或煤層開采前的預排水。它不受空間或時間的限制。大型井組可以提前5年，65，438+00年或更長時間在地面布置，進行大規模排水，既可以提高排水效果，又可以形成產業規模。地面鉆孔可以實現開采前、開采中和開采後的長期穩定排水，還可以起到地質勘探的作用。
自1992以來，晉城煤業集團在潘莊先後建成7口煤層氣井，在全國率先開展了煤層氣地面預抽試點工作。經過十幾年的生產試驗和技術攻關，基本掌握了煤層氣井無煙煤地面抽采鉆井、壓裂、排水、集輸等壹整套工藝技術。從2003年開始，晉城煤業集團開始在寺河礦和成莊礦進行大規模的煤層氣地面抽采，到2005年底，已在寺河礦區形成150口煤層氣井的井組規模，成為目前國內最大的地面抽采井組，年抽采能力為1.2×108 m3。
截至目前，晉城煤業集團已完成300多口煤層氣井，200口煤層氣井基本具備抽采條件。地面煤層氣年抽采能力達到1.5×108m3，其中110口煤層氣井投產產氣，日產氣30×104m3。隨著煤層氣井組規模的逐步擴大，地面煤層氣產量也在不斷增加。2006年上半年，晉煤集團地面煤層氣抽采量接近4000×104m3。
煤層氣(氣)也是壹種清潔高效的能源，我國政府鼓勵開發利用。為此，晉城煤業集團不僅建成了目前國內最大的煤層氣地面排水井組，還建立了完善的煤層氣利用體系。2005年底，潘莊煤層氣壓縮站分兩期擴建，日處理能力為16×104m3，也是目前國內最大的煤層氣壓縮站。潘莊煤層氣經壓縮後源源不斷地輸送到晉城、長治、太原、鄭州、焦作、開封等城市，廣泛應用於民用、工業、公用、發電、汽車燃料等行業。此外，潘莊的煤層氣也開始向周邊農村居民供應，使他們告別了世代用煤的歷史，用上了清潔的天然氣。
2005年，晉城煤業集團用罐車運輸煤層氣870×104m3，當地使用煤層氣68.88×104m3。全年地面抽采煤層氣總利用量達到939.88×104m3，抽采利用率為46.9%。隨著汽油價格的上漲和國內能源需求的增加，周邊城市購買煤層氣的意向也在增加。僅2006年上半年，晉城煤業集團就用罐車運輸煤層氣1.400×1.04 m3以上。
隨著煤層氣地面抽采能力的不斷提高，為充分利用地面抽采煤層氣，晉煤集團加大了煤層氣利用項目的投資和建設力度。目前，正在新建兩座日處理能力為20×104m3的煤層氣壓縮站，預計2006年底投產。“李莊-晉城-礦區”煤層氣輸氣管道也在建設中。預計管道將於2006年底前鋪設，最終管道年輸量將達到9×108m3。這些項目建成後，寺河礦區及其附近的煤層氣將得到有效利用。
2.2煤層氣地下排水
雖然煤層氣地面抽采有很多優點，但目前井下抽采仍是解決礦井通風和安全生產的主要手段。因此，晉煤集團在更加重視煤層氣地面抽采的同時，加大了煤層氣井下抽采的力度，采取密集煤層鉆抽結合、老采空區采抽結合的方式，增加抽采的覆蓋面和強度。2005年，晉煤集團還從澳大利亞引進了3臺千米鉆機用於寺河礦和成莊礦井下瓦斯抽采，並在寺河礦成功施工千米鉆孔。
2005年寺河礦井下瓦斯抽采總量達到10950×104m3，瓦斯抽采平均濃度約為55%，主要用於發電、煤泥幹燥、鍋爐、民用等。2005年，寺河礦實際瓦斯利用量(標稱純量)達到9065×104m3，井下瓦斯抽采利用率達到82.8%，其中1500MW瓦斯電站用氣量為4985×104m3，煤泥幹燥用氣量為52.6×104m3。成莊礦2005年井下瓦斯抽采總量達到5052×104m3，主要用於民用和發電。2005年，晉城煤業集團煤層氣總利用量達到10004.88×104m3，利用率為55.6%，相當於減少二氧化碳排放量約150×104t。
目前，亞洲開發銀行12×104kW煤層氣電站項目已於2006年初正式開工，壹期工程預計年底竣工。屆時，寺河礦及其附近礦井排出的瓦斯將得到充分利用。
2.3清潔發展機制
晉城煤業集團在利用有形煤層氣的同時，積極利用清潔發展機制開發CDM項目。晉煤集團亞洲開發銀行貸款的12×104kW煤層氣發電廠項目，每年將利用煤層氣1.8×108m3，相當於每年減少二氧化碳排放200多萬噸，可大大減少礦井瓦斯風排放，保護大氣和環境。2004年，世界銀行碳匯基金購買了450×104t(10年)的減排量和150×104t的期權。減排購買協議於2004年2月1日簽署，日本碳基金(日本碳基金)
3煤層氣地面預抽實際效果評價
通過地面預抽煤層氣，可以降低煤層中的瓦斯含量，提前釋放瓦斯壓力，從源頭上有效控制瓦斯災害，促進礦井安全生產。此外，煤層氣鉆井還可作為地質勘探孔，煤層氣是優質能源，煤層氣地面排水具有良好的綜合效益。
3.1效果好，促進安全。
根據生產數據，截至2006年6月底，寺河煤層氣預抽項目100口煤層氣井累計產氣量超過6000×104m3。按該區平均煤層厚度6m，密度1.45 t/m3計算，這100口煤層氣井的控制煤炭儲量約為9000× 6544。也就是說，經過壹年多的抽采，該區煤層氣井控制範圍內的每噸煤層瓦斯含量平均下降了0.66m3左右。目前，這100口煤層氣井的日產氣總量已達到25×104m3。據此數據，未來該煤層氣井組控制範圍內每噸煤每年可減少瓦斯含量約1m3。這樣經過7 ~ 8年的地面預抽，可使抽放區域每噸煤層瓦斯含量降至8m3以下，達到相對安全的條件。
值得註意的是，晉煤集團已施工的煤層氣井中，SH-003、SH-075、SHX-108、SHX-112、SHX-115均有不同程度的井噴現象
3.2多用途和低投資。
在煤層氣井的開發過程中，可以獲得大量的煤層及其頂底板的深度和巖性的詳細數據，以及煤層的含氣量和富水性的詳細信息，這些也是今後煤炭開采過程中的必要信息。通過對這些數據的處理和利用，可以提高數據的利用效率，節省勘探投資，所以煤層氣地面鉆井也起到了地質勘探孔的作用。
煤層氣井的井距壹般在300 ~ 400 m左右，遠小於普通煤炭勘探孔的井距，因此鉆煤層氣井獲得的參數具有相對較高的精度。目前，晉煤集團正在整理煤層氣井控制區的相關數據，並在此基礎上繪制更為詳細的煤層底板等高線圖和煤層厚度等高線圖，不久將應用於該地區煤礦的煤炭生產。圖1和圖2是利用煤層氣井開發資料繪制的煤層底板和瓦斯含量等值線圖，這些圖的精度有了很大的提高。
圖1根據鉆孔數據繪制的煤層底板等高線圖
基於解吸和解吸數據的氣體含量等值線圖。
隨著未來煤炭的開采，煤層氣地面預抽孔還將具有采後功能，可以在煤炭開采的不同階段抽排礦井瓦斯，從而延長氣井的生產周期，大大提高煤層氣井的利用率，真正實現壹井多用。
3.3濃度高，用途廣
地下瓦斯由於濃度相對較低，只能就地生成或燃燒，利用價值低，效益差。而從地面抽出的煤層氣甲烷濃度通常高於95%，因此用途更廣，利用價值更高。地面排水煤層氣不僅可用於發電和燃燒，還可用作汽車燃料。目前晉城市汽車用壓縮煤層氣銷售價格為2.2元/m3，遠高於發電和燃燒用煤層氣。此外，煤層氣可以通過壓縮或液化輸送到其他城市，因此利用價值高，效益好。
目前，晉煤集團地面開采的煤層氣大部分通過壓縮運輸到周邊城市利用。截至目前，潘莊煤層氣壓縮站已壓縮2500×104m3煤層氣，深受市場用戶好評，購買需求旺盛。
4晉煤集團煤層氣開發利用規劃
“十壹五”期間，晉城煤業集團將緊緊圍繞晉城礦區總體發展規劃，開展大規模煤層氣抽采。生產礦井將提前5 ~ 7年或更長時間布置地面鉆孔抽放，以降低煤層瓦斯含量，釋放瓦斯壓力。井下抽采主要采用模塊化預抽、本煤層密集鉆孔抽采、邊采邊抽、老采空區抽采相結合的綜合抽采方式，以增加抽采的覆蓋面和強度，最終形成地上抽采和井下抽采相結合。待開發礦井從即日起進行地面預抽，力爭通過預抽使新井投產時煤層瓦斯含量降至65438+100m3/t以下，不僅能有效提高新井安全可靠性，實現安全生產，還能在壹定程度上減少礦井通風系統投資和巷道建設費用，從而減少新井基建投資。
預計到“十壹五”末，晉城煤業集團將在現有高瓦斯礦井和新建礦井建設2000口地面煤層氣抽采井，進壹步完善井下瓦斯抽采系統，加大瓦斯抽采力度，使井上井下煤層氣年抽采能力達到18×108 m3。屆時，晉煤集團將全面實現煤層氣同步抽采，構建采氣采煤壹體化生產格局，真正建立本質安全型煤炭企業。
參考
梁緣。2004，松軟低透氣性煤層群瓦斯抽放理論與技術。北京:煤炭工業出版社。
林百泉，張建國。礦井瓦斯抽放理論與技術。徐州:中國礦業大學。