河南煤化集團煤層氣 (煤礦瓦斯)開發利用現狀與展望

馬 耕

(河南煤業化工集團有限責任公司,河南 450000)

河南煤化集團煤層氣 (煤礦瓦斯)開發利用現狀與展望

馬 耕

(河南煤業化工集團有限責任公司,河南 450000)

河南煤業化工集團所屬煤礦煤層氣資源豐富,煤層含氣量高、含氣飽和度高、資源豐度大,開發潛力巨大。所屬高瓦斯礦區煤層具有低透氣性、可壓密性和易流變性的“三性”特征。2009年集團公司預計全年煤層氣抽采量可突破1.2億m3。今后必須積極開展區域性瓦斯治理工作,大幅度提高瓦斯抽采量,才能從根本上消除瓦斯威脅,保證礦井安全生產。

煤層氣 井下抽采 地面開發 利用

1 河南煤業化工集團概況

河南煤業化工集團有限責任公司是經河南省委、省政府批準,于2008年12月5日在永煤集團、鶴煤集團、焦煤集團、中原大化、省煤氣集團的基礎上重組的國有獨資公司。2009年中國企業500強排名第68位。預計2009年全年營業收入將突破1000億元,利稅突破100億元,煤炭產量突破5000萬噸。礦井分布于河南、貴州、新疆、內蒙四個省區十幾個礦區,60%的礦井為高瓦斯或煤與瓦斯突出礦井,其中焦作礦區為全國煤與瓦斯突出最嚴重的礦區之一。

河南煤業化工集團所屬煤礦煤層氣資源豐富,煤層含氣量高、含氣飽和度高、資源豐度大,開發潛力巨大。據不完全統計 (河南省內),煤層氣資源總量約4824億m3。平均資源豐度為2.39億m3/ km2,煤層氣項目的開發機會很多。集團所屬高瓦斯礦區煤層具有低透氣性、可壓密性和易流變性的“三性”特征,地面鉆井采氣困難極大。生產礦井的瓦斯抽采具有很大的優勢,井下卸壓鉆孔抽采瓦斯流量大,采氣容易。但是煤礦井下卸壓瓦斯抽采受采掘作業影響大,抽采時間不長,制約了井下瓦斯抽采效果的提高。

2 煤層氣 (煤礦瓦斯)抽采情況

近幾年來,各煤礦企業依靠科技進步,開展了全面的綜合治理瓦斯工作,大力開展瓦斯抽采,消除突出威脅和瓦斯超限現象,在抽采的同時,采取多種措施,提高抽采濃度進行瓦斯利用,形成了以利用促抽采,以抽采保安全的良性循環,取得了顯著的成效,

目前,集團公司高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井全部實現了瓦斯抽采。共建有瓦斯抽放系統66套,安裝瓦斯抽放泵132臺,抽采能力達到1億m3/a。形成了以地面鉆井抽采、本煤層平行鉆孔抽采、斜交鉆孔抽采、網格式鉆孔抽采、淺孔卸壓鉆孔抽采、高位鉆孔抽采、采空區埋管抽采、掘進頭正前預抽、巷幫邊掘邊抽、巖巷穿層抽采、高低負壓分源抽采為一體的礦井立體交叉綜合抽采體系。2009年集團公司計劃抽采瓦斯11212.3萬m3,預計全年抽采量可突破1.2億m3。

2.1 采取主要抽放措施

2.1.1 地面鉆孔抽采

焦煤公司曾在上世紀80年代初、1995年前后,就先后在中馬村礦、古漢山礦進行過地面鉆井抽采瓦斯的研究試驗。2006年與省煤層氣公司合作,再次進行地面鉆井抽采試驗。截止目前,已完成地面抽采井34口,全部進行了水砂壓裂,有2/3的鉆井進行了抽采,單井最大產氣量為 1400m3/d,一般為300～600m3/d。在地面抽采井壓裂影響范圍內,井下鉆孔抽采濃度達80%左右,抽采量顯著增加。地面鉆井抽采試驗的成功,使礦井區域瓦斯治理工作發生根本性轉變。

2.1.2 改造抽采系統,提高抽采能力

近幾年來,各煤業公司通過可行性研究,對原有的井下瓦斯抽采系統均進行了全面技術改造,實現了大抽采泵、大抽采管、大鉆機、大鉆孔“四大”抽采目標。目前,集團公司抽采能力達到1億m3/a以上,噸煤抽采瓦斯量8m3/t,抽采效果的大幅度提高,有效的杜絕了礦區瓦斯事故的發生,為回采工藝的改革奠定了基礎。

2.1.3 積極推廣應用千米鉆機

為了進一步提高瓦斯抽采裝備水平,拓寬瓦斯區域治理的途徑,焦煤公司、鶴煤公司先后采購了澳大利亞千米定向鉆機,其中焦煤公司正在中馬村礦加緊煤、巖分支長鉆孔試驗。目前煤孔施工最深達279m,已初見成效。

2.1.4 推廣應用巖石抽放巷,落實區域瓦斯治理措施

近年以來,焦煤、鶴煤公司結合各礦瓦斯賦存和地質特點,分步推進,分類指導,一礦一策,全面開展了區域瓦斯治理工作。重點是推廣應用巖石抽放巷。焦煤九里山礦從2007年開始在15采區、24采區開展頂 (底)板超前巖巷穿層預抽掩護掘進,通過穿層抽采技術的應用,有效的消除了抽采條帶內的瓦斯突出危險,掩護了嚴重突出區內煤層巷道的安全掘進;古漢山礦16采區頂板超前巖巷穿層預抽掩護掘進;演馬莊礦充分利用準備工作面的上下風道,采用強力鉆機,施工相鄰工作面傾斜長鉆孔,實現區域預抽等等。

2.1.5 推廣應用綜合抽放技術,實施分源抽放

目前,集團公司多數礦井實現了地面抽放泵站帶抽本煤層鉆孔、穿層鉆孔、邊掘邊抽鉆孔,高負壓抽出高濃度瓦斯并加以利用;井下抽放泵站低負壓大流量帶抽頂板裂隙鉆孔、煤壁淺孔、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 掘進工作面邊掘邊抽

在施工掘進工作面巷道兩側錯對口各開一個鉆場,兩側鉆場深度一般為3～4m,以后巷道每向前掘進30～50m,開一對鉆場。每個鉆場內沿巷道施工布置4～10個鉆孔。

2.2 井下抽采方法

2.2.1 回采工作面網格式鉆孔抽采瓦斯

煤層預抽瓦斯是回采工作面解除突出危險的主要措施,目前主要是在工作面回采之前,先在機、風巷采用平行鉆孔進行本煤層深孔打鉆進行抽放。沿工作面向上和向下鉆孔長度超過工作面長度的一半,鉆孔直徑為75mm,鉆孔之間的間距為1～3m。鉆孔的瓦斯抽采量不僅與抽采時間有關,而且主要取決于煤層的透氣性。網格抽采是通過合理布置網格抽采鉆孔,優化抽采參數,達到了更好的卸壓抽采效果。

焦煤公司通過對網格抽采技術的研究和推廣應用,大大提高了抽采效果,工作面抽采時間降低了1/3,抽采量提高了2～3倍,使工作面回采期間配風量大幅度降低,消除了工作面突出危險和回采期間瓦斯超限現象。

2.2.2 高位鉆場抽放

工作面上巷設計高位鉆場,每個鉆場內設計施工六個鉆孔,鉆孔長度85～200m,鉆場間距65～180m,壓茬20m以上。

2.2.3 回采工作面上隅角抽放

直接在上隅角瓦斯濃度最高處敷設管路接入抽放管道進行抽放,并隨著工作面的推移而移動。2.2.4 淺孔卸壓抽放

在工作面煤壁每隔1～2m打一個孔深6～8m的鉆孔,鉆孔孔徑為42mm,鉆孔施工完畢后及時封孔抽放瓦斯。

3 煤層氣 (煤礦瓦斯)利用情況

焦煤公司煤層氣綜合利用項目主要是民用和煤層氣發電,現煤層氣民用用戶已達6.5萬戶,煤層氣發電機組已安裝18臺,總裝機容量達9000KW。2008年瓦斯抽采量3575.25萬m3,利用量1623.4萬m3,年發電量2238萬kWh。

鶴壁公司十分重視瓦斯的利用工作,2004年在四礦安裝的2臺500KW高濃度瓦斯發電機組首先成功運行,截止目前在三、六、八、九、十礦及中泰公司已安裝16臺低濃度瓦斯發電機。2008年實現發電2892.56萬kWh,消耗純瓦斯964.19萬m3。在積極開展瓦斯發電項目的同時,鶴煤公司還進行了瓦斯發電余熱利用研究試驗。2007年,六礦的5臺發電機組的余熱已得到利用,停止了鍋爐燃煤供熱,節約了煤炭資源,取得了良好的經濟效益和社會效益。

永煤公司瓦斯利用起步較晚,2007年12月鑫龍煤業龍山礦投資650萬元建成兩臺500GF1-3PW型低濃度煤層氣發電機組,裝機容量為2×500kW。2009年4月,紅嶺礦裝機容量為4×500kW機組正式投入運行。安陽鑫龍煤業主焦礦和永貴公司五風礦瓦斯發電地面發電利用系統正在建設中,預計年底前可實現發電。永煤公司2008年計劃煤層氣電利用量100萬m3,實際發電利用量為151.8萬m3。

4 煤層氣 (煤礦瓦斯)開發利用潛力分析

河南煤業化工集團所屬礦井分布范圍廣、地質條件復雜,煤與瓦斯突出嚴重,隨著礦井開采深度的加大,煤層瓦斯含量和瓦斯壓力不斷升高,地應力和構造應力對煤體的作用更為明顯,煤與瓦斯突出強度不斷加大。因此必須積極開展區域性瓦斯治理工作,大幅度提高瓦斯抽采量,才能從根本上消除瓦斯威脅,保證礦井安全生產。

(1)建立瓦斯抽采示范礦區,強力推進瓦斯區域治理

公司規劃在焦作礦區建立示范礦區,結合焦作礦區實際,研究煤炭資源與煤層氣資源開采的時空配置關系,采煤采氣一體化最佳開發模式;煤與瓦斯共采技術,包括低透氣性煤層采前強化抽采瓦斯技術、采動煤巖移動卸壓抽采瓦斯技術,采空區瓦斯抽采技術等。

(2)加快虛擬儲層強化工藝抽采瓦斯技術試驗研究

盡管水力壓裂技術在儲層抽采方面發展較快,但對于Ⅲ-Ⅴ類煤,特別是呈粉狀、沙狀的滎鞏煤田而言,水力壓裂技術難以見效。

煤與瓦斯區域防突措施中常用的、比較有效和經濟的方法之一是開采解放層。公司計劃在鶴煤四礦和焦煤九里山礦進行試驗,取得經驗后全面推廣。

(3)加強瓦斯綜合利用,以用促抽,以抽保安

繼續開展瓦斯利用技術研究,特別是加強低濃度瓦斯利用技術的研發與新技術推廣,實現安全、經濟效益最大化。

[1] 潘偉爾.我國煤層氣開發戰略與經濟政策選擇[J].中國能源.2006,(11):13-17.

[2] 馬曉鐘.煤礦瓦斯綜合利用技術的探究與實踐 [J].中國煤層氣,2007(3).

[3] 孫萬祿.我國煤層氣資源開發前景及對策 [J].天然氣工業,1999(5).

[4] 中國煤炭學會煤層氣專業委員會等.2008年煤層氣學術研討會論文集 [M].北京:地質出版社,2008.

[5] 趙一歸.鄭州礦區煤層氣資源狀況與利用方向選擇初探 [J].中國煤層氣,2008(4).

(責任編輯 劉 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

馬耕,男,多年從事煤礦瓦斯抽放利用與煤炭開采工作。