晉煤集團高突礦井的瓦斯抽采及利用

王會斌

（煤科集團沈陽研究院有限公司安全工程研究分院，遼寧沈陽 110000）

晉煤集團高突礦井的瓦斯抽采及利用

王會斌

（煤科集團沈陽研究院有限公司安全工程研究分院，遼寧沈陽 110000）

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

瓦斯；采煤采氣一體化；三級瓦斯治理；理念

晉煤集團礦區已探明的煤層氣資源量有1 040億m3，可采儲量約728億m3，噸煤瓦斯含量達到了16.8 m3以上，而煤層氣（瓦斯）作為晉煤集團礦井開采中的最主要敵人，晉煤集團采取了“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生，減少了抽采瓦斯向大氣排空導致霧霾、污染空氣現象的發生，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。上世紀90年代初，晉煤集團在國內率先引進美國地面煤層氣開發技術，從1995年在國內最早成功開發的潘莊井田七口煤層氣試驗井開始，到如今的成立專業煤層氣公司，對地面煤層氣進行專業化的開發與研究。地面煤層氣抽采井開采起初是從地面垂直井開始，經過不斷探索、實踐、總結，掌握了“清水鉆井、活性水壓裂、定壓排采、低壓集輸”的煤層氣開發技術及工藝。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技術與工藝及煤層氣的高效轉化利用，晉煤集團的煤層氣利用率已達到65%以上水平。

1.2 三級瓦斯治理模式

對于正在開采或建設的礦井，全面推行“三級瓦斯治理模式”，對瓦斯含量高于15 m3/t、瓦斯壓力超過0.74 MPa的區域，至少提前5～10 a以上時間積極、有計劃地實施地面鉆井預抽采；對瓦斯含量大于8 m3/t小于15 m3/t、壓力超過0.74 MPa的區域，提前3～5 a時間實施井上下聯合抽采、區域遞進式抽采；對瓦斯含量小于8 m3/t、瓦斯壓力小于0.74 MPa的預開采區，通過順煤層密集鉆孔、穿層鉆孔等手段，實行能抽盡抽、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

晉煤集團在充分發揮地面煤層氣抽采技術優勢、專業隊伍優勢、時空優勢的基礎上，按照“采氣采煤一體化”的原則，結合礦區開發規劃和礦井開采規劃，對15至20年后計劃開采的瓦斯含量高于15 m3/t的區域，提前實施地面鉆井預抽采，先采氣后采煤，降低瓦斯含量和壓力，消除突出危險性，使礦井的生產建設由高突礦井向瓦斯礦井條件轉化，確保安全建設、安全開采。

截止到2014年12月底，按晉煤集團統一審批的地面鉆井抽采方案，完成了寺河、成莊、趙莊、長平等生產礦井和鄭莊、東大、胡底等建設礦區的地面煤層氣井施工，目前晉城礦區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，現有在抽鉆井1 037口，見圖1和圖2。通過寺河礦區對地面井抽采區域進行鉆井取樣測試，可將控制區域煤層瓦斯含量年降低約1～1.5 m3/t。同時煤層氣地面開發業務也陸續拓展到西山礦區、陽泉礦區、潞安礦區、離柳礦區以及甘肅、內蒙、湖南、貴州等省區，日抽采煤層氣總量達400萬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標，但在工作面初采期間，由于生產次序不穩、工作面頂底板較難控制等因素，初采期間瓦斯較正常生產時瓦斯偏大。為了解決工作面初采期間導致的上隅角瓦斯超限問題，晉煤集團率先使用了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，并隨著工作面的推進逐步垮落，抽采采空區裂隙帶內的高濃度瓦斯，有效杜絕了工作面上隅角瓦斯超限問題，其抽采濃度達到70%左右，瓦斯抽采量每天達到1萬m3甚至更高，抽采效果顯著。

圖3 L型井采空區抽采示意圖

1.4 井上下聯合抽采

針對無法保證15 a以上預抽采的區域，在布置地面鉆井預抽采的同時，積極創造條件，在煤層中施工水平定向長鉆孔，將地面鉆井壓裂影響區與井下水平鉆孔影響區相溝通，實施井上下聯合抽采，充分發揮地面、井下兩種抽采工藝的優勢，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鉆孔工藝技術優勢相結合

目前地面壓裂井下抽采技術在寺河礦、岳城礦、坪上煤業等中硬煤層取得了成效，單孔煤層氣井抽氣量最高超過了1萬m3/d，可將井下鉆孔控制區域的抽采時間縮短至少一個月上。在成莊礦、趙莊礦等軟硬復合低透氣煤層中試驗正在進行，對改善煤層透氣性，提高抽采濃度和抽采量具有一定效果。

1.5 區域遞進式抽采為保障

對近年內即將開采的瓦斯含量大于8 m3/t煤層區域，主動采取井上下聯合抽采工藝，在加快地面鉆井抽采的同時，堅持應用定向鉆機提前3～5 a，全面實施區域遞進式預抽采。

井下區域遞進式預抽采就是在工作面順槽掘進過程中，利用定向鉆機等機具，向鄰近工作面施工長鉆孔，提前開始預抽采，抽采區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，為再下一個工作面的布置與預抽采創造條件。根據目前定向鉆機鉆進水平并考慮鉆進效率，一個預抽區域至少可涵蓋1～2個工作面。區域性遞進式預抽采（見圖5），可保證工作面抽采時間，盡快取得預抽效果，實現工作面有序銜接。

圖5 井下區域遞進式抽采瓦斯模式示意圖

定向鉆機鉆進技術的成功應用，可以實現以下幾個目標：一是可以有效避讓或溝通地面鉆井抽采區域，實現井上下立體抽采的結合；二是可以充分利用煤層的不同層位，實現鉆孔的有效鉆進和成孔；三是可以準確確定鉆孔軌跡和終孔位置，實現煤體的均勻抽采達標。

目前寺河礦在一、四盤區，成莊礦在四、五盤區，岳城礦在一、三盤區已經形成多個定向長鉆孔遞進式抽采區域，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、發電、汽車燃氣、居民用氣等完整的產業鏈，培育了國內最大規模的煤層氣利用市場。

在低濃度瓦斯發電上，建成了世界最大的120 MW瓦斯發電廠，形成了總裝機容量189 MW的瓦斯發電集群，年可利用煤層氣約3.5億m3；在民用燃氣上，現已覆蓋晉城、長治、晉中等地區，煤層氣居民用戶達15萬余戶、40余萬人；在汽車燃料上，已在山西省的晉城、長治、太原、臨汾，以及河南焦作等地建成了24座煤層氣加氣站點，擁有300余輛煤層氣運輸專用槽車，晉城及周邊城市CNG、LNG汽車達到了8 000多臺；在工業用氣上，已實現向晉城市及周邊地區的陶瓷、玻璃、鋼鐵等生產企業提供煤層氣燃料，日供氣量達到100萬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，積極培育和發展“煤-氣-化”產業鏈，將煤炭與煤層氣按相應比例，科學配比制甲醇，產生了“1+1＞2”的經濟效果；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個省、20多個地市。

3 結論

晉煤集團經過多年探索和實踐，率先實施了“采煤采氣一體化”及“三級瓦斯治理模式”，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害、保障礦井安全生產；在環保效益方面，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%；在經濟效益方面，引入清潔發展機制（CDM），已爭取CDM補貼2.78億元；社會效益方面，促進了資源的綜合利用，為社會提供了新型清潔能源。

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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研究。