煤層氣(煤礦瓦斯)抽采技術發展現狀及趨勢

樊 劭

(國家安全生產監督管理總局信息研究院,北京 100029)

煤層氣(煤礦瓦斯)抽采技術發展現狀及趨勢

樊 劭

(國家安全生產監督管理總局信息研究院,北京 100029)

本文簡述了煤層氣(煤礦瓦斯)抽采技術的發展歷程，重點介紹了以井上下聯合抽采技術、三區聯動立體抽采技術、煤與瓦斯共采技術為代表的當前新興的煤層氣抽采技術，認為未來地面抽采、井下抽采和煤炭開采相結合的瓦斯抽采技術模式將會大力發展。

抽采技術 地面抽采 發展趨勢

1 煤層氣(煤礦瓦斯)抽采技術的發展歷程

我國煤層氣(煤礦瓦斯)抽采技術經歷較長時期的發展，在20世紀50年代在撫順高透氣性特厚煤層中第一次采用井下鉆孔預抽瓦斯，解決了礦井深部瓦斯事故預防的問題；此后陽泉地區采用穿層鉆孔抽采鄰近煤層瓦斯，解決了在煤層群中首采工作面，瓦斯大量涌出的問題，在20世紀60年代臨近層瓦斯抽采卸壓技術得到普遍推廣；我國存在大量透氣性差的高突煤層，布孔預抽的方式難以解決問題，松動爆破、水力壓裂、交叉布孔、大直徑鉆孔等方法紛紛應用于低透氣性煤層抽采以提高瓦斯抽采量；此后隨著煤礦大規模機械化開采的應用，采掘推進效率大幅提高，同時也導致了瓦斯涌出的絕對量增大，為解決高產高效工作面瓦斯問題，逐漸建立了高、低負壓的瓦斯抽采系統并結合多種抽采方法，實現瓦斯的綜合抽采；當前地面井開采技術取得長足發展，在我國許多不同地質構造盆地內地面垂直井鉆井技術都取得了成功，多分支水平井技術的試驗成功推廣應用，極大地推進了煤層氣(煤礦瓦斯)開采技術的進步和創新。

2 煤層氣(煤礦瓦斯)抽采技術的發展前景

2016年煤層氣(煤礦瓦斯)抽采量達到173億m3、利用量90億m3。其中，地面煤層氣產量45億m3、利用量42億m3；井下瓦斯抽采量128億m3、利用量48億m3，同2006年相比提高了2.26和2.48倍。山西、貴州、重慶、安徽、河南、四川、遼寧、河北等省(市)的井下抽采利用量已超1億m3。

我國始終鼓勵煤層氣開采利用，2016年財政部頒發了《關于“十三五”期間煤層氣(瓦斯)開發利用補貼標準的通知》(財建[2016]31號)，將煤層氣(瓦斯)開采利用中央財政補貼標準從0.2元/m3提高到0.3元/m3，補貼力度增長50%，將進一步促進煤層氣抽采利用量的提高，有利于煤層氣抽采技術的發展升級。同時，由于瓦斯抽采技術的發展，煤礦瓦斯事故也得到有效控制，2005年瓦斯事故起數約400起，造成約2100人死亡，當前瓦斯事故起數和死亡人數均有大幅下降，約是2005年十分之一，事故約40余起，死亡人數約200人左右。

3 煤層氣(煤礦瓦斯)抽采技術發展趨勢

當前，煤層氣抽采主要方式包括井下鉆孔抽采和地面抽采。井下鉆孔抽采成本低、可靠性高，經過多年發展比較成熟，是個大多數礦區進行瓦斯抽采的主要技術。但在部分礦井也遇到僅靠直接抽采無法解決瓦斯大量涌出的問題，因此必須將地面抽采技術與井下鉆孔抽采綜合使用，才能解決實際生產中遇到的難題。

3.1 井上下聯合抽采技術

當前地面抽采主要技術包括垂直井瓦斯抽采技術、水平井瓦斯抽采技術；井下鉆孔抽采技術包括本煤層抽采、鄰近層抽采和采空區抽采等。井上下聯合抽采技術是利用地面垂直井和井下水平長鉆孔，使得采面附近和采動影響區內的煤層產生應力釋放，原有裂縫擴張并產生新的裂縫，增加煤層的滲透性，降低抽采難度。袁亮等指出，由于我國煤層低滲透性、低儲層壓力、低飽和度等特點，必需采用井上下聯合抽采的方式，解決相關抽采難題。河南某礦4301回采工作面實行井上下聯合抽采，在井下實行煤層瓦斯預抽，在地面用水環式真空泵進行抽放。地面施工后，工作面上隅角的濃度明顯降低，有效解決了分層綜采工作面采空區瓦斯治理的難題。

井上下聯合抽采作為一項新技術，也存在許多有待解決的問題，特別是在地面鉆井過程中受制于地質條件、井眼穩定性等因素，為項目實施帶來困擾。對此侯金玲采用層次分析法+模糊綜合評判法為基礎，將煤厚、水動力條件、地應力、含氣面積、地質構造等因素納入模型考量因素，建立了煤層氣地面井適用性評價指標體系。劉小磊等利用煤炭開采形成的冒落帶、裂隙帶和彎曲下沉帶的特點，在裂隙帶和彎曲下沉帶的過渡區域進行直井和水平的對接，利用分段密封和梯度負壓抽采技術實現了不同區域的空間上立體式抽采，時間上的同時抽采，有效解決聯合抽采帶來的直井井筒不穩等問題。

3.2 “三區聯動”立體抽采技術

晉城集團研究的“三區聯動”立體抽采模式初步實現了煤炭和煤層氣兩種資源共同開發，利用礦區的規劃區、準備區、生產區分別采用地面鉆井抽采、井上下聯合抽采和本煤層鉆孔抽采等技術確保煤層氣抽采和煤炭開發協調有序進行。

根據煤礦生產、接替及規劃的周期，將井田劃分為未采區(5年以后煤炭開采區域)、采動區(正在生產及5年以內煤炭生產接替區域)、已采區(已開采的密閉穩定區域)，對不同區域分別采用不同的抽采技術和抽采方式，實現高瓦斯礦井采煤采氣一體化協調開發。“三區聯動”立體化瓦斯抽采模式的特點可以概括為“三結合”，具體體現為空間概念上井上下結合，地面與井下瓦斯抽采相結合；在時間上體現為與煤礦開采銜接完全一致，煤礦規劃區實施地面預抽、煤礦準備區實施井上下聯合抽采、煤礦生產區實施井下瓦斯抽采，保證每一區域都得到充分的抽采; 在方式上體現多種抽采方式相結合，即地面抽采、長鉆孔抽采和順層鉆孔抽采方法相結合。

“三區聯動”立體抽采采用遞進式抽采，在多條掘進巷道布置的回采工作面時，在外側巷道內提前向下一個鄰近工作面施工長鉆孔，其長度能覆蓋下一個工作面兩側的巷道，在掘進本工作面期間就提前對下一個工作面的掘采區域進行抽采，保證下一個工作面有1到3天的抽采時間;保證下一個工作面的巷道掘進在已抽采過的條帶內進行，確保回采工作面瓦斯含量也降到較低水平，如此遞進式向前推進，保證抽、掘、采的接替正常。“三區聯動”立體抽采利用采動泄壓作用，提高了煤層滲透性，最大程度抽采煤礦瓦斯，克服了松軟構造煤層滲透性差，瓦斯難以抽采，上隅角瓦斯超限難治理、抽采瓦斯濃度偏低等問題，從而解決了瓦斯抽采困難、投入大、瓦斯濃度低于10%難利用問題，有利于實現礦區瓦斯抽采最大化和礦區瓦斯“零排放”目標實現，克服單一井下抽采瓦斯所造成煤炭生產接續緊張的局限性。同時，晉城集團將頁巖氣大規模開發進入引用到煤層氣的開發利用中，采用U型井實施分段壓裂，單井日產氣量突破6000m3，是同一地區同等條件礦井的9～10倍。現已在廢棄礦井和煤礦采空區試驗17口采空井，單井平均每日產量超過2500m3，按照山西已廢棄的礦井數量計算，采空區的資源量約為2000億m3以上，若全部開發采空區煤層氣抽采量近30億m3。

3.3 煤與瓦斯共采技術

煤層開采可以促進裂隙發育有利于瓦斯抽采，同時瓦斯抽采也為煤礦開采提供安全保障。煤與瓦斯共采技術主要包括巷道法煤與瓦斯共采、留巷鉆孔法無煤柱煤與瓦斯共采、地面鉆井煤與瓦斯共采等。巷道法煤與瓦斯共采是高瓦斯低透氣性煤層群安全高效開采的典型模式，主要包括采前預抽和采中卸壓瓦斯抽采。留巷鉆孔法無煤柱煤與瓦斯共采也是針對高瓦斯低透氣性煤層群，采用無煤柱沿空留巷，沿煤層采空區邊緣將回采巷道保留下來，形成Y 型通風消除上隅角瓦斯積聚，降低回采系統熱害，同時可以降低地溫、地壓的影響。地面鉆井煤與瓦斯共采是對于現有技術難以進行地面煤層氣開采的復雜低透高瓦斯煤層，采用地面鉆井抽采采動區卸壓瓦斯，實現煤與瓦斯共采。

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(責任編輯 韓甲業)

The Development Status and Trends of Coalbed Methane (Coal Mine Methane)Extraction Technology

FAN Shao

(China Coal Information Institute,Beijing 100029)

The paper briefly describes the development course of coalbed methane(coal mine methane) extraction technology, introduces combined gas drainage technology from ground and underground，three-region Integrated CBM Stereo-extraction, simultaneous exploitation coal and gas technology as the representatives of the emerging of gas extraction technology. The paper considers that the gas extraction technology will be developed with the Surface hole extraction, underground pumping and coal mining.

Gas extraction technology;Surface hole extraction;development tendency

樊劭，男，碩士，工程師，現就職于國家安全生產監督管理總局信息研究院。