滇東煤礦區煤層氣抽采利用問題探討

劉紅林 ，王顯飛

(云南煤層氣資源勘查開發有限公司，云南 曲靖 655000)

1 滇東煤層氣資源潛力

云南省境內煤炭資源較豐富，煤類齊全，其中以二疊系上統龍潭組(P3L)或宣威組(P3x)最為發育，煤系地層總厚233.15m～488.39m，平均厚262.78m，共含煤32層～53層，一般40層，其中含可采煤層5層～14層。以粉砂巖、細砂巖、粉砂質泥巖、泥巖夾煤層或炭質泥巖組成。上覆地層為下三疊統卡以頭組(T1k)、飛仙關組(T1f)、永寧鎮組(T1y)和中統個舊組(T2g)，下伏地層為上二疊統峨眉山玄武巖組(P3β)、中統茅口組(P2m)。云南省煤炭資源主要集中在曲靖地區，圖1。恩洪、老廠雨汪區塊位于小江斷裂以東、彌勒斷裂以北，區塊內構造相對簡單。

圖1 云南省境內煤炭資源分布圖Fig 1.Distribution Map of Coal Resources in Yunnan

據統計，云南省煤層氣推測可采資源量3002.37億m3，占總資源量56.10%；遠景資源量2349.60億m3，占總資源量的43.90%。其中恩洪礦區地質資源量442.05億m3，占總資源量的8.26%。老廠礦區地質資源量2318.09億m3，占總資源量的43.31%。圖2。

圖2 云南省分礦區統計資源量圖Fig 2.Statistics of Orefield Resources in Yunnan

滇東、滇東北煤層氣區塊主要由中聯煤層氣公司登記，另有滇東能源公司登記雨汪區塊，截止目前區塊均未正式抽采利用，中聯煤層氣公司對區塊做了部分勘查與規劃，因施工工藝、壓裂、增產等相關技術使之產氣量沒有達到理想，勘查工作放緩。

2 煤層氣用途及抽采利用現狀

煤層氣開采一般有兩種方式：一是地面鉆井開采；二是井下瓦斯抽放系統抽出，地面鉆井開采煤層氣和抽放瓦斯均可以利用，可大大減少風排瓦斯數量，降低煤礦對通風的要求，改善了礦工的安全生產條件。煤層氣可用作民用燃料、工業燃料、發電燃料、汽車燃料和重要的化工原料等。每標方煤層氣大約相當于9.5度電、3 m3水煤氣、1L柴油、接近0.8kg液化石油氣、1.1L～1.3L汽油。燃燒后幾乎沒有污染物，是清潔型綠色能源。

省內非常規天然氣(煤層氣或瓦斯)基本未開采利用，僅有少數幾個礦區井下抽采利用瓦斯發電，省內已知建有并運行的瓦斯發電站有15個，設計裝機規模3.22萬kW，已建成裝機規模1.98萬kW(照片1，表1)。因瓦斯含量低，日發電量不理想，很難規模化或提高發電量，甚至有幾個礦區已經停止發電。大部分礦區未抽采利用，直接排空(照片2)，對空氣產生污染或增加溫室效應，不符合新時代下發展方向及十四五規劃、高質量發展理念。要解決這方面問題，必須使地面(井上)抽采與井下抽采協調發展，統籌規劃、開采利用。

照片1 田壩煤礦二號井井下抽采瓦斯發電Photo 1.Extraction Exploitation Gas Generating of Shaft 2 in Tianba Coal Mne

照片2 礦井瓦斯對空排放Photo 2.Shaft Gas Exhuast to Air

表1 省內煤礦井下抽采瓦斯低濃度發電統計表Tab 1.Staistics of Low Concentration Generating of Shaft Extraction Exploitation Gas of Yunnan Coal Orefield

3 煤層氣區塊評價參數的重要性

滇東區域煤層主要為中高煤階，評價基本參數由地質條件和開采條件兩大部分組成。地質條件包含區域地質：煤層埋深、構造、水文地質，含煤性：煤層分布范圍面積、可采煤層凈厚度、鏡質組、灰分，含氣性：含氣量、甲烷含量等參數缺一不可；開采條件主要包含儲層可采性、可改造性、經濟可采性等基本評價參數。準確、齊全、可靠、真實是煤層氣抽采前的基本數據，決定能否抽采的前提條件，也是針對地區性特點用哪種技術及工藝可達到最佳排采效果。完整、系統性的地震勘探資料，調查評價參數井、試排采井等前期工作是決定后期利用哪種工藝、技術、方法來抽采煤層氣的關鍵。煤層氣井主要工作包括：鉆井、工程測量、地球物理測井、錄井(氣測、地質)、試井、固井、壓裂、排采等按相關規程規范及要求執行。基本參數是基礎，工藝、技術、方法決定產氣量，根據產量來合理、科學規劃開采利用，使采煤與抽采瓦斯協調發展。目前省內外常用的煤層氣抽采鉆井工藝主要有直井、大斜度叢式井、水平井或U型井(順層多分支水平井)詳見圖3。

圖3 各類井型示意圖Fig 3.Sketch Map of Various Shaft Pattern

壓裂是煤儲層增產改造的主要措施之一。利用專用的壓裂設備以一定方式向煤層注入流體或攜帶支撐劑，形成具有高導流能力的人工裂縫。

4 煤礦安全生產與瓦斯抽采的可行性

根據《煤礦安全規程》、《礦井瓦斯抽放管理規范》、《安全生產法》等確立“安全第一、預防為主、綜合治理”的安全生產工作方針，明確安全生產的重要地位、主體任務和實現安全生產的根本途徑。抽采對象主要為高瓦斯礦井、雙突礦井、具有一定規模性或連成片區高瓦斯礦區，主要分井下與井上聯合抽采、協調發展、抽采利用，產生經濟效益，降低溫室效應，生態、環保發展。抽采利用也可為氣化云南提供氣源多源化來源。煤礦綜合治理瓦斯從社會效益、生態環境、經濟效益、新發展理論等方面來說確實可行。

瓦斯抽采的可行性主要有以下幾方面：(1)“先抽后采”是瓦斯治理的源頭治本措施，是實現安全生產的前提；(2)單靠井下抽采不能杜絕瓦斯事故的發生，同時井下抽采利用率普遍低；(3)井上與井下聯合抽采，協調發展，降低瓦斯含量，安全生產；(4)煤礦瓦斯抽采利用，減少對空排放，污染空氣，有效降低溫室效應；(5)煤礦瓦斯抽采利用產生較可觀的經濟效益；(6)瓦斯具有清潔、高效、綠色、環保的特性，用途廣泛。

5 煤礦瓦斯抽采存在的問題

滇東煤層氣開發利用存在問題較多，主要有以下幾方面：(1)區塊缺乏系統性勘探工作：在抽采前應有資源調查評價、地震勘探、鉆井與先導性排采試驗、測井、固井、測試、壓裂、試排采等相關資料或參數齊全；(2)抽采政策支持落實不到位，僅由礦方或政府抽采不現實；(3)煤礦礦權與煤層氣礦權存在交叉，對抽采規劃有一定影響；(4)省外先進抽采技術與方法不能照搬硬套，對滇東煤層氣抽采要有針對性；(5)投入足夠的經費用于抽采技術與方法，找到適合的抽采技術與方法；(6)投入資金較大，有一定風險，產生經濟效益慢；(7)礦方自籌資金進行地面抽采存在較多問題，首先是資金籌措難，投資大；其次是沒有抽采技術與方法；(8)云南省煤層氣資源分布相對集中，但是不同區域、不同層位地質條件、儲層參數差異大，需要進行更多的理論研究；(9)云南省煤層氣勘探開發程度較低，尚未形成適合云南省煤層氣勘探開發的配套技術體系，需要進一步的嘗試和探索。

6 煤礦瓦斯抽采的意義及建議

為治理高瓦斯煤礦瓦斯超限、確保礦井安全生產，根據國家相關政策必須對礦井抽放瓦斯，有保護層的應抽放被保護層的卸壓瓦斯，無保護層的預抽瓦斯可作為區域性或局部防突措施來使用。礦井要安全生產，必須降低煤層瓦斯含量，是對生命財產的保護，也是對生態環境的保護，科學、合理規劃抽采利用，綠色發展礦山，為省煤炭高質量發展做表率(照片3、4)。瓦斯抽采的意義及建議：(1)確保煤礦安全生產，必須進行瓦斯抽采，先抽氣后采煤；(2)開發利用資源，變害為利；(3)實現安全生產目標的重點是：控制瓦斯爆炸、瓦斯煤塵爆炸和煤與瓦斯突出等瓦斯事故；(4)瓦斯抽放是消除煤礦重大瓦斯事故的治本措施；(5)瓦斯抽放能解決礦井僅靠通風難以解決的難題，降低礦井通風成本；(6)瓦斯抽采利用能降低溫室效應，還能產生經濟效益；(7)云南省煤層氣資源豐富，但煤層氣開發及煤礦瓦斯利用程度普遍較低，尚有較大的發展空間和開發前景；(8)抽采利用符合氣化云南發展方向，也可以解決省內天然氣氣源多源化；(9)抽采利用減少對空排放，保護環境，保護生態，符合高質量發展目標；(10)抽采利用可以有效彌補天然氣供需缺口；(11)瓦斯是非常規天然氣具有清潔、高效、綠色、環保等特點，用途廣泛；(12)受煤質條件影響，煤粉對排采過程影響較大，建議壓裂時適當考慮在煤層頂底板附近井段進行射孔壓裂改造，同時考慮“三氣共采”或煤層氣開采新模式探索，為省內高瓦斯綜合治理礦井推廣示范應用；(13)針對滇東煤層氣抽采利用建議加大投入資金及科研，爭取早日找到適合滇東煤礦瓦斯抽采利用方法與技術，推動省內高瓦斯煤礦綜合治理推廣使用；(14)建議由能源局、安監局等相關主管部門牽頭或引領多方合作組成高瓦斯抽采組推動省內高瓦斯煤礦綜合治理，使井上與井下聯合抽采協調發展，礦井達到安全生產。

照片3 老廠雨汪礦區地面煤層氣抽采現場Photo 3.Surface Coalbed Gas Extraction Exploitation of Laochang Yuwang Orefield

照片4 老廠雨汪礦區地面煤層氣排采點火Photo 4.Surface Coalbed Gas Extraction Exploitation Ignition of Laochang Yuwang Orefield

瓦斯事故是煤礦安全生產的“第一殺手”。近年來，國家對煤礦的安全事故極為關注和重視，加大了安全設施的投入，又制定規程及法規，又關閉煤礦，又處罰事故責任人員，但仍事故不斷。究其原因是：“治了標，未治本；采其堵，忘了疏。”，要想從根本上解決瓦斯事故，最有效的辦法是加快煤層氣抽采利用，先采氣，后采煤。

7 滇東煤礦區煤層氣抽采利用的幾點建議

滇東、滇東北片區煤層主要以構造煤為主，構造復雜、弱裂隙含水層、煤層薄、傾角變化大、瓦斯含量受多種因素影響變化大、滲透率低。一是采取多點式抽采，以煤礦為單位采取井上與井下聯合立體式抽采，建立濃度瓦斯發電站利用抽采瓦斯，礦井達到安全生產，減少煤層氣(瓦斯)對空排放；二是氣礦權加大勘查投入，爭取財政資金或招商引資，調查評價階段參數取全取準為下一步抽采提供可利用的基礎資料；三是建議抽排井以定向井、水平井為主，據了解老廠雨汪、恩洪礦區試排采井中，定向單井最高日產氣量約1900m3，直井最高日產氣量約1300m3；四是建議三氣(煤層氣、砂巖氣、頁巖氣)共采及加大規劃發展、政策支持落實力度，爭取早日形成規模化抽采利用煤氣或者找到適合本地區的抽采方法、工藝。