晋城矿区煤层气开发利用进展
(山西晋城无烟煤矿业集团有限公司山西晋城048006)
作者简介:何天才，出生于1963，男，山西晋城人，山西晋城煤业集团总工程师，博士生，从事煤炭及煤层气开发工作。
经过几年的发展，晋城矿区煤层气地面抽采量达到30×104m3，日压缩煤层气达到10×104m3，初步形成了一定的生产规模。同时，生产实践证明，煤层气地面抽采能有效降低煤层瓦斯压力和瓦斯含量。根据目前实际产气量计算，每年可减少煤层气井控制范围内的瓦斯含量约1m3，因此地面抽采煤层气可降低矿井的突出危险性，减少井下瓦斯涌出量，促进煤矿安全生产。
关键词:晋城煤层气开发利用进展
晋城煤矿煤层气开发利用进展
何天才，田永东
(山西晋城无烟煤矿业集团有限公司，晋城048006)
摘要:晋城煤矿煤层气地面抽采工程经过几年的发展，目前煤层气日产量已达30万m3，压缩煤层气日产量为10万m3，已形成一定的生产规模。同时，生产实践证明，煤层气地面抽采能有效降低瓦斯含量和瓦斯压力。根据目前的产气量，在一口煤层气井的控制范围内，每年可减少煤层瓦斯含量1立方米。因此，煤层气地面抽采可以降低矿井的冲击危险性，减少井下瓦斯涌出，提高煤炭安全生产。
关键词:晋城；CBM发展；利用率；进步
1的开发背景和概况
晋城矿区是国家规划的13大型煤炭基地中靳东煤炭基地的重要组成部分，也是国家首批规划的19煤炭矿区之一。是我国重要的优质无烟煤生产基地，是国家重点保护的稀缺煤种。矿区位于山西省东南部，沁水煤田南部，规划面积3753km2，地质储量437.6×108t，规划矿井13个。晋城煤业集团作为晋城矿区的主要开发商，目前拥有7个生产矿井和1个在建矿井。2005年核定产能3060×104t/a，实际生产原煤3006×104t。
根据煤炭科学研究总院重庆分院和Xi安分院的评价报告，晋城矿区规划区煤层气资源总量为6000×108m3，寺河井田和成庄井田为530×108m3。寺河井田东区平均瓦斯含量为9.03m3/t，西区为16.6m3/t，北区地面抽采钻孔施工期间最高瓦斯含量为28.7m3/t。成庄井田西南部最高瓦斯含量为15.62m3/t，矿区煤层渗透系数一般为0.0239 ~ 213m2/mpa2 d，煤层瓦斯压力一般为0.2 ~ 2.12mpa。
成庄矿2005年瓦斯绝对涌出量达到239m3/min，相对涌出量为16.14 m3/t，寺河矿2005年瓦斯绝对涌出量达到479m3/min，相对涌出量为22.3m3/t，为高瓦斯矿井。
目前，寺河矿和成庄矿井下瓦斯抽采已难以满足煤矿安全生产的需要，必须通过地面抽采减少矿井瓦斯涌出量。
晋城矿区煤层气的开发利用
煤层气(瓦斯)作为煤炭的伴生资源，不仅对煤矿生产安全和矿工生命安全构成最大威胁，而且是一种具有强烈温室效应的有害气体。为有效缓解瓦斯对煤矿和矿工的危害，从源头上有效降低煤层瓦斯含量，建设本质安全型矿井，晋城煤业集团多年来始终坚持“为安全生产服务、提高居民生活质量、实现产业化经营”的指导思想，以“井下与井下抽采相结合、抽采利用相结合”的工作原则，不断探索瓦斯治理和开发利用的新路子，取得了良好的经济、社会和环境效益。
2.1煤层气地面排水
地面钻孔预排水主要是指矿井建设或煤层开采前的预排水。它不受空间或时间的限制。大型井组可以提前5年，65，438+00年或更长时间在地面布置，进行大规模排水，既可以提高排水效果，又可以形成产业规模。地面钻孔可以实现开采前、开采中和开采后的长期稳定排水，还可以起到地质勘探的作用。
自1992以来，晋城煤业集团在潘庄先后建成7口煤层气井，在全国率先开展了煤层气地面预抽试点工作。经过十几年的生产试验和技术攻关，基本掌握了煤层气井无烟煤地面抽采钻井、压裂、排水、集输等一整套工艺技术。从2003年开始，晋城煤业集团开始在寺河矿和成庄矿进行大规模的煤层气地面抽采，到2005年底，已在寺河矿区形成150口煤层气井的井组规模，成为目前国内最大的地面抽采井组，年抽采能力为1.2×108 m3。
截至目前，晋城煤业集团已完成300多口煤层气井，200口煤层气井基本具备抽采条件。地面煤层气年抽采能力达到1.5×108m3，其中110口煤层气井投产产气，日产气30×104m3。随着煤层气井组规模的逐步扩大，地面煤层气产量也在不断增加。2006年上半年，晋煤集团地面煤层气抽采量接近4000×104m3。
煤层气(气)也是一种清洁高效的能源，我国政府鼓励开发利用。为此，晋城煤业集团不仅建成了目前国内最大的煤层气地面排水井组，还建立了完善的煤层气利用体系。2005年底，潘庄煤层气压缩站分两期扩建，日处理能力为16×104m3，也是目前国内最大的煤层气压缩站。潘庄煤层气经压缩后源源不断地输送到晋城、长治、太原、郑州、焦作、开封等城市，广泛应用于民用、工业、公用、发电、汽车燃料等行业。此外，潘庄的煤层气也开始向周边农村居民供应，使他们告别了世代用煤的历史，用上了清洁的天然气。
2005年，晋城煤业集团用罐车运输煤层气870×104m3，当地使用煤层气68.88×104m3。全年地面抽采煤层气总利用量达到939.88×104m3，抽采利用率为46.9%。随着汽油价格的上涨和国内能源需求的增加，周边城市购买煤层气的意向也在增加。仅2006年上半年，晋城煤业集团就用罐车运输煤层气1.400×1.04 m3以上。
随着煤层气地面抽采能力的不断提高，为充分利用地面抽采煤层气，晋煤集团加大了煤层气利用项目的投资和建设力度。目前，正在新建两座日处理能力为20×104m3的煤层气压缩站，预计2006年底投产。“李庄-晋城-矿区”煤层气输气管道也在建设中。预计管道将于2006年底前铺设，最终管道年输量将达到9×108m3。这些项目建成后，寺河矿区及其附近的煤层气将得到有效利用。
2.2煤层气地下排水
虽然煤层气地面抽采有很多优点，但目前井下抽采仍是解决矿井通风和安全生产的主要手段。因此，晋煤集团在更加重视煤层气地面抽采的同时，加大了煤层气井下抽采的力度，采取密集煤层钻抽结合、老采空区采抽结合的方式，增加抽采的覆盖面和强度。2005年，晋煤集团还从澳大利亚引进了3台千米钻机用于寺河矿和成庄矿井下瓦斯抽采，并在寺河矿成功施工千米钻孔。
2005年寺河矿井下瓦斯抽采总量达到10950×104m3，瓦斯抽采平均浓度约为55%，主要用于发电、煤泥干燥、锅炉、民用等。2005年，寺河矿实际瓦斯利用量(标称纯量)达到9065×104m3，井下瓦斯抽采利用率达到82.8%，其中1500MW瓦斯电站用气量为4985×104m3，煤泥干燥用气量为52.6×104m3。成庄矿2005年井下瓦斯抽采总量达到5052×104m3，主要用于民用和发电。2005年，晋城煤业集团煤层气总利用量达到10004.88×104m3，利用率为55.6%，相当于减少二氧化碳排放量约150×104t。
目前，亚洲开发银行12×104kW煤层气电站项目已于2006年初正式开工，一期工程预计年底竣工。届时，寺河矿及其附近矿井排出的瓦斯将得到充分利用。
2.3清洁发展机制
晋城煤业集团在利用有形煤层气的同时，积极利用清洁发展机制开发CDM项目。晋煤集团亚洲开发银行贷款的12×104kW煤层气发电厂项目，每年将利用煤层气1.8×108m3，相当于每年减少二氧化碳排放200多万吨，可大大减少矿井瓦斯风排放，保护大气和环境。2004年，世界银行碳汇基金购买了450×104t(10年)的减排量和150×104t的期权。减排购买协议于2004年2月1日签署，日本碳基金(日本碳基金)
3煤层气地面预抽实际效果评价
通过地面预抽煤层气，可以降低煤层中的瓦斯含量，提前释放瓦斯压力，从源头上有效控制瓦斯灾害，促进矿井安全生产。此外，煤层气钻井还可作为地质勘探孔，煤层气是优质能源，煤层气地面排水具有良好的综合效益。
3.1效果好，促进安全。
根据生产数据，截至2006年6月底，寺河煤层气预抽项目100口煤层气井累计产气量超过6000×104m3。按该区平均煤层厚度6m，密度1.45 t/m3计算，这100口煤层气井的控制煤炭储量约为9000× 6544。也就是说，经过一年多的抽采，该区煤层气井控制范围内的每吨煤层瓦斯含量平均下降了0.66m3左右。目前，这100口煤层气井的日产气总量已达到25×104m3。据此数据，未来该煤层气井组控制范围内每吨煤每年可减少瓦斯含量约1m3。这样经过7 ~ 8年的地面预抽，可使抽放区域每吨煤层瓦斯含量降至8m3以下，达到相对安全的条件。
值得注意的是，晋煤集团已施工的煤层气井中，SH-003、SH-075、SHX-108、SHX-112、SHX-115均有不同程度的井喷现象
3.2多用途和低投资。
在煤层气井的开发过程中，可以获得大量的煤层及其顶底板的深度和岩性的详细数据，以及煤层的含气量和富水性的详细信息，这些也是今后煤炭开采过程中的必要信息。通过对这些数据的处理和利用，可以提高数据的利用效率，节省勘探投资，所以煤层气地面钻井也起到了地质勘探孔的作用。
煤层气井的井距一般在300 ~ 400 m左右，远小于普通煤炭勘探孔的井距，因此钻煤层气井获得的参数具有相对较高的精度。目前，晋煤集团正在整理煤层气井控制区的相关数据，并在此基础上绘制更为详细的煤层底板等高线图和煤层厚度等高线图，不久将应用于该地区煤矿的煤炭生产。图1和图2是利用煤层气井开发资料绘制的煤层底板和瓦斯含量等值线图，这些图的精度有了很大的提高。
图1根据钻孔数据绘制的煤层底板等高线图
基于解吸和解吸数据的气体含量等值线图。
随着未来煤炭的开采，煤层气地面预抽孔还将具有采后功能，可以在煤炭开采的不同阶段抽排矿井瓦斯，从而延长气井的生产周期，大大提高煤层气井的利用率，真正实现一井多用。
3.3浓度高，用途广
地下瓦斯由于浓度相对较低，只能就地生成或燃烧，利用价值低，效益差。而从地面抽出的煤层气甲烷浓度通常高于95%，因此用途更广，利用价值更高。地面排水煤层气不仅可用于发电和燃烧，还可用作汽车燃料。目前晋城市汽车用压缩煤层气销售价格为2.2元/m3，远高于发电和燃烧用煤层气。此外，煤层气可以通过压缩或液化输送到其他城市，因此利用价值高，效益好。
目前，晋煤集团地面开采的煤层气大部分通过压缩运输到周边城市利用。截至目前，潘庄煤层气压缩站已压缩2500×104m3煤层气，深受市场用户好评，购买需求旺盛。
4晋煤集团煤层气开发利用规划
“十一五”期间，晋城煤业集团将紧紧围绕晋城矿区总体发展规划，开展大规模煤层气抽采。生产矿井将提前5 ~ 7年或更长时间布置地面钻孔抽放，以降低煤层瓦斯含量，释放瓦斯压力。井下抽采主要采用模块化预抽、本煤层密集钻孔抽采、边采边抽、老采空区抽采相结合的综合抽采方式，以增加抽采的覆盖面和强度，最终形成地上抽采和井下抽采相结合。待开发矿井从即日起进行地面预抽，力争通过预抽使新井投产时煤层瓦斯含量降至65438+100m3/t以下，不仅能有效提高新井安全可靠性，实现安全生产，还能在一定程度上减少矿井通风系统投资和巷道建设费用，从而减少新井基建投资。
预计到“十一五”末，晋城煤业集团将在现有高瓦斯矿井和新建矿井建设2000口地面煤层气抽采井，进一步完善井下瓦斯抽采系统，加大瓦斯抽采力度，使井上井下煤层气年抽采能力达到18×108 m3。届时，晋煤集团将全面实现煤层气同步抽采，构建采气采煤一体化生产格局，真正建立本质安全型煤炭企业。
参考
梁缘。2004，松软低透气性煤层群瓦斯抽放理论与技术。北京:煤炭工业出版社。
林百泉，张建国。矿井瓦斯抽放理论与技术。徐州:中国矿业大学。