滇东煤矿区煤层气抽采利用问题探讨
时间：2023-02-09 19:35:07 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
刘红林 ，王显飞
(云南煤层气资源勘查开发有限公司，云南 曲靖 655000)
云南省境内煤炭资源较丰富，煤类齐全，其中以二叠系上统龙潭组(P3L)或宣威组(P3x)最为发育，煤系地层总厚233.15m～488.39m，平均厚262.78m，共含煤32层～53层，一般40层，其中含可采煤层5层～14层。以粉砂岩、细砂岩、粉砂质泥岩、泥岩夹煤层或炭质泥岩组成。上覆地层为下三叠统卡以头组(T1k)、飞仙关组(T1f)、永宁镇组(T1y)和中统个旧组(T2g)，下伏地层为上二叠统峨眉山玄武岩组(P3β)、中统茅口组(P2m)。云南省煤炭资源主要集中在曲靖地区，图1。恩洪、老厂雨汪区块位于小江断裂以东、弥勒断裂以北，区块内构造相对简单。
图1 云南省境内煤炭资源分布图Fig 1.Distribution Map of Coal Resources in Yunnan
据统计，云南省煤层气推测可采资源量3002.37亿m3，占总资源量56.10%；
远景资源量2349.60亿m3，占总资源量的43.90%。其中恩洪矿区地质资源量442.05亿m3，占总资源量的8.26%。老厂矿区地质资源量2318.09亿m3，占总资源量的43.31%。图2。
图2 云南省分矿区统计资源量图Fig 2.Statistics of Orefield Resources in Yunnan
滇东、滇东北煤层气区块主要由中联煤层气公司登记，另有滇东能源公司登记雨汪区块，截止目前区块均未正式抽采利用，中联煤层气公司对区块做了部分勘查与规划，因施工工艺、压裂、增产等相关技术使之产气量没有达到理想，勘查工作放缓。
煤层气开采一般有两种方式：一是地面钻井开采；
二是井下瓦斯抽放系统抽出，地面钻井开采煤层气和抽放瓦斯均可以利用，可大大减少风排瓦斯数量，降低煤矿对通风的要求，改善了矿工的安全生产条件。煤层气可用作民用燃料、工业燃料、发电燃料、汽车燃料和重要的化工原料等。每标方煤层气大约相当于9.5度电、3 m3水煤气、1L柴油、接近0.8kg液化石油气、1.1L～1.3L汽油。燃烧后几乎没有污染物，是清洁型绿色能源。
省内非常规天然气(煤层气或瓦斯)基本未开采利用，仅有少数几个矿区井下抽采利用瓦斯发电，省内已知建有并运行的瓦斯发电站有15个，设计装机规模3.22万kW，已建成装机规模1.98万kW(照片1，表1)。因瓦斯含量低，日发电量不理想，很难规模化或提高发电量，甚至有几个矿区已经停止发电。大部分矿区未抽采利用，直接排空(照片2)，对空气产生污染或增加温室效应，不符合新时代下发展方向及十四五规划、高质量发展理念。要解决这方面问题，必须使地面(井上)抽采与井下抽采协调发展，统筹规划、开采利用。
照片1 田坝煤矿二号井井下抽采瓦斯发电Photo 1.Extraction Exploitation Gas Generating of Shaft 2 in Tianba Coal Mne
照片2 矿井瓦斯对空排放Photo 2.Shaft Gas Exhuast to Air
表1 省内煤矿井下抽采瓦斯低浓度发电统计表Tab 1.Staistics of Low Concentration Generating of Shaft Extraction Exploitation Gas of Yunnan Coal Orefield
滇东区域煤层主要为中高煤阶，评价基本参数由地质条件和开采条件两大部分组成。地质条件包含区域地质：煤层埋深、构造、水文地质，含煤性：煤层分布范围面积、可采煤层净厚度、镜质组、灰分，含气性：含气量、甲烷含量等参数缺一不可；
开采条件主要包含储层可采性、可改造性、经济可采性等基本评价参数。准确、齐全、可靠、真实是煤层气抽采前的基本数据，决定能否抽采的前提条件，也是针对地区性特点用哪种技术及工艺可达到最佳排采效果。完整、系统性的地震勘探资料，调查评价参数井、试排采井等前期工作是决定后期利用哪种工艺、技术、方法来抽采煤层气的关键。煤层气井主要工作包括：钻井、工程测量、地球物理测井、录井(气测、地质)、试井、固井、压裂、排采等按相关规程规范及要求执行。基本参数是基础，工艺、技术、方法决定产气量，根据产量来合理、科学规划开采利用，使采煤与抽采瓦斯协调发展。目前省内外常用的煤层气抽采钻井工艺主要有直井、大斜度丛式井、水平井或U型井(顺层多分支水平井)详见图3。
图3 各类井型示意图Fig 3.Sketch Map of Various Shaft Pattern
压裂是煤储层增产改造的主要措施之一。利用专用的压裂设备以一定方式向煤层注入流体或携带支撑剂，形成具有高导流能力的人工裂缝。
根据《煤矿安全规程》、《矿井瓦斯抽放管理规范》、《安全生产法》等确立“安全第一、预防为主、综合治理”的安全生产工作方针，明确安全生产的重要地位、主体任务和实现安全生产的根本途径。抽采对象主要为高瓦斯矿井、双突矿井、具有一定规模性或连成片区高瓦斯矿区，主要分井下与井上联合抽采、协调发展、抽采利用，产生经济效益，降低温室效应，生态、环保发展。抽采利用也可为气化云南提供气源多源化来源。煤矿综合治理瓦斯从社会效益、生态环境、经济效益、新发展理论等方面来说确实可行。
瓦斯抽采的可行性主要有以下几方面：(1)“先抽后采”是瓦斯治理的源头治本措施，是实现安全生产的前提；
(2)单靠井下抽采不能杜绝瓦斯事故的发生，同时井下抽采利用率普遍低；
(3)井上与井下联合抽采，协调发展，降低瓦斯含量，安全生产；
(4)煤矿瓦斯抽采利用，减少对空排放，污染空气，有效降低温室效应；
(5)煤矿瓦斯抽采利用产生较可观的经济效益；
(6)瓦斯具有清洁、高效、绿色、环保的特性，用途广泛。
滇东煤层气开发利用存在问题较多，主要有以下几方面：(1)区块缺乏系统性勘探工作：在抽采前应有资源调查评价、地震勘探、钻井与先导性排采试验、测井、固井、测试、压裂、试排采等相关资料或参数齐全；
(2)抽采政策支持落实不到位，仅由矿方或政府抽采不现实；
(3)煤矿矿权与煤层气矿权存在交叉，对抽采规划有一定影响；
(4)省外先进抽采技术与方法不能照搬硬套，对滇东煤层气抽采要有针对性；
(5)投入足够的经费用于抽采技术与方法，找到适合的抽采技术与方法；
(6)投入资金较大，有一定风险，产生经济效益慢；
(7)矿方自筹资金进行地面抽采存在较多问题，首先是资金筹措难，投资大；
其次是没有抽采技术与方法；
(8)云南省煤层气资源分布相对集中，但是不同区域、不同层位地质条件、储层参数差异大，需要进行更多的理论研究；
(9)云南省煤层气勘探开发程度较低，尚未形成适合云南省煤层气勘探开发的配套技术体系，需要进一步的尝试和探索。
为治理高瓦斯煤矿瓦斯超限、确保矿井安全生产，根据国家相关政策必须对矿井抽放瓦斯，有保护层的应抽放被保护层的卸压瓦斯，无保护层的预抽瓦斯可作为区域性或局部防突措施来使用。矿井要安全生产，必须降低煤层瓦斯含量，是对生命财产的保护，也是对生态环境的保护，科学、合理规划抽采利用，绿色发展矿山，为省煤炭高质量发展做表率(照片3、4)。瓦斯抽采的意义及建议：(1)确保煤矿安全生产，必须进行瓦斯抽采，先抽气后采煤；
(2)开发利用资源，变害为利；
(3)实现安全生产目标的重点是：控制瓦斯爆炸、瓦斯煤尘爆炸和煤与瓦斯突出等瓦斯事故；
(4)瓦斯抽放是消除煤矿重大瓦斯事故的治本措施；
(5)瓦斯抽放能解决矿井仅靠通风难以解决的难题，降低矿井通风成本；
(6)瓦斯抽采利用能降低温室效应，还能产生经济效益；
(7)云南省煤层气资源丰富，但煤层气开发及煤矿瓦斯利用程度普遍较低，尚有较大的发展空间和开发前景；
(8)抽采利用符合气化云南发展方向，也可以解决省内天然气气源多源化；
(9)抽采利用减少对空排放，保护环境，保护生态，符合高质量发展目标；
(10)抽采利用可以有效弥补天然气供需缺口；
(11)瓦斯是非常规天然气具有清洁、高效、绿色、环保等特点，用途广泛；
(12)受煤质条件影响，煤粉对排采过程影响较大，建议压裂时适当考虑在煤层顶底板附近井段进行射孔压裂改造，同时考虑“三气共采”或煤层气开采新模式探索，为省内高瓦斯综合治理矿井推广示范应用；
(13)针对滇东煤层气抽采利用建议加大投入资金及科研，争取早日找到适合滇东煤矿瓦斯抽采利用方法与技术，推动省内高瓦斯煤矿综合治理推广使用；
(14)建议由能源局、安监局等相关主管部门牵头或引领多方合作组成高瓦斯抽采组推动省内高瓦斯煤矿综合治理，使井上与井下联合抽采协调发展，矿井达到安全生产。
照片3 老厂雨汪矿区地面煤层气抽采现场Photo 3.Surface Coalbed Gas Extraction Exploitation of Laochang Yuwang Orefield
照片4 老厂雨汪矿区地面煤层气排采点火Photo 4.Surface Coalbed Gas Extraction Exploitation Ignition of Laochang Yuwang Orefield
瓦斯事故是煤矿安全生产的“第一杀手”。近年来，国家对煤矿的安全事故极为关注和重视，加大了安全设施的投入，又制定规程及法规，又关闭煤矿，又处罚事故责任人员，但仍事故不断。究其原因是：“治了标，未治本；
采其堵，忘了疏。”，要想从根本上解决瓦斯事故，最有效的办法是加快煤层气抽采利用，先采气，后采煤。
滇东、滇东北片区煤层主要以构造煤为主，构造复杂、弱裂隙含水层、煤层薄、倾角变化大、瓦斯含量受多种因素影响变化大、渗透率低。一是采取多点式抽采，以煤矿为单位采取井上与井下联合立体式抽采，建立浓度瓦斯发电站利用抽采瓦斯，矿井达到安全生产，减少煤层气(瓦斯)对空排放；
二是气矿权加大勘查投入，争取财政资金或招商引资，调查评价阶段参数取全取准为下一步抽采提供可利用的基础资料；
三是建议抽排井以定向井、水平井为主，据了解老厂雨汪、恩洪矿区试排采井中，定向单井最高日产气量约1900m3，直井最高日产气量约1300m3；
四是建议三气(煤层气、砂岩气、页岩气)共采及加大规划发展、政策支持落实力度，争取早日形成规模化抽采利用煤气或者找到适合本地区的抽采方法、工艺。
