關(guān)于召開第六屆山西省煤炭總工程師論壇暨山西省煤炭安全綠色智能開采論壇的通知

地面與井下共抽 治理與利用并舉

開辟煤礦采氣采煤一體化新型道路

晉城煤業(yè)集團(tuán)  賀天才  

摘  要：山西晉城無(wú)煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司結(jié)合晉城礦區(qū)瓦斯賦存特點(diǎn)，創(chuàng)新了“采煤采氣一體化”、“三級(jí)瓦斯治理”等理念和方法，實(shí)現(xiàn)了地面瓦斯預(yù)抽采、井下區(qū)域性遞進(jìn)式預(yù)抽采治理瓦斯技術(shù)工藝的全面突破，在此基礎(chǔ)上，堅(jiān)持推進(jìn)煤層氣產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營(yíng)，開創(chuàng)了變瓦斯“殺手”為“幫手”的新途徑，取得了良好的安全效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)保效益。

關(guān)鍵詞：采煤采氣一體化  區(qū)域性遞進(jìn)式預(yù)抽采

山西晉城無(wú)煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司（以下簡(jiǎn)稱“晉城煤業(yè)集團(tuán)”）地處山西省東南部，近年來(lái)，加快實(shí)施“煤、氣、電、化綜合發(fā)展，建設(shè)環(huán)保型綠色礦山”的中長(zhǎng)期戰(zhàn)略規(guī)劃，形成了以煤為基礎(chǔ)，煤炭、煤氣、煤電、煤化工四大主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)格局。2007年，完成生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)總額330.05億元，原煤產(chǎn)量3221萬(wàn)噸，總氨產(chǎn)量409.28萬(wàn)噸，煤層氣抽采量5.4億立方米，發(fā)電量5.54億度，實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)18.77億元。在此基礎(chǔ)上，提出了打造“億噸基地、千億規(guī)模、百年企業(yè)、能源旗艦”的發(fā)展目標(biāo)。

晉城礦區(qū)是國(guó)家規(guī)劃的13個(gè)大型煤炭基地中晉東煤炭基地的重要組成部分，是我國(guó)優(yōu)質(zhì)無(wú)煙煤的重要生產(chǎn)基地。礦區(qū)規(guī)劃面積3273平方公里，地質(zhì)儲(chǔ)量368億噸，規(guī)劃建設(shè)13座礦井，總設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力8520萬(wàn)噸/年。規(guī)劃區(qū)煤層氣探明儲(chǔ)量1040億m³，可采儲(chǔ)量728億m³，瓦斯含量達(dá)到16 m³/t以上。

晉城礦區(qū)主要可采及局部可采煤層為山西組（P1s）的3號(hào)煤層和太原組（C3t）的9號(hào)、15號(hào)煤層。目前主采3號(hào)煤層，平均厚度5--6米，屬近水平煤層，蓋山厚度300－500米。瓦斯賦存的特點(diǎn)是：瓦斯含量隨煤層埋藏深度增加而增大；開采煤層瓦斯生成和保存條件較好，儲(chǔ)量大，具有實(shí)施產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的資源基礎(chǔ)；具有較好的可抽采性，煤層滲透率為0.1～5毫達(dá)西，有利于采用地面鉆井壓裂技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模抽采；甲烷含量高，超過(guò)96%，抽出的高純度瓦斯具有很高的開發(fā)利用價(jià)值。

近幾年來(lái)，隨著礦井的逐步延深和開采規(guī)模的擴(kuò)大，晉城煤業(yè)集團(tuán)礦井瓦斯危害明顯地顯現(xiàn)出來(lái)，8個(gè)生產(chǎn)礦井中有4個(gè)相繼成為高瓦斯礦井。2007年寺河礦東井和成莊礦礦井瓦斯等級(jí)鑒定：絕對(duì)瓦斯涌出量分別為346.85m³/min、287.49 m³/min，相對(duì)瓦斯涌出量分別為21.63m³/t、17.55 m³/t。

作為以煤為主的企業(yè)集團(tuán)，晉城煤業(yè)集團(tuán)堅(jiān)持把安全發(fā)展作為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的第一要?jiǎng)?wù)和首要目標(biāo)，堅(jiān)持“服務(wù)安全生產(chǎn)，提高礦井安全保障能力；促進(jìn)節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營(yíng)”的指導(dǎo)思想和“井上下抽采相結(jié)合，井上抽采先行；抽采利用相結(jié)合，以用促采”的工作方針，開辟煤礦采氣采煤一體化新型道路，具體做法是：

一是堅(jiān)持理念創(chuàng)新，創(chuàng)造性地提出“三級(jí)瓦斯治理”、“采煤采氣一體化”等理念和方法。

三級(jí)瓦斯治理，即：根據(jù)礦井瓦斯勘探情況和參數(shù)測(cè)定結(jié)果，分“三級(jí)”治理瓦斯：對(duì)于瓦斯含量高于16m³/t（具有突出危險(xiǎn)時(shí)除外）的開采煤層或區(qū)域，首先提前5～8年實(shí)施地面鉆井預(yù)抽煤層瓦斯，使瓦斯含量降到16m³/t以下；對(duì)于瓦斯含量在8～16m³/t的開采煤層或區(qū)域，根據(jù)煤層賦存特性，提前3～5年，采用井下千米鉆機(jī)等鉆具實(shí)施井下區(qū)域性遞進(jìn)式預(yù)抽采，基本解決瓦斯問(wèn)題；對(duì)于瓦斯含量低于8m³/t的區(qū)域，繼續(xù)采用邊抽邊采掘、采空區(qū)抽采、加強(qiáng)通風(fēng)、監(jiān)測(cè)監(jiān)控等綜合措施治理采掘活動(dòng)中涌出的瓦斯。

采煤采氣一體化，即：通過(guò)實(shí)施地面鉆井、井下順煤層長(zhǎng)鉆孔預(yù)抽、邊采（掘）邊抽、采空區(qū)抽采相結(jié)合的單一中厚煤層瓦斯綜合治理模式，實(shí)現(xiàn)煤炭與煤層氣資源的合理開發(fā)、綜合利用及兩類產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

實(shí)施采煤采氣一體化，一是在時(shí)間上，煤層氣的抽采與礦井的開發(fā)協(xié)調(diào)一致；二是在空間上，地面煤層氣井位的布置與礦井采掘銜接相一致；三是在功能上，煤層氣井實(shí)現(xiàn)“地質(zhì)勘探，采前抽、采動(dòng)抽，采后抽”一井多用（如圖1）。

實(shí)施采煤采氣一體化的關(guān)鍵，在于實(shí)現(xiàn)地面井下相互結(jié)合。布置地面抽采鉆井，從鉆井密度上講：一要考慮單井的抽采效果；二要考慮允許抽采的時(shí)間；三要考慮使煤層瓦斯均勻地降低，不留下局部瓦斯含量仍大、壓力仍高，有突出危險(xiǎn)的隱患。從給煤炭開采創(chuàng)造安全條件角度講：一要考慮避讓井下采掘巷道和井筒硐室；二要考慮使采面抽采效果達(dá)到最佳；三要考慮在抽采全過(guò)程一井真正能夠做到多用。

二是堅(jiān)持技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)地面煤層氣抽采、井下區(qū)域性遞進(jìn)式預(yù)抽采、雙系統(tǒng)抽采等關(guān)鍵技術(shù)和配套工藝的全面突破。

地面煤層氣抽采技術(shù)工藝。早在1993年，我們就與美國(guó)美中能源公司合作，在國(guó)內(nèi)率先引進(jìn)了美國(guó)的地面煤層氣開發(fā)技術(shù)，在潘莊井田施工了7口煤層氣試驗(yàn)井，十多年來(lái)，單井日產(chǎn)氣能力始終保持在2000立方米以上。從2004年開始，開發(fā)新井進(jìn)行了放大試驗(yàn)。單井產(chǎn)氣量最大達(dá)到3萬(wàn)m³/d。截至目前，已形成1200口煤層氣井組，其中投入運(yùn)行的480口，日產(chǎn)氣量120萬(wàn)m³以上。預(yù)計(jì)今年底將形成1500口煤層氣井組，日產(chǎn)氣量150－180萬(wàn)m³。

2007年之前，依據(jù)“每年每口煤層氣井可使0.1平方公里范圍內(nèi)噸煤瓦斯含量降低約1m³”的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合礦井開發(fā)規(guī)劃，按照300m×300m的模式進(jìn)行鉆井布局，2007年之后，我們縮小鉆井間距到200-250m，改進(jìn)矩形布置為菱形布置方式，將鉆井布置在瓦斯富集的地質(zhì)構(gòu)造地帶，因?yàn)檫@些地方最容易導(dǎo)致煤與瓦斯突出事故的發(fā)生。

為改進(jìn)和提高地面煤層氣井的抽采效果，2008年與奧瑞安公司合作，正在組織施工3口水平羽狀井，與壓裂垂直井抽采進(jìn)行比對(duì)分析。

井下區(qū)域性遞進(jìn)式預(yù)抽采技術(shù)工藝。晉城礦區(qū)3^#煤煤層厚，屬近水平可抽煤層，煤質(zhì)較硬。適合于在煤層中施工長(zhǎng)鉆孔，組織區(qū)域性遞進(jìn)式預(yù)抽采。

區(qū)域性遞進(jìn)式預(yù)抽采（見圖2）就是利用千米鉆機(jī)等機(jī)具施工長(zhǎng)鉆孔，形成一個(gè)較大范圍的瓦斯預(yù)抽區(qū)域，根據(jù)目前千米鉆機(jī)實(shí)際進(jìn)尺水平，一個(gè)預(yù)抽區(qū)域至少應(yīng)涵蓋1個(gè)工作面。

在工作面順槽掘進(jìn)過(guò)程中，即應(yīng)通過(guò)順槽巷道向鄰近工作面打鉆，提前開始預(yù)抽采，抽采區(qū)域不僅包括鄰近工作面，也要包括與鄰近工作面相鄰的巷道條帶，從而為再下一個(gè)工作面的布置與預(yù)抽采創(chuàng)造條件。

區(qū)域性遞進(jìn)式預(yù)抽采，可保證工作面抽采時(shí)間，盡快取得預(yù)抽效果，實(shí)現(xiàn)工作面有序銜接。尤其是通過(guò)超前抽采，可有效消除工作面掘進(jìn)及回采過(guò)程中的突出危險(xiǎn)性。

在進(jìn)行抽采鉆孔施工時(shí)，我們要求必須嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)，并作好記錄，終孔位置不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，要分析原因，作為掘進(jìn)巷道穿越時(shí)防治煤與瓦斯突出的重點(diǎn)進(jìn)一步采取措施。

為進(jìn)一步提高抽采效果和解決區(qū)域性遞進(jìn)式預(yù)抽采過(guò)程中效果的不均衡性，巷道掘進(jìn)過(guò)程中，還要在巷幫施工抽采鉆場(chǎng)，實(shí)施“巷幫鉆場(chǎng)超前鉆孔抽采”，掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量異常時(shí)，要停止工作面掘進(jìn)，實(shí)施“迎頭超前鉆孔抽采”。采煤工作面要根據(jù)回采時(shí)間的長(zhǎng)短進(jìn)一步采取加密鉆孔、對(duì)打鉆孔、交叉鉆孔的方式強(qiáng)化“順煤層鉆孔抽采”。

雙系統(tǒng)抽采技術(shù)工藝。晉城礦區(qū)本煤層瓦斯含量大，透氣性好，煤質(zhì)較硬，厚度適中，整體性好，適合在本煤層布孔進(jìn)行預(yù)抽采。在生產(chǎn)過(guò)程中，工作面采空區(qū)瓦斯涌出比例大，需針對(duì)性地進(jìn)行采空區(qū)抽采的特點(diǎn)，決定了采取本煤層和采空區(qū)“雙系統(tǒng)”瓦斯抽采技術(shù)工藝。

本煤層預(yù)抽的特點(diǎn)是高負(fù)壓、低流量，采空區(qū)卸壓抽采的特點(diǎn)是低負(fù)壓、大流量。實(shí)踐中曾經(jīng)將兩種方式共用一個(gè)系統(tǒng)來(lái)組織抽放，結(jié)果是本煤層預(yù)抽負(fù)壓上不來(lái)，采空區(qū)抽采流量達(dá)不到，效果大打折扣。不得已，針對(duì)兩種抽采的特點(diǎn)，開始建立兩套抽采系統(tǒng)。

寺河礦于2000年5月建成了礦井地面本煤層瓦斯永久抽采系統(tǒng)，于2002年底在井下東井區(qū)建成了井下采空區(qū)瓦斯抽采泵站系統(tǒng)，2006年對(duì)兩套系統(tǒng)又進(jìn)行了擴(kuò)容改造，今年，東井區(qū)再行建設(shè)井下四盤區(qū)抽采泵站。

2007年，晉城煤業(yè)集團(tuán)抽采瓦斯量5.4億m³,其中：地面抽采煤層氣2.1億m³，井下抽采瓦斯3.3億m³，利用瓦斯2.5億m³。今年到8月底，晉城煤業(yè)集團(tuán)累計(jì)抽采瓦斯量5.02億m³。目前，寺河礦單井抽采瓦斯量達(dá)到356m³/min，礦井的抽采率達(dá)到了60.4%；成莊礦的抽采瓦斯量159m³/min, 礦井的抽采率達(dá)到了55.8%。

多巷道、大風(fēng)量通風(fēng)工藝。高瓦斯礦井堅(jiān)持“多巷道、大風(fēng)量、分區(qū)通風(fēng)”理念，不斷完善通風(fēng)系統(tǒng)，采面、盤區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)完全獨(dú)立。寺河礦東井由5個(gè)井筒進(jìn)風(fēng)，4個(gè)井筒回風(fēng)，上莊回風(fēng)井裝備了燕京風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的BDK-10－NO4.0型主要通風(fēng)機(jī)，風(fēng)葉直徑達(dá)到4m，最大供風(fēng)量可以達(dá)到37800m³/min，現(xiàn)供風(fēng)量為21040m³/min，運(yùn)行負(fù)壓3008 Pa，寺河礦東井的總風(fēng)量為58921m³/min，總回風(fēng)巷瓦斯?jié)舛扔行У乜刂圃?/span>0.3%以下。

采面通風(fēng)方面，我們創(chuàng)新出“三進(jìn)兩回偏Y”型通風(fēng)系統(tǒng)（見圖3），該系統(tǒng)最大通風(fēng)量可以達(dá)到9600m³/min，具有排除瓦斯能力大，工作面風(fēng)流和瓦斯?jié)舛确€(wěn)定可靠的顯著優(yōu)點(diǎn)。

三是堅(jiān)持綜合利用，開創(chuàng)了變瓦斯“殺手”為“幫手”的新局面，取得了顯著的綜合效益。

煤層氣發(fā)電。利用寺河礦井下抽采的瓦斯，建成了裝機(jī)容量1.5萬(wàn)kW的瓦斯發(fā)電試驗(yàn)廠，于2001年投運(yùn)。目前寺河12萬(wàn)千瓦煤層氣發(fā)電廠已投入試運(yùn)行。該電廠總投資額8.75億元，年耗氣1.87億m³，年發(fā)電量8.4億千瓦時(shí)。

民用燃?xì)狻?/span>煤層氣用作民用燃?xì)?，有安全、清潔、熱值高等?yōu)點(diǎn)。晉城煤業(yè)集團(tuán)積極開拓周邊市場(chǎng)，利用專用煤層氣運(yùn)輸槽車，向晉城市、長(zhǎng)治市、太原市以及河南省等居民供應(yīng)清潔、高效、安全的煤層氣，集團(tuán)公司控股的子公司—晨光物流公司正在打造全國(guó)最大的煤層氣運(yùn)輸新干線。

CNG清潔能源汽車。據(jù)測(cè)算，1立方米煤層氣可代替1.13升93號(hào)汽油，以現(xiàn)行市場(chǎng)油價(jià)和氣價(jià)計(jì)算，每使用1 m³煤層氣代油可節(jié)約3元以上。目前，除晉城市外，汽車加氣業(yè)務(wù)已拓展至長(zhǎng)治、太原、焦作、洛陽(yáng)、濟(jì)源、鄭州等地市場(chǎng)。

燃?xì)忮仩t代替燃煤鍋爐。晉城煤業(yè)集團(tuán)正在逐步以燃?xì)忮仩t代替燃煤鍋爐，全部完成后，年耗氣約1億m³。

工業(yè)用氣。煤層氣的甲烷含量高，雜質(zhì)少，用于玻璃、陶瓷等行業(yè)有很大的優(yōu)勢(shì)。目前，晉城煤業(yè)集團(tuán)已實(shí)現(xiàn)向晉城市及周邊地區(qū)的陶瓷、玻璃、鋼鐵等生產(chǎn)企業(yè)提供工業(yè)燃料。

煤層氣壓縮（CNG）及液化項(xiàng)目（LNG）。晉城煤業(yè)集團(tuán)擁有目前國(guó)內(nèi)最大規(guī)模的煤層氣壓縮站，日壓縮能力達(dá)50萬(wàn)m³。同時(shí)，為了擴(kuò)展煤層氣應(yīng)用的地域空間（CNG運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)半徑150公里左右，LNG運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)半徑約1000公里），與香港中華煤氣公司正在合作建設(shè)煤層氣液化項(xiàng)目，一期工程預(yù)計(jì)2008年8月份投產(chǎn)，日用氣量30萬(wàn)m³，二期工程預(yù)計(jì)2008年年底建成，用氣量達(dá)到90萬(wàn)m³/d。

煤層氣輸送管網(wǎng)建設(shè)。目前，西區(qū)瓦斯（煤層氣）東輸管道工程項(xiàng)目已進(jìn)入試運(yùn)行階段。線路總長(zhǎng)45.2公里，設(shè)計(jì)輸氣能力10億m³/a。山西能源煤層氣有限公司承擔(dān)建設(shè)的亞行貸款項(xiàng)目力爭(zhēng)2008年底實(shí)現(xiàn)向晉城市區(qū)供氣，輸氣規(guī)模為3.14億m³/a。

為切實(shí)做好瓦斯治理和煤層氣的綜合開發(fā)與利用工作，晉城煤業(yè)集團(tuán)進(jìn)一步更新理念，按照“采煤采氣一體化”和“三級(jí)瓦斯治理”的總體思路，堅(jiān)持區(qū)域防治為主、局部防治為輔，把煤礦瓦斯治理逐步向煤層氣抽采利用深化，著力提升礦井安全保障能力，實(shí)現(xiàn)煤炭及煤層氣產(chǎn)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。

作者簡(jiǎn)介：賀天才，男，山西晉城人，1963年出生，中共黨員，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)在讀博士研究生，成績(jī)優(yōu)異的高級(jí)工程師，國(guó)家人事部“653工程”煤層氣地質(zhì)理論與開發(fā)技術(shù)培訓(xùn)方向首席專家，現(xiàn)任山西晉城無(wú)煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司黨委常委、董事、總工程師。