第3部分煤与瓦斯协调开采技术演示幻灯片.ppt

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1、第三部分第三部分 煤与瓦斯协调开采技术煤与瓦斯协调开采技术我国煤层气开发的现状和技术途径我国煤层气开发的现状和技术途径煤与瓦斯协调开采技术煤与瓦斯协调开采技术瓦斯综合利用瓦斯综合利用我国煤层气赋存的特征我国煤层气赋存的特征实实 例例 1一、一、我国煤层气赋存的特征我国煤层气赋存的特征 我国是世界上煤层瓦斯资源储量巨大的国家之一。据2006年国土资源部油气中心对全国煤层气资源评价结果，我国煤层气资源量居世界第三位，与我国陆上天然气资源量相当，资源量36.81万亿m3，可采资源量10.86万亿m3，我国煤层气资源规模分布和成藏模式如图4-1、图4-2所示。2317.9332.15303324.75

2、36.3333823.8614.422.531.4627.3010203040资源量（万亿立方米）李明潮1987焦作矿院1987张新民1991统配煤矿公司1992段俊虎1992关德师1992刘友民1993李静1995煤田总局1998廊坊分院1999中联公司2000廊坊分院2001中国煤层气（瓦斯）资源估算中国煤层气（瓦斯）资源估算新一轮油气资源评价：新一轮油气资源评价：36.81万亿方万亿方41 煤层气煤层气(煤矿瓦斯煤矿瓦斯)开发利用开发利用1.1 资源状况资源状况我国煤层气资源丰富。据煤层气资源评价，我国埋深2000m以浅煤层气地质资源量约36万亿立方米，主要分布在华北和西北地区。其中，华

3、北地区、西北地区、南方地区和东北地区赋存的煤层气地质资源量分别占全国煤层气地质资源总量的56.3%、28.1%、14.3%、1.3%。1000m以浅、10001500m和15002000m的煤层气地质资源量，分别占全国煤层气资源地质总量的38.8%、28.8%和32.4%。全国大于5000亿立方米的含煤层气盆地(群)共有14个，其中含气量在500010000亿立方米之间的有川南黔北、豫西、川渝、三塘湖、徐淮等盆地，含气量大于10000亿立方米的有鄂尔多斯盆地东缘、沁水盆地、准噶尔盆地、滇东黔西盆地群、二连盆地、吐哈盆地、塔里木盆地、天山盆地群、海拉尔盆地。51.2 资源开发情况资源开发情况(一

4、)地面开发煤层气地面开发始于上个世纪70年代末，原煤炭科学研究院抚顺研究所曾在抚顺、阳泉、焦作、白沙、包头等矿区，以解决煤矿瓦斯突出为主要目的，施工了20余口地面瓦斯抽排试验井。但由于技术、设备等条件限制，试验未达到预期效果。上个世纪90年代，煤层气开发出现热潮，在不同地区开展了煤层气开发试验。经过十余年发展，取得了重大突破。据统计，截止2005年底，全国共施工先导性试验井组8个，各类煤层气井615口，其中多分支水平井7口。2005年，地面煤层气抽采不足1亿立方米。我国煤层气可采资源总量约10万亿立方米，其中大于1000亿立方米的盆地(群)有15个：二连、鄂尔多斯盆地东缘、滇东黔西、沁水、准噶

5、尔、塔里木、天山、海拉尔、吐哈、川南黔北、四川、三塘湖、豫西、宁武等。二连盆地煤层气可采资源量最多，约2万亿立方米；鄂尔多斯盆地东缘、沁水盆地的可采资源量在1万亿立方米以上，准噶尔盆地可采资源量约为8000亿立方米。6(二)井下抽采煤矿井下瓦斯抽采始于上个世纪50年代初。经过五十年的发展，煤矿井下瓦斯抽采，已由最初为保障煤矿安全生产到安全能源环保综合开发型抽采；抽采技术由早期的对高透气性煤层进行本煤层抽采和采空区抽采单一技术，逐渐发展到针对各类条件适合于不同开采方法的瓦斯综合抽采技术。主要项目有：山西沁水枣园井组煤层气开发试验项目，生产试验井15口；辽宁阜新刘家井组煤层气开发项目，钻井8口，单

6、井日均产气3000立方米以上；山西晋城潘庄煤层气地面开发项目，施工了175口煤层气井，日产气约10万立方米；山西沁南潘河先导性试验工程，计划施工900口煤层气井，到2005年底完成钻井100口，日产气约8万立方米。71.3 煤层气煤层气(煤矿瓦斯煤矿瓦斯)利用现状利用现状我国煤层气(煤矿瓦斯)利用进展缓慢。2005年，全国利用量约10亿立方米。煤矿瓦斯利用主要集中在抽采量高的国有重点矿区。地面钻井抽采利用，主要集中在山西沁水枣园井组、辽宁阜新刘家井组、晋城潘庄、山西沁南潘河项目等，采取管汇车运输销售，供周边地区使用。目前，煤层气主要用于民用和工业用燃料、发电、汽车燃料、生产炭黑等。其中，瓦斯发

7、电发展较快，至2005年底，全国瓦斯发电装机容量约20万千瓦。生产瓦斯燃气发电机组的国内主要生产厂家有：山东胜利油田动力机械设备厂、济南柴油机厂、江苏南通宝驹集团等。工业瓦斯锅炉的国内生产厂家有：广东迪森、上海新业、青岛四方、太原绿威等。81.4 存在的主要问题存在的主要问题(一)缺乏有力的扶持政策地面开发煤层气初期投入高、产出周期长、投资回收慢。煤层气开发企业在产业发展初期积极性不高；矿井平均瓦斯利用率仅在30%左右。(二)基础理论研究和技术创新不够瓦斯治理和利用难度大，从理论和技术方面都存在许多关键性难题，特别是社会公益性研究被大大削弱，瓦斯治理和利用等方面的技术研究和创新进展缓慢。(三)

8、煤矿瓦斯抽采难度增大我国高瓦斯矿井多，煤层瓦斯含量高、压力大、透气性差、抽采难度大。(四)煤层气和煤炭矿业权重叠煤层气和煤炭是同一储层的共生矿产资源。目前，由于部门之间、企业之间不协调，造成煤层气开采权和煤炭开采权设置重叠，影响了煤炭产业的发展。92 我国煤层气赋存的特征我国煤层气赋存的特征2.1 煤层瓦斯的低渗透率煤层瓦斯的低渗透率 我国煤层渗透率较低，平均在0.00216.17毫达西。其中，渗透率小于0.10毫达西的占35%；0.11.0毫达西的占37%；大于1.0毫达西的占28%；大于10毫达西的较少。抚顺煤田的渗透率相对较高，但也只有0.5-3.8md，水城、丰城、鹤岗、开滦、柳林等矿

9、区高渗透煤层渗透率只有0.1-1.8md，其它地区绝大多数实测的渗透率值都在0.001md以下，比美国的San Juan盆地和Black Warrior盆地低3-4个数量级。(五)煤层气(煤矿瓦斯)利用受限制开发与市场脱节，缺乏低浓度瓦斯的安全输送和利用技术；瓦斯发电上网难、入网价格低，发电企业无利可图，限制了矿井瓦斯抽采利用。(六)煤矿瓦斯直接排空对环境影响较大煤层气的温室效应约为二氧化碳的21倍。据测算，我国煤炭开采、加工、运输过程中每年释放瓦斯约150亿立方米，对环境影响较大。10图4-2 煤层气成藏模式图11 煤层渗透率的影响因素十分复杂，原岩应力状态、煤层埋深、煤的变质程度、煤岩组分

10、等都将不同程度地影响煤层渗透率。一般情况下，煤层渗透率随压力（或深度）的增加而减小，如图4-3所示。与美国、澳大利亚相比，中国的煤层气储层所承受的地应力大，美国黑勇士盆地地应力值1-6MPa，澳大利亚东部悉尼盆地鲍恩盆地1-10MPa，少数达14MPa(Enever，1996)，中国很多地区的地应力相当于或大于这些地区的高限值。煤层渗透率是影响瓦斯抽放难易程度的最主要因素，我国煤层瓦斯抽采难易程度划分为三类（见表4-1）。12图4-3原地应力与渗透率的关系表4-1 煤层瓦斯抽采的难易程度划分表分 类钻孔流量衰减系数(d-1)煤层透气性系数(m2/MPa2.d)容易抽采10可以抽采0.003-0

11、.050.050.113 2.2 煤层瓦斯压力较低煤层瓦斯压力较低 一般瓦斯压力随煤层埋深增大而增大，可用压力梯度去衡量煤层瓦斯压力的大小。为了在煤层瓦斯压力评价中统一方法和原则，将煤层瓦斯压力划分为三种类型(表4-2)。表4-2 煤层瓦斯压力梯度类型划分方案 我国煤层瓦斯压力梯度大小变化幅度很大，最低值为1.2kPa/m(抚顺)，最大值为13.4kPa/m(天府)，但大部分属于低压瓦斯。我国部分矿区瓦斯压力梯度及类型见表4-3。煤层瓦斯压力低影响煤层气产率，不利于瓦斯抽放。压力梯度（KPa/m）煤层瓦斯压力类型9.5低压9.5-10.0正常10.0高压14表4-3 我国部分矿区瓦斯压力梯度及

12、类型矿区瓦斯压力梯度（kPa/m）数据个数瓦斯压力类型最小最大平均值低压南桐6.311.89.49低压松藻4.84.54.82高压天府9.413.411.46低压中梁山7.49.98.95低压芙蓉3.54.74.12低压六枝4.611.66.98低压水城4.57.45.53低压白沙5.911.28.69低压涟邵6.510.58.17低压淮南3.27.75.410低压北票7.511.39.36低压抚顺1.25.62.97低压153 煤层吸附瓦斯能力高煤层吸附瓦斯能力高 煤对瓦斯的吸附能力受多种因素的影响，主要影响因素有压力、温度、矿物质含量、水分含量、煤阶、岩性、气体组分等。1、压力：随着压力的

13、增加，吸附气量增加，如图4-4所示。2、温度：温度总是对脱附起活化作用，温度越高，游离气越多，吸附气越少，如图4-5所示。图4-4 瓦斯压力与吸附瓦斯量关系曲线 图4-5温度对瓦斯吸附量的影响曲线16 3、水分含量：水为极性分子，吸附于煤中，从而取代甲烷的位置，水分在煤吸附过程中起着极其重要的作用，水的存在，降低了煤中甲烷吸附量。然而从宏观上认识，没有水封堵，也难以形成较大的煤层甲烷吸附气气藏。4、煤阶：煤阶是煤层气的生成和煤的吸附能力的重要影响因素之一，对煤层气含量起控制作用。当煤样为干燥煤样时：煤的吸附能力(兰氏体积)随煤阶（镜质体反射率R0，%）增高呈U字型变化。当煤样为平衡水分煤样时：

14、煤的吸附能力与煤阶的关系为一倒U字型，如图4-6所示。17 5、煤岩的显微组分：煤主要由四种有机组分组成：镜质组、壳质组、惰质组和丝质组。惰质组中微孔发育含量越高，吸附量越大；在惰质组含量不高时，吸附量随镜质组的增多而增大。原因是丝质组就没有胞腔或微孔，吸附量最小。图4-6煤阶与煤的吸附能力的关系184 区域地质构造对瓦斯分布区域的控制区域地质构造对瓦斯分布区域的控制 地球的地貌与地壳内所发生的各种地质过程有极其密切的联系。构造凹地是由于地球内动力作用，断块拉伸作用，形成凹地（洼地）或断陷盆地，属于明显的构造异常区域，较大地影响到矿区的岩体应力状态。在这样的区域地质构造下，煤层处于封闭型地质构

15、造的控制，透气性较差，不利于瓦斯排放，容易造成瓦斯积聚，形成高压瓦斯集中区。例如，利用地质动力区划方法，对淮南矿区区域构造形式初步分析得出：淮南煤田是典型的棋盘格构造形式，处在经度凹地和纬度凹地的相交区域，如图4-7、4-8所示。19图4-7 地质动力区划方法所确定的淮南凹地20图4-8 淮南凹地剖面图 闭合而完整的背斜或穹窿构造并且覆盖不透气的地层是良好的储存瓦斯构造。在其轴部煤层内往往积存高压瓦斯，形成“气顶”，如图4-9(a)、(b)、(c)所示。对于低透气性煤层的向斜构造，由于轴部煤(岩)层受到强力挤压而使其透气性变得更差，一般轴部可以封存比两翼更高的瓦斯；21 而对于高透气性煤层则由

16、于其轴部和两翼裂隙发育，有利于瓦斯的逸散，补给瓦斯量越接近轴部越趋于枯竭，见图4-9(f)。受构造影响形成煤层局部变厚的大煤包也会出现瓦斯含量增高的现象。这是因为煤包周围在构造挤压应力作用下煤层变薄，形成对大煤包瓦斯的封闭条件，有利于瓦斯的大量积聚，如图4-9(d)、(e)所示。由两条封闭性断层与致密岩层封闭的地垒或地堑构造也能成为瓦斯含量增高区，见图4-9(g)、(h)，特别是地垒构造往往由于有深部供气来源，瓦斯含量会明显增大。断层对瓦斯含量的影响比较复杂，一方面要看断层（带）的封闭性；另一方面还要看与煤层接触的对盘岩层的透气性。开放性断层通常会引起断层附近的煤层瓦斯含量降低，当与煤层接触的

17、对盘岩层透气性大时，瓦斯含量降低的幅度更大，图4-10(a)、(b)。封闭性断层处的煤层围岩层透气性低时，可以阻止煤层瓦斯的排放，煤层具有较高的瓦斯含量图4-10(c)。图4-10(d)表示煤层被两条封闭性逆断层分割成三个断块时瓦斯含量分布的情况。22 图4-9 几种常见的瓦斯储存结构1不透气性岩层；2瓦斯含量增高部位；3煤层23图4-10 断层对煤层瓦斯含量的影响1-瓦斯散失区；2-瓦斯含量降低区；3-瓦斯含量异常增高区；4-瓦斯含量正常增高区；5-地表24二、二、我国煤层气开发的现状和技术途径我国煤层气开发的现状和技术途径1 瓦斯抽放技术体系瓦斯抽放技术体系 瓦斯抽放分为地面钻井抽放和井下

18、抽采两大类，如图4-11、4-12所示。按煤层气开采方法、卸压瓦斯的来源及卸压瓦斯抽放方法的不同，构建了“煤与煤层气共采”技术体系图，如图4-13所示。图4-11地面煤与瓦斯协调开采示意图25图4-12井下煤与瓦斯协调开采示意图26图4-13 煤与瓦斯协调开采技术体系272 瓦斯抽放现状瓦斯抽放现状 我国煤矿井下的瓦斯抽放始于20世纪50年代，其中抚顺、阳泉是抽放量最大的矿区。2005年瓦斯抽采量23亿 m3，平均利用率达40左右。年抽采量超过1亿m3的矿区有阳泉、晋城、淮南、松藻、盘江、水城和抚顺等7个矿区。目前中国煤层气产能目前中国煤层气产能 晋城煤业集团蓝焰公司：1530万m3/d 中联

19、煤层气有限责任公司：1015万m3/d 辽宁阜新矿业集团：3万m3/d28三、三、煤与瓦斯协调开采技术煤与瓦斯协调开采技术1 井下瓦斯抽采技术井下瓦斯抽采技术 由于我国煤层气低渗透率的特点，利用煤层开采引起岩层的移动破坏增大煤层渗透性，在采煤的同时高效抽放卸压瓦斯，是我国煤层气开采的主要途径。1.1 钻机钻机 目前，常用的钻机有：煤炭科学研究总院西安分院生产的MK系列钻机，孔深75-600m，孔径75-200mm；煤炭科学研究总院重庆设计院生产的ZYG150型钻机，孔深150m，孔径65-115mm；MK-6、MK-7钻机如图4-15、4-16所示。29图4-15MK-6钻机实图30图4-16

20、MK-7型钻机实图31 1.2 瓦斯抽采方法的选择原则瓦斯抽采方法的选择原则 选择矿井瓦斯抽采方法应依据矿井煤层赋存条件、瓦斯基本参数、瓦斯来源、开采顺序、巷道布置、瓦斯抽采的目的及利用要求等因素确定，并遵循以下原则：（1）尽可能利用开采巷道抽采瓦斯，必要时可设专用瓦斯抽采巷道；（2）能适应煤层的赋存条件及开采技术条件；（3）有利于提高瓦斯抽采率；（4）抽采的瓦斯量和浓度能满足利用要求；（5）尽量采用综合瓦斯抽采方法；（6）瓦斯抽采工程系统简单，易于维护，建设投资省，抽采成本低；（7）若围岩瓦斯涌出量大，以及溶洞、裂隙带储存有高压瓦斯时，应采取围岩瓦斯抽采措施；32（8）煤层埋藏较浅(一般60

21、0m以内)、瓦斯含量较高、地面施工钻孔条件较好的厚煤层或煤层群，应采用地面钻孔抽采瓦斯的方法。1.3 开采层瓦斯抽采技术开采层瓦斯抽采技术 （1）开采层建立瓦斯抽放系统的基本条件 一个采煤工作面的瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面瓦斯涌出量大于3m3/min，用通风方法解决瓦斯问题很困难；开采有煤与瓦斯突出危险煤层；矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的：大于或等于40m3/min；年产量1.0-1.5Mt的矿井，大于30m3/min；年产量0.6-1.0Mt的矿井，大于25m3/min；年产量0.4-0.6Mt的矿井，大于20m3/min；年产量0.4Mt的矿井，大于15m3/min。3

22、3 （2）开采层瓦斯抽采方法按下列要求选择 煤层透气性较好，应采用本层预抽方法，一般优先考虑沿煤层布孔方式；透气性较差，分层开采的煤层，应采用边采边抽的卸压抽放方法；单一低透气性高瓦斯煤层，可选用密集网格钻孔、水力割缝、水力压裂、物理化学等方法强化抽采；存在煤与瓦斯突出危险的煤层，应优先选择穿层网格布孔方式；煤巷掘进瓦斯涌出量较大的煤层，应采用先抽后掘的抽采方式；1.4 邻近层瓦斯抽采技术邻近层瓦斯抽采技术 （1）开采近距离煤层群，应采用从工作面巷道向邻近层打垂直或斜交穿层钻孔抽采瓦斯的方法。34（2）层间距较大的倾斜、急倾斜煤层群，可采用从开采层顶(底)板岩石巷道打钻孔瓦斯抽采的方法。（3）

23、当邻近层或围岩瓦斯涌出量较大时，可在工作面回风侧沿开采层顶（底）板布置水平长钻孔(或高位钻孔)抽采邻近层瓦斯。1.5 采空区瓦斯抽采技术采空区瓦斯抽采技术（1）采空区瓦斯抽放应符合下列要求采空区应选用全封闭式抽放方法。现采空区可根据煤层赋存条件和巷道布置情况，采用顶(底)板钻孔、埋管法等抽采方法，并应采取措施，提高瓦斯抽采浓度。对有自燃发火倾向的煤层瓦斯抽采，必须采取预防煤层自燃的措施。35（2）采空区高位顶板孔抽采钻孔布置（图4-17）在煤层工作面回风巷中，沿回风巷煤层走向，一般退后30m位置向工作面采空区施工煤层顶板穿层钻孔，钻孔终孔点进入开采煤层裂隙带，接管抽采采空区瓦斯。图4-17采空

24、区高位顶板孔布置示意图361.6 钻场及钻孔布置技术钻场及钻孔布置技术 （1）钻场布置原则 钻场的布置应免受采动影响，避开地质构造带，便于维护，利于封孔。尽量利用现有的开拓、准备和回采巷道布置钻场；大直径钻孔(300-500mm)或“高抽巷”应布置在上覆岩层裂隙带内。走向高抽巷宜布置在工作面偏回风顺槽l/3工作面长度处。（2）钻孔布置的要求 1)、采空区瓦斯抽采的钻孔或埋管应布置在采空区回风侧。2)、穿层钻孔方向应尽可能正交或斜交煤层层理。3)、顺层钻孔一般以3-5个孔为宜；穿层钻孔一般以6-9个孔为宜。4)、穿层钻孔的终孔位置，应穿过煤层顶(底)板0.5m。5)、单一煤层吨煤抽采钻孔工程量应

25、大于0.12m，煤层群吨煤抽采钻孔工程量应大于0.10m。突出危险煤层的突出危险区吨煤抽采钻孔工程量不得低于0.12m。37 （3）采煤工作面预抽瓦斯钻孔布置技术（图4-18）（4）煤层掘进工作面边掘边抽钻场、钻孔布置技术（图4-19）6)、抽采钻孔严格按设计参数进行施工，其方位角和倾角误差不超过2，开孔位置误差不超过50mm。7)、开采层顺煤层钻孔，煤厚2m以下布置单排钻孔、煤厚2m以上时布置双排钻孔。382 地面钻井瓦斯抽放技术地面钻井瓦斯抽放技术 煤层气地面开采技术主要包括钻井、完井、采气和地面集气处理生产系统。有两种开采情况，一是在没有采煤作业的煤田内开采煤层气；二是在生产矿区内开采煤

26、层气。图4-20为晋城寺河矿井地面瓦斯抽放系统。图4-20 寺河矿井地面瓦斯抽放系统 39地面瓦斯抽放钻井现场 40 2.1 钻井技术钻井技术 常用的钻井技术有普通回转和冲击回转两种冲击回转技术利用空气或空气泡沫作为循环介质来钻进煤层气井，普通回转钻进使用泥浆作为循环介质来钻进煤层气井。在钻进时几乎没有地层水涌入钻井时，空气循环不仅可以有效地清除钻屑，而且可以排除产出水。图4-21表明普通回转钻探技术与冲击回转钻探技术的区别。图4-21普通回转钻进和冲击回转钻进技术对比图2.2 完井技术完井技术 煤层气井完井技术指煤层气井与煤层的连通方式，以及为实现特定连通方式所采用的井身结构、井口装置和有关

27、的技术措施。在选择煤层气井的完井方法时应最大限度地保护煤层，防止对目标煤层造成伤害，减少煤层气流入井筒的阻力。41（1）裸眼完井和下套管完井（2）复合完井增产技术（3）定向羽状水平井技术42（3）定向羽状水平井技术4344完井后的采气井场图完井后的采气井场图45 2.3 采气技术采气技术 当煤层渗透率很低的时，为了提高产气量，通常需要对煤层进行渗透性增大技术。一种是水力压裂法，压裂时，大量的液体和砂子以高压泵入井筒，液体在煤中劈开一条裂缝，当液体返排后，砂子仍留在原处以保持新裂缝开启。另一种是压气法，用压缩空气反复对煤层进行加压和卸压，将煤颗粒从煤层中冲刷下来形成洞穴。2.4 产出水和煤层气收

28、集及处理系统产出水和煤层气收集及处理系统（1）产出水及其处理 煤层中天然裂隙或割理通常被水饱和，煤中甲烷气吸附在煤上。要采出甲烷气，首先要让它从煤中解吸出来。只有在抽出足够的水之后，煤层压力降至煤的解吸压力后解吸开始。煤层压力小于或等于解吸压力，气体从煤中解吸，顺割理流动到压裂裂缝，然后流到井筒中。46图4-25典型煤层气井产水量和产气量曲线（2）煤层气的收集和处理 采出气到达地面，通常被泵入气水分离器，在分离器中除去气体中的水。然后，气体流经一个孔板流量计，集气管线进入气体洗涤器，在气体进入气体压缩机之前除去气体中残余的水。最后气体经压缩机、干燥器和销售气表进入销售管线（图4-26）。47

29、（3）煤层气生产自动监控系统 煤层气井和辅助设施都采用自动监控系统，如图4-27所示，煤层气生产井遥控监视器通过无线电发射装置将生产数据传输到中央处理机控制室。图4-26煤层气的收集和处理系统图4-27煤层气生产自动监控系统48四、四、瓦斯综合利用瓦斯综合利用1 瓦斯主要的利用途径瓦斯主要的利用途径煤层气燃气轮机煤层气燃气轮机煤层气锅炉煤层气锅炉煤层气煤泥烘干回转窑煤层气煤泥烘干回转窑1.1 民用燃气民用燃气 1.2 燃气锅炉燃气锅炉 1.3 瓦斯发电瓦斯发电1.4 生产化工生产化工 产品产品49淮南矿业集团瓦斯发电厂 瓦斯发电投资小，建设周期短，收回成本快。图4-28AppinCollier

30、y瓦斯发电厂 澳大利亚Appin Colliery瓦斯发电厂，装机容量为51MW，矿井回风流中的瓦斯平均浓度为0.7，占电厂瓦斯用量的7，其余瓦斯来自采空区瓦斯抽采。502 瓦斯浓缩技术瓦斯浓缩技术 一般来说，瓦斯气体要达到一定的浓度才能利用。煤炭企业抽采瓦斯大约60浓度低于30。当前最重要的是解决浓度低于30的瓦斯如何安全利用的技术难题。国内外的煤层气提纯浓缩较成熟的技术主要有：2.1 气体膜分离技术气体膜分离技术 膜分离系统如图4-29所示。51图4-29膜分离系统图 2.2 低温分离技术低温分离技术 2.3 变压吸附工艺变压吸附工艺五、五、实实 例例 1 晋城矿区煤层气抽采与利用晋城矿区

31、煤层气抽采与利用1.1 煤层气资源煤层气资源52 晋城矿区（图4-30）可采煤层总厚度在10m以上，分布稳定，煤变质程度高，生气能力强，煤层平均含气量达16.6m3/t。矿区煤层气生储盖条件组合好，构造简单，煤层割理、裂隙发育、渗透性能好，均属易抽放的煤层气，是国内煤层气开发利用最具前景的地区之一。煤层气总资源量为533.78亿m3,其中可采资源量为357.64亿m3。图4-30晋城寺河矿区531.2 煤层气开采利用现状煤层气开采利用现状 目前，晋城煤业集团的煤层气抽采与利用体系已建立。现已建成482口煤层气井组，其中2006年新建气井317口，产能突破两亿立方米年，是我国目前最大的煤层气地面

32、抽采井网。TL-007井，最高单井日产达到16000立方米；沁南枣园煤层气井组是目前我国最大的煤层气井组（16口井）。54图4-34 寺河矿潘庄区煤层气地面预抽二期工程 55 （1）建立永久瓦斯抽放系统，实施井下瓦斯双系统抽放 寺河矿于2000年5月建成了矿井瓦斯永久抽放系统，特点为高负压、高浓度、小流量，用于煤层瓦斯预抽或者煤层瓦斯区域性抽放。2002年底在东区井下又建成了永久瓦斯抽放系统，特点是低负压、低浓度、大流量，用于东区采空区瓦斯抽放并兼顾地面泵站接力加压。1.3 煤与瓦斯协调开采技术在寺河矿的应用煤与瓦斯协调开采技术在寺河矿的应用 寺河矿井是一座设计规模1100万t/a的大型高瓦斯

33、矿井，矿田位于沁水煤田东南边缘。含煤地层为上石炭统太原群及下二叠统山西组。开采3#煤（煤层瓦斯基础参数见表4-9），平均厚度6.42m,倾角2-10，埋藏深度250-600m，地质构造简单，瓦斯储量250.02亿m3。56表4-10 历年煤层气抽采量项目2000年2001年2002年2003年2004年煤层气抽采量/万m314003000335060107409（2）地面钻井超前预抽瓦斯 在寺河矿潘庄区井田150.8km2范围内，煤层瓦斯气地质储量286亿m3，可采储量223亿m3。地质储量分布集中、储藏条件好、渗透率高、可抽性好、甲烷含量高，是国内煤层气开发最具前景的地区之一。57 潘庄区井

34、田煤层气开发首先于1995-1997年施工了7口示范井(其中一口取芯化验井),2004年在鹿底下河地段施工30口煤层瓦斯气井(图4-31)，井距310m250m，控制面积3.64km2。二期工程的70口煤层气井于2005年完工，已形成0.8-1.5亿m3/a的煤层气生产能力，三期整个潘庄区的煤层瓦斯气开发到2010年完成，实现年产气量3亿m3。图4-31寺河矿潘庄区煤层瓦斯气开发初期37口井布置图58 （3）顺煤层长钻孔瓦斯区域性抽放 在瓦斯含量较小的煤层或岩层中先掘进巷道，利用此类巷道向其两帮施工长钻孔，形成一个范围很大的瓦斯预抽区域，在该区域瓦斯抽放达到预抽效果后，再在区域的边缘施工巷道及

35、长钻孔，以形成下一个预抽区域，直到整个井田全部抽放。图4-32瓦斯区域抽放模块示意图。图4-32煤层采掘活动前瓦斯区域抽放模块示意图59 （4）半封闭或全封闭采空区瓦斯抽放 采空区瓦斯一般占采面瓦斯总涌出量的1/3-1/2。采空区半封闭抽放是在尾巷横川或尾巷口打密闭插管进行抽放，如图4-33所示。工作面回采结束后，在进回风巷道口处进行封闭，形成全封闭采空区瓦斯抽放。井下采空区抽放浓度17-20，抽放瓦斯量达15m3/min。这种抽放方法需要大直径的抽放管路，使上隅角瓦斯流动方向改向采空区。图4-33半封闭或全封闭采空区瓦斯抽放示意图602 淮南矿区的井下瓦斯抽采技术淮南矿区的井下瓦斯抽采技术2

36、.1 矿瓦斯抽放量和低浓电站矿瓦斯抽放量和低浓电站 淮南矿业（集团）有限责任公司谢一矿低浓电站总体设计为6台500kw的发电机组，输出电压400V，经变压器升压至6kV，并网谢一矿东部变电所。瓦斯输送系统采用了细水雾变送装置，保证瓦斯浓度为6以上可以燃烧做功。61 2.2 井下瓦斯抽采技术井下瓦斯抽采技术 （1）开采煤层顶板抽放瓦斯技术62通过顶板巷道或钻孔抽放，既能够切断上邻近层瓦斯涌向工作面的通道，又能减少下部采空区瓦斯向工作面的涌入量。瓦斯富集区位于开采煤层垂直向上8-25m、回风巷向下0-30m的裂隙圈范围内。所以，抽放巷道、钻孔层位选择为，炮采和综采一般控制在距煤层顶板8-20m，综

37、放20-25m，平均20m左右。图4-35 首采煤层顶板走向长钻孔或巷道抽放瓦斯方法63 （2）保护层瓦斯抽采技术 淮南的煤层群是实施保护层开采的自然条件，但是煤组、煤层之间距离、岩性、倾角差别较大。保护层瓦斯开采技术包括保护层瓦斯开采技术包括：近水平煤层远距离下保护层瓦斯开采技术、倾斜煤层多重上保护层瓦斯开采技术、急倾斜煤层保护层瓦斯开采技术、远距离和薄煤层保护层瓦斯开采技术。近水平煤层远距离下保护层瓦斯抽采技术 潘一、潘三矿11-2保护层开采（图4-37），在13-1煤层底板25m左右布置专用瓦斯抽放岩巷，抽放巷内每间隔30m施工一个抽放钻场，每个钻场扇形布置5个穿层钻孔，孔底间距30m。

38、64图4-37 开采远距离煤层上向卸压瓦斯抽放方法 倾斜煤层多重上保护层瓦斯抽采技术 1998年新庄孜矿进行了上保护层下向卸压，低抽巷上向网格式钻孔抽放瓦斯研究（图4-38）。以非突出煤层B8作为首采保护层，依次开采B7a、B7b煤层，最后开采受到上保护层采动卸压保护的B6、B4突出煤层。65图4-38 开采近距离煤层下向多重卸压瓦斯抽放方法 B8煤层开采的同时，在B6、B4煤层底板施工抽放巷，分别向B6、B7a、B7b和B4施工穿层钻孔，抽放并拦截煤层卸压瓦斯。现场测定，多重开采B8、B7a、B7b 保护层，突出煤层B6、B4透气性增大570倍，单孔抽放量增大40倍。保护层工作面单产提高33

39、，突出煤层掘进月单进由30m提高到90m。66 （3）“先抽后掘，边抽边掘”瓦斯抽采技术 采用“两帮钻场钻孔迎头钻孔”边抽边掘方法（图4-39），能够有效地抽采煤层瓦斯，有利于及时准确地采取针对性防突措施，避免瓦斯突出事故的发生。具体措施是：迎头施工10-20个钻孔，孔深20m左右；两帮钻场分别施工3-6个孔，孔深40-60m，两帮钻场迈步式布置。迎头钻孔保持5m以上的超前距，帮孔保持10m以上压茬距。通过合理的钻孔布置，使工作面前方50m，巷道两帮20m范围内的煤体均在钻孔控制之下。“十五”攻关期间，在潘一矿试验成功“深孔控制预裂爆破”辅助“两帮钻场钻孔迎头钻孔”的边抽边掘方法。测定单孔瓦斯抽放量可达0.038m3/min，工作面瓦斯抽放率在25以上，掘进速度提高48。67图4-39 先抽后掘、边抽边掘瓦斯抽放示意图 68