地面與井下共抽解析

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上地面與井下共抽 治理與利用并舉開辟煤礦瓦斯治理與綜合利用新路子山西晉城無煙煤礦業(yè)集團有限責(zé)任公司山西晉城無煙煤礦業(yè)集團有限責(zé)任公司（以下簡稱晉城煤業(yè)集團）是由山西省國資委控股、多元股東持股的有限責(zé)任公司。現(xiàn)有7對生產(chǎn)礦井，登記生產(chǎn)能力3485萬t/a，2007年生產(chǎn)原煤3221萬t?，F(xiàn)有35個控股子公司和10個分公司。目前，集團公司正以科學(xué)發(fā)展觀統(tǒng)領(lǐng)全局，堅定不移地加速實施“煤、氣、電、化綜合發(fā)展，建設(shè)環(huán)保型綠色礦山”的中長期發(fā)展戰(zhàn)略，力爭到2010年生產(chǎn)經(jīng)營總額突破500億元，實現(xiàn)利潤突破40億元，實現(xiàn)原煤產(chǎn)量5000萬t、煤層氣產(chǎn)量20億m3、發(fā)電裝機容量1.5G

2、W、煤化工總氨產(chǎn)量700萬t、合成油產(chǎn)量10萬t以上。晉城礦區(qū)位于山西省東南部，是國家規(guī)劃的13個大型煤炭基地中晉東煤炭基地的重要組成部分，是我國優(yōu)質(zhì)無煙煤的重要生產(chǎn)基地。礦區(qū)規(guī)劃面積3273km2，地質(zhì)儲量368億t，規(guī)劃建設(shè)13座礦井，總設(shè)計生產(chǎn)能力8520萬t/a。規(guī)劃區(qū)煤層氣探明儲量1040億m3，可采儲量728億m3。晉城礦區(qū)主要可采及局部可采煤層為山西組（P1s）的3號煤層和太原組（C3t）的9號、15號煤層。目前主采3號煤層，平均厚度56m，屬近水平煤層，蓋山厚度300500m。瓦斯賦存的特點是：瓦斯含量和煤層埋藏深度成正比；瓦斯生成和保存條件較好，儲量大，具有實施產(chǎn)業(yè)化開發(fā)的資

3、源基礎(chǔ)；具有較好的可抽采性，煤層滲透率為0.15mD，有利于采用地面鉆井壓裂技術(shù)進行大規(guī)模抽采；甲烷含量高，超過96，抽出的高純度瓦斯具有很高的開發(fā)利用價值。 近幾年來，隨著礦井的逐步延深和開采規(guī)模的擴大，晉城煤業(yè)集團瓦斯危害明顯地顯現(xiàn)出來。2007年寺河礦東井和成莊礦礦井瓦斯等級鑒定：絕對瓦斯涌出量分別為346.85 m3/min、287.49 m3/min，相對瓦斯涌出量分別為21.63 m3/t、17.55 m3/t。作為以煤為主的企業(yè)集團，晉城煤業(yè)集團始終堅持把安全發(fā)展作為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的第一要務(wù)和首要目標(biāo)，堅持“開發(fā)新型能源，促進環(huán)境保護，服務(wù)安全生產(chǎn)，提高礦區(qū)居民生活質(zhì)量，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)

4、化經(jīng)營”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，通過10多年特別是近5年來的積極探索與實踐，瓦斯治理與利用取得了初步成效。一、堅持理念創(chuàng)新 創(chuàng)造性地提出“采煤采氣一體化”“三級瓦斯治理”等理念和方法理論是實踐的先導(dǎo)，是技術(shù)發(fā)展的基石。晉城煤業(yè)集團密切結(jié)合晉城礦區(qū)的實際，突破國外已有理論框架和技術(shù)路線的束縛，創(chuàng)建了“采煤采氣一體化”、“三級瓦斯治理”等新的理念和方法，為進一步開展瓦斯綜合治理技術(shù)的創(chuàng)新提供了強有力的支撐。(一)采煤采氣一體化通過實施地面鉆井、井下順煤層長鉆孔預(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，實現(xiàn)煤炭

5、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。實施采煤采氣一體化，一是在時間上，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，煤層氣井實現(xiàn)“地質(zhì)勘探，采前抽、采動抽，采后抽”一井多用（圖1）。1地面鉆井；2回采工作面；3冒落拱；4裂隙帶；5煤層圖1 一井多用抽采模式圖實施采煤采氣一體化的關(guān)鍵，在于實現(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

6、掘巷道和井筒硐室；二要考慮使采面抽采效果達到最佳；三要考慮在抽采全過程一井真正能夠做到多用。(二)三級瓦斯治理根據(jù)礦井瓦斯勘探情況和參數(shù)測定結(jié)果，分“三級”治理瓦斯：對于瓦斯含量高于16 m3/t的開采煤層或區(qū)域，首先提前58年實施地面鉆井預(yù)抽煤層瓦斯，使瓦斯含量降到16 m3/t以下；對于瓦斯含量在816 m3/t的開采煤層或區(qū)域，根據(jù)煤層賦存特性，提前35年采用井下千米鉆機等鉆具實施井下區(qū)域性遞進式預(yù)抽采；對于瓦斯含量低于8 m3/t的區(qū)域，采用邊抽邊采掘、采空區(qū)抽采、加強通風(fēng)、監(jiān)測監(jiān)控等綜合措施治理采掘活動中涌出的瓦斯。2007年之前，依據(jù)“每年每口煤層氣井可使0.1km2范圍內(nèi)噸煤瓦斯

7、含量降低約1 m3”的經(jīng)驗數(shù)據(jù)，結(jié)合礦井開發(fā)規(guī)劃，按照300m×300m的模式進行鉆井布局（圖2）。2007年之后，將地面鉆井由矩形布置方式改為菱形布置，將鉆井布置在瓦斯富集的地質(zhì)構(gòu)造地帶，因為這些地方最容易導(dǎo)致煤礦煤與瓦斯突出事故的發(fā)生。圖2 地面抽采鉆井局部布置示意圖二、堅持技術(shù)創(chuàng)新，實現(xiàn)地面煤層氣抽采，井下區(qū)域性遞進式預(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(一)地面煤層氣抽采技術(shù)工藝早在1993年，晉城煤業(yè)集團就與美國美中能源公司合作，在國內(nèi)率先引進了美國的地面煤層氣開發(fā)技術(shù)，在潘莊井田施工了7口煤層氣試驗井，10多年來單井日產(chǎn)氣能力始終保持在2000 m3以上。從2

8、004年開始，開發(fā)新井進行了放大試驗，單井產(chǎn)氣量最大達到3萬m3/d。截止2007年底，晉城礦區(qū)已形成880口煤層氣井組規(guī)模，其中投入運行339口，日產(chǎn)氣量80萬m3以上，單井平均日產(chǎn)氣量近2500 m3，形成了年產(chǎn)6億m3煤層氣的生產(chǎn)能力。2003年8月，晉城煤業(yè)集團設(shè)立了“沁水藍焰煤層氣有限公司”，積極推進煤層氣開發(fā)的專業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化運作。經(jīng)過不斷探索、實踐、總結(jié)，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的地面預(yù)抽瓦斯技術(shù)，初步掌握了清水鉆井、活性水壓裂、定壓排采、低壓集輸?shù)拿簩託忾_發(fā)技術(shù)體系，突破了無煙煤不適合地面煤層氣開發(fā)的“禁區(qū)”，為我國煤層氣地面開發(fā)利用創(chuàng)出了第一個成功范例，率先實現(xiàn)了井上井下采煤采氣

9、一體化。(二)井下區(qū)域性遞進式預(yù)抽采技術(shù)工藝晉城煤業(yè)集團3號開采煤層厚，屬近水平可抽煤層，煤質(zhì)較硬，適合于在煤層中施工長鉆孔，組織區(qū)域性遞進式預(yù)抽采。區(qū)域性遞進式預(yù)抽采（圖3）就是利用千米鉆機等機具施工長鉆孔，形成一個較大范圍的瓦斯預(yù)抽區(qū)域，根據(jù)目前千米鉆機實際進尺水平，一個預(yù)抽區(qū)域至少應(yīng)涵蓋1個工作面。圖3 區(qū)域性遞進式預(yù)抽采示意圖在工作面順槽掘進過程中，即應(yīng)通過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，從而為再下一個工作面的布置與預(yù)抽采創(chuàng)造條件。區(qū)域性遞進式預(yù)抽采可保證工作面抽采時間，能盡快取得預(yù)抽效果，實現(xiàn)工作面有序銜接。尤

10、其是通過超前抽采，可有效消除工作面掘進及回采過程中的突出危險性。實施區(qū)域性遞進式預(yù)抽采之后，在掘進和回采過程中，針對瓦斯抽采不平衡和瓦斯涌出量大的問題，仍然需要采取其他抽采措施。(三)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行預(yù)抽采，以及在生產(chǎn)過程中工作面采空區(qū)瓦斯涌出量大，需針對性地進行采空區(qū)抽采的特點，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)抽的特點是高負壓、低流量，采空區(qū)卸壓抽采的特點是低負壓、大流量。實踐中曾經(jīng)將兩種方式共用一個系統(tǒng)來組織抽放，結(jié)果是本煤層預(yù)抽負壓上不來，采空區(qū)抽采流量達不到，效果大打折扣

11、。因此，針對兩種抽采的特點，開始建立2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2套系統(tǒng)又進行了擴容改造，東井區(qū)井下四盤區(qū)抽采能力為0.8億m3/a的泵站正在建設(shè)。成莊礦2002年底建成地面本煤層瓦斯永久抽放系統(tǒng)，2006年建成井下3號風(fēng)井采空區(qū)抽采泵站，2號風(fēng)井能力為0.4億m3/a的抽采泵站正在建設(shè)之中。寺河礦地面本煤層預(yù)抽采泵站的抽采能力為2億m3/a，東井區(qū)井下采空區(qū)抽采泵站抽采能力為1億m3/a，地面本煤層預(yù)抽采泵站安裝了6臺CBF710型水環(huán)式真空泵，井下采空區(qū)瓦斯抽采泵站安裝了5

12、臺2BE1-705水環(huán)式真空泵。成莊礦地面抽采泵站抽采能力為1億m3/a，井下3號風(fēng)井采空區(qū)抽采泵站抽采能力為0.4億m3/a，地面抽采泵站安裝6臺CBF710水環(huán)式真空泵，井下3號風(fēng)井瓦斯抽采泵站安裝3臺CBF630和2臺CBF380水環(huán)式真空泵。雙系統(tǒng)抽采工藝適合晉城礦區(qū)強化煤層預(yù)抽采和采空區(qū)抽采的特點。三、堅持煤層氣產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營，開創(chuàng)變瓦斯“殺手”為“幫手”的新途徑近年來，晉城煤業(yè)集團本著開發(fā)新型能源、保護大氣環(huán)境、保障煤礦安全、提高職工生活質(zhì)量、培育經(jīng)濟增長點的理念，積極探索煤層氣開發(fā)利用的新途徑，取得了良好的效益。(一)煤層氣發(fā)電2001年寺河礦利用井下抽采瓦斯，建成了裝機容量15MW

13、的瓦斯發(fā)電廠，目前利用亞行貸款建成的亞洲規(guī)模最大的12MW煤層氣發(fā)電廠已進入調(diào)試階段,該電廠年耗氣將達到1.87億m3，年發(fā)電量8.4×108kWh。此外，晉城煤業(yè)集團成莊礦18MW尾煤電廠和金駒股份公司的36MW煤矸石電廠正在進行使用煤層氣發(fā)電改造。(二)民用燃氣建成了全國最大的煤層氣壓縮站，日壓縮能力達50萬m3，利用專用煤層氣運輸槽車，向晉城市、長治市、太原市以及河南省等居民供應(yīng)清潔、高效、安全的煤層氣。2005年，晉城煤業(yè)集團對礦區(qū)內(nèi)民用燃氣系統(tǒng)進行了用煤層氣代替水煤氣改造。目前晉城市范圍內(nèi)約有煤層氣用戶4萬余戶，儲氣站10余座，每日供氣量3萬m3以上。為提高輸送能力，解決瓦

14、斯利用中運輸瓶頸問題，集團公司正在建設(shè)西部煤層氣產(chǎn)地至東部利用基地的高濃度、低濃度煤層氣輸送兩趟管道，將供氣方式變?yōu)橐蚤L輸管線為主。高濃度管道線路總長45.2km，設(shè)計輸氣能力10億m3/a，目前已進入試運行階段。此外，2007年晉城煤業(yè)集團控股了山西能源煤層氣有限公司，該公司承擔(dān)了亞行貸款山西省沁水煤田煤層氣利用工程，負責(zé)集團公司向周邊區(qū)域瓦斯利用管網(wǎng)的建設(shè)。(三)CNG(壓縮煤層氣)清潔能源汽車據(jù)測算，1 m3煤層氣可代替1.13L 93號汽油，以現(xiàn)行市場油價和氣價計算，每使用1 m3煤層氣代油可節(jié)約3元以上。2005年7月，晉城煤業(yè)集團在晉城市建成了第一座CNG加氣站，并開始改裝CNG汽

15、車。目前，除晉城市外，汽車加氣業(yè)務(wù)已拓展至長治、太原、焦作、洛陽、濟源、鄭州等地市場，日供氣7萬m3以上。(四)燃氣鍋爐代替燃煤鍋爐晉城煤業(yè)集團已新上燃氣鍋爐23臺、總蒸發(fā)量132t/h，年耗氣1500萬m3。目前正在逐步以燃氣鍋爐代替燃煤鍋爐，全部完成后年耗氣約1億m3。同時各抽采礦井建設(shè)燃氣暖風(fēng)爐、空調(diào)等，為礦區(qū)生產(chǎn)、生活服務(wù)。(五)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。目前，晉城煤業(yè)集團已實現(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，年用氣1800萬m3左右。(六)以煤層氣為原料建設(shè)煤化工晉城煤業(yè)集團規(guī)劃建設(shè)以高硫煤為原料的10萬t/a合

16、成汽油項目，可以參燒煤層氣。(七)煤層氣液化（LNG）為了擴展煤層氣應(yīng)用的地域空間，利用煤層氣為原料的10萬t/a液化項目正在實施：一期工程預(yù)計2008年6月份投產(chǎn)，日處理瓦斯能力達30萬m3；二期工程預(yù)計2008年年底建成，日處理能力為60萬m3。項目完成后，日處理瓦斯能力總體達到90萬m3。晉城煤業(yè)集團在加大煤層氣規(guī)?；玫耐瑫r，積極參與CDM(清潔發(fā)展機制)的運作。2004年12月以來，晉城煤業(yè)集團120MW煤層氣電廠項目所產(chǎn)生的經(jīng)核證的溫室氣體減排項目分別被世行托管的碳化基金（PCF）、日本碳基金(JCF)、荷蘭清潔發(fā)展機制和英國愛思凱公司收購，購買該項目的減排量1600萬t等量CO2的減排額度，獲得收益1.5億美元。2007年，又依托瓦斯電廠改造項目，與