低透煤層瓦斯治理
『壹』 陝西彬長礦區煤層瓦斯災害與對策
王興 楊文清
（陝西省煤田地質局186隊 西安市 710054）
作者簡介：王興，1961年生，男，西安高陵人，1982年畢業於西安礦業學院，高級工程師，陝西省煤田地質局一八六隊總工程師，西安能源研究會理事，西安市水資源專家顧問組專家。
摘要 本文試圖利用已有的地質成果，對陝西彬長礦區煤層開采中的瓦斯問題進行討論。就影響礦區建設的煤層瓦斯富集規律進行分析，提出先期抽排的可行性和抽排工藝，為煤炭開發中降低瓦斯含量、減少災害發生找尋新的途徑。
關鍵詞 彬長礦區 瓦斯災害 對策
Coal Gas Disaster and Ploys in Binchang Coalmine，Shaanxi Province
Wang Xing，Yang Wenqing
（Shanxi Bureau of Coal field Geology，Xi'an City 710054）
Abstact：Based on available geological data，the article discussed that the coal gas problems in coal mining in Binchang coal mine of Shaanxi.The author analyzed the accumulation laws of coal gas influencing construction of coal mines and pointed out the feasibility and technology of advance exploitation of coal gas，which will develop a new way to rece gas content of coal and risk of coal gas disaster.
Keywords：Binchang coalmine；gas disaster；ploys
陝西彬長礦區至2005年年底，已有下溝、火石咀、水簾等煤礦生產，另有大佛寺、亭南煤礦在建，現有各生產礦井均屬於高沼氣礦井，亦曾發生過瓦斯突出。水簾煤礦1980、1985年曾發生過兩次瓦斯突出，前次瓦斯突出後，咸陽礦山救護隊在掘進煤巷中測定瓦斯相對湧出量達34.4m3/t·d（日產原煤200t左右），後一次測定混合氣體中瓦斯含量已超過10%。1990年9月礦山救護隊測定，瓦斯相對湧出量為9.18m3/t·d（日產原煤463 t左右）；火石嘴煤礦1986年4月19日，瓦斯順採煤工作面煤層裂隙泄出，瓦斯相對湧出量為18.5m3/t·d；1987年5月5日，虎伸溝村辦小煤礦發生瓦斯突出，礦山救護隊測定混合氣體中瓦斯含量已超過10%。幾個礦井正常生產時，工作面電鑽炮眼內偶爾可聽見「嘶嘶」的瓦斯噴出聲。
1 煤層氣富集規律
礦區勘查階段，鑽孔中采樣主要採用解吸法及集氣式，共採集煤層氣樣品240個，其中4號煤層瓦斯樣170多個，另外還有頂、底板樣、4上煤層樣以及生產礦井樣等。樣品有效控制深度311.96m（D1孔）～885.40m（207孔），甲烷成分0.32%～95.26%（D33孔），甲烷含量0.01～6.29mL/g，daf（D32 孔）。本區煤層氣為干氣，所有樣品測試結果，重烴含量均小於5%。煤層氣含量隨著埋藏深度加深而增大，其變化梯度為煤層埋深增加54.18m含量增加1mL/g，daf。甲烷含量隨著甲烷濃度的增高而增加。其賦存規律受諸多地質因素控制，與成煤環境、煤化程度、煤層厚度、沉積構造及圍岩性質等關系密切，構成了本區煤層氣含量的分布格局。其成分在橫向上的分帶表現為南北向，即礦區東、西部為氧化（CO2-N2）帶，中部為N2-CH4帶或甲烷（CH4）帶。南北向以路家小靈台背斜鞍部的CO2-N2帶將中部地區分為南、北兩部分，南部大佛寺向斜區煤層氣相對富集，最高可達6.29mL/g，daf（D32孔），一般都在3mL/g，daf以上，北部僅在雅店背斜鞍部有甲烷富集帶，最高可達5.71mL/g，daf（214孔）。值得注意的是，上述數值均為鑽孔中采樣測試值，由於自煤層原位切割、提鑽至井口，打開採煤器後采樣、裝罐需要幾十分鍾時間，所測得的數據相對較低，但由於勘查方法所限，目前尚無可靠的換算方法來得到准確的數據。因此，在應用上述數據時，應充分考慮到其誤差。
本區中侏羅世延安早期基底隆起比較發育，如礦區北部的七里鋪-西坡隆起及南部的兩亭-太峪隆起等，其間尚有次級隆起發育。礦區南部在近EW及NEE 向基底隆起背景之上迭加有近SN 向構造，使其呈古壟崗與窪地地貌，具有一定的等間距性，也正是由於這些古隆崗的存在，為煤層和煤層氣的形成提供了充足的物源區。成煤前期構造，形成了煤系基底，控制了煤系地層及煤層的沉積厚度即氣源岩的厚度分布，背斜部位沉積薄或無沉積，向斜部位沉積厚，為生成煤層氣提供了物質基礎；至延安中晚期地殼大部已被夷平，多數基底隆起消失，煤層亦不甚發育。礦區主體由一系列NEE 向排列的孟村、南玉子、大佛寺及景村等次級坳陷組成，成為煤田中部次級坳陷中規模最大、賦煤最好的地區之一；兩亭-太峪隆起以南成煤環境變化大，煤系地層及煤層均不穩定[1]。成煤構造和後期改造作用使隆起與坳陷具有長期的繼承性，煤層上部沉積了一定厚度的蓋層物質，為煤層氣的儲積提供了有利條件。
礦區4煤層底板標高在南部的彬縣背斜北翼陰山煤礦，最高為839.12m，最低點在西北部七里鋪背斜南翼傾伏端，為143.60m（長4孔）。平均每千米下降3.0m，呈東南高、西北低之勢。由於煤層氣沿煤層的平均滲透性一般高於垂直煤層和岩層的滲透性，特別是在煤層上覆地層比較厚、滲透性比較差的岩層發育的情況下，煤層氣向上垂直運移和排放就更為困難。火石咀煤礦4煤層的測試結果，其平均滲透率7.4mD，而垂直煤層的滲透率僅有3.7mD。這是促使煤層氣沿煤層由低處向高處運移的重要因素，也是造成火石咀、水簾、陰山及虎伸溝等煤礦成為高沼氣礦井的原因之一。
2 煤層氣開發的工程地質條件
本區4煤層頂、底板均為一厚度較大、透氣性較差的泥質岩。其孔隙度低，滲透性差，排驅壓力大，表現為隔氣層性質。礦區東、西部4 煤層底板泥岩比較薄，最薄在0.2～0.5m，一般為2.0m左右；北部4煤層底板泥岩最薄1.87m，一般厚3.0m，中部孟村向斜4煤層底板泥岩比較厚，最大厚度10.05m，一般在5m左右，南部的大佛寺向斜區4煤層底板泥岩最厚16.06m，一般厚度在6.0m左右。4煤層頂板泥岩亦表現為東、西部薄，一般在2.0m左右，中部較厚，一般在3～5m之間，最厚為7.40m。總體表現規律是頂、底板泥岩厚度與煤層氣含量呈正相關關系。另外，在頂、底板泥岩厚度＞4m 時，其甲烷含量＞2.5mL/g，daf，當泥岩厚度＜4m 時，其甲烷含量＜2.5mL/g，daf。因此，礦區煤層氣賦存規律與煤層頂、底板泥岩厚度關系密切。
另外，地下水活動對煤層氣含量也有一定影響。主要表現在：地下水可驅動裂隙和孔隙中的煤層氣運移；地下水可帶動微溶於水的煤層氣一起流動；水分子被吸附在孔隙、裂隙表面，減弱了煤層對甲烷的吸附能力；水體占據了煤層孔隙的空間，排擠了煤層中的游離甲烷。因此，地下水活動比較強烈的地區，煤層中的煤層氣含量比較小。反之，地下水活動微弱的地區，煤層中的煤層氣含量比較大。礦區延安組含煤地層富水性微弱，4煤層含水率1.07%～2.83%，礦井反映的煤巷幾乎無水，因此，礦區地下水活動對煤層氣含量無大的影響。
3 資源利用可行性及抽排工藝
從1970年代開始，我國在撫順和焦作等礦區開展了地面鑽井抽煤層氣的試驗。從1990年代初開始引進國外煤層氣技術，但目前仍處在勘探階段。近幾年國內自營勘探和合作開發均取得較大進展。1998年中聯公司在山西沁水煤田東南部開展了煤層氣勘探，施工煤層氣井11口，初步控制含氣面積550km2。到1998年，我國已施工地面鑽井201口，總進尺10萬余米。部分單井產氣量達1000～5000m3/d，個別井可達16000m3/d[2]。
隨著近年來，油氣鑽井、開采技術的不斷引進，低含量煤層氣的開采已成為可能。對本區煤礦建設而言，降低礦井瓦斯含量，減少事故發生的方法，除了加強礦井安全設施建設外，先期抽排也十分必要。針對本區煤層厚度大、結構完整以及煤層氣賦存特徵，採用不同的鑽井結構和布井方案，不但可以降低礦井瓦斯含量，而且，作為一種新能源的開發，還可以創造一定的經濟效益。
煤層氣開采過程包括鑽井、完井、強化、測試和開采等工藝。鑽井工藝包括煤礦采空區鑽井、採掘面水平鑽井和采前地面垂直鑽井。完井方式包括裸眼完井、套管完井和混合完井，這幾種鑽井工藝均適合於本區，但不同的構造部位、煤層分布特徵有不同的工藝。強化是針對大多數煤層滲透率低，僅靠井眼圓柱側面積作為出氣面積難以達到理想效果而採取的入工強化增產措施，包括煤層水力壓裂、打水平排泄孔和洞穴應力釋放法等工藝。礦區煤層氣儲層壓力較低，需要入工升舉，抽出煤層中的水，使產層壓力降低後才能產氣[3]。同時，應注意到本區煤層氣含量的不均一性，即在煤層裂隙發育地帶，煤層氣相對富集。因此，選擇合理的布井方案，也十分重要。
參考文獻
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『貳』 如何提高低透氣性煤層的瓦斯抽放率
瓦斯抽采率主要跟抽采時間、煤層透氣性系數相關，你是說如何提高煤層透氣性吧，常見的保護層開采、有水力割縫、水力壓裂、預裂爆破、水力沖孔等。
『叄』 在煤的開采過程中，為防止瓦斯爆炸事故的發生，應採取的措施是
這應當是初中的化學題，不必太復雜。
1、加強通風，防止瓦斯積聚；
2、加強機電管理，嚴禁失爆，嚴禁煙火，消除爆源。
『肆』 瓦斯治理技術與瓦斯抽放研究的意義
因此，為了保證選煤廠的安全生產，筆者根據自己多年的礦井治理瓦斯積聚問題的經驗，結合屯蘭選煤廠煤倉瓦斯情況，研製了一種「選煤廠煤倉新型瓦斯治理裝置」，徹底解決了現有選煤廠煤倉存在的瓦斯超標易造成瓦斯爆炸和治理費用昂貴等難題。
2選煤廠煤倉新型瓦斯治理裝置的研究
2.1屯蘭選煤廠煤倉瓦斯情況
屯蘭選煤廠始建於1997年10月，是設計入選原煤40Mt/a的特大型煉焦選煤廠，1997年10月31日正式投產。現有原煤倉4個，產品倉 4個，2個轉載站。屯蘭礦生產的原煤由帶式運輸機運向屯蘭選煤廠4個原煤倉儲存待選，原煤經洗選後，其產品由帶式運輸機進入4個不同的產品倉等待外運。緩沖倉2個暫不用，只是在生產緊張時使用。
原煤倉4個每個倉直徑φ21m、高42.00m(儲煤凈高34.62m)、最大儲存煤量3600t，原煤倉內的瓦斯濃度高達8.2%。
產品倉4個每個倉直徑φ21m、高44.87m(儲煤凈高39.00m)、最大儲存煤量3300t，產品倉內的瓦斯濃度高達9.0%
2.2新型瓦斯治理裝置的研究
2.2.1新型瓦斯治理裝置的試驗研究
為了解決屯蘭選煤廠煤倉瓦斯問題，筆者多次到現場實測選煤廠大氣參數和多種氣體(等20多種)，調查和分析屯蘭選煤廠歷年的大氣壓力、溫度、濕度變化規律。並結合現有的理論結合大量的實踐經驗，對屯蘭選煤廠煤倉和運輸長廊瓦斯參數進行正交理論分析，在此基礎上進行試驗分析，從而得出最佳的試驗方案。
對確立的最優方案再進行反復試驗，在試驗中對試驗參數不斷修正。對試驗結果與現有存在的問題進行科學的比較、分析、歸納、總結，並藉助現代分析技術和手段，得出了最佳治理屯蘭選煤廠煤倉及運輸長廊瓦斯積聚問題的試驗方案。
2.2.2煤倉新型瓦斯治理系列裝置設計
煤倉新型瓦斯治理技術方案是：選煤廠煤倉瓦斯積聚治理裝置由若干個煤倉瓦斯分離器、風幛、雙向風窗和焚風通風塔組成，煤倉瓦斯分離器設在煤倉的周邊，風幛設在煤倉頂部的中央，雙向風窗設在煤倉外壁的上方，檒風通風塔設在煤倉頂部的兩邊或煤倉外壁的上方。
煤倉瓦斯分離器由筒體、瓦斯釋放帽、瓦斯釋放孔和過濾網等構成，瓦斯釋放帽設在筒體得頂部，瓦斯釋放孔設在瓦斯釋放帽上，過濾網均勻設在筒體上，煤倉瓦斯分離器主要功能是將煤體內或煤體上方的瓦斯，按所要求的方向分離出來。
風幛是一個圓台型的筒體，雙向風窗由向上風葉、向下風葉和框架組成，向上風葉設在框架的上部，向下風葉設在框架的下部，
檒風通風塔由焚風曲線體、變線體、集風道和三叉排風器等構成，主要功能是形成強大的焚風效應，按所要求的方向將瓦斯排到煤倉外。
由於屯蘭選煤廠煤倉新型瓦斯治理系列裝置採用了煤倉瓦斯分離器、風幛、雙向風窗和檒風通風塔，構成了一個綜合治理裝置，能夠降低或消除煤倉中的全部瓦斯，徹底治理選煤廠瓦斯積聚的問題。
3實施效果
3.1安全效果
根據屯蘭選煤廠特定的地理環境和氣候條件影響的實際情況，根據大量的實踐經驗和有關理論，確定採用風幛、風窗、通風塔、焚風通風塔等通風設施後，屯蘭選煤廠主要生產環節的要害部位和各個局部地點的瓦斯濃度達到以下效果,符合煤礦法律、法規和《煤礦安全規程》要求。
1］原煤倉［包括產品倉］頂部皮帶長廊的採用通風設施後瓦斯濃度常年達到0.5%以下。
2］原煤倉［包括產品倉］內部上隅角(死角)採用通風設施後，瓦斯濃度在正常生產情況下0.5%以下。
3］原煤倉［包括產品倉］底部溜煤口倉內，採用通風設施後，瓦斯濃度可達到0.5%以下。
4］原煤倉［包括產品倉］頂部皮帶長廊的(有工作人員的場所)的地點，採用通風設施後達到達到各自的《國家標准》和《行業標准》安全濃度。
根據實驗結果證明瓦斯濃度由原來的8.2%,常年可降低到0.5%以下，瓦斯濃度完全符合國家標准和行業標準的安全濃度。具有治理瓦斯安全可靠，使企業的安全生產和從業人員的生命安全以及企業財產得到保證，真正意義地實現安全生產。
3.2經濟效益評價
根據屯蘭選煤廠現有情況概算其經濟效益。
3.2.1軸流式通風機方案
該選煤廠原煤倉4個，每倉1台5.5KW軸流式通風機，2#倉另安裝1台2×15KW軸流式通風機,倉上走廊有2台5.5KW移動式通風機,倉下安裝有1台2×15KW軸流式通風機，放煤溜槽口有2台5.5KW移動式通風機;精煤倉4個，每倉2台5.5KW軸流通風機，倉上走廊有1台5.5KW 移動式通風機,倉下安裝有1台2×15KW軸流式通風機，轉載點落煤處安裝1台5.5KW移動式通風機。
1)瓦斯處理主要費用。根據該選煤廠提供的實際費用：①電費：5.5KW移動式通風機月電耗1980元，年電耗23760元;2×15KW倉下通風機月電耗10800元，年電耗129600元。
2)風機折舊費。2×15KW倉下通風機原價5萬元服務年期7a，年折舊費7143元;2.86台為20429元/a;5.5KW移動式通風機原價2.7萬元服務年期7a，年折舊費3857元，2.86台為11031元/a。
新型瓦斯積聚治理裝置一個相當於2.86台軸流式通風機，且效果比軸流式通風機穩定、可靠。
3.2.2新型瓦斯積聚治理裝置方案經濟效益
若停用風機，改用瓦斯積聚治理裝置則：
1)停1台5.5KW通風機年省費用:23760+11031=34791元/a;停1台2×15KW軸流式通風機其費用:129600+20429=150029元/a。
2)4個原煤倉通風機全部停用(8台5.5KW;2台2×15KW)，其費用為:34791×8+150029×2=278328+300058=578386元/a。
3)4個精煤倉通風機全部停用(10台5.5KW;1台2×15KW),其費用為:34791×10+150029=347910+150029=497939元/a。
3.2.3費用
服務年限按20a計算：4個原煤倉為1156.77萬元,4個精煤倉為995.88萬元，合計156.77+995.88=2152.65萬元。
新型瓦斯積聚治理裝置的一次性製造加工成本費用為128萬元，則節省費用為2024.65萬元。
可見在屯蘭選煤廠安裝「選煤廠煤倉新型瓦斯治理系列裝置」以後，由於該裝置是安全、經濟、永固、無動力的構造設施，以其取代原設計的軸流式通風機，所帶來的經濟效益相當可觀。
3.2社會效益：
新裝置填補了我國選煤廠瓦斯治理的空白，開創了我國無動力治理瓦斯新經驗和先例，對所有高瓦斯選煤廠的瓦斯治理開辟了一條新途徑，為以後大型選煤廠設計提供了先進的新技術，實現了大型選煤廠永久性的瓦斯治理。同時由於該系列裝置結構簡單，管理方便，不需經常維修，無需專人操作，具有簡便易行、經濟實用、安全可靠等優點，因此易於在全國煤炭行業［以及礦山］推廣使用，具有深遠的現實意義。
4、結論
總結「選煤廠煤倉新型瓦斯治理裝置」有以下特點：
1)、該技術的發明屬於國內首創，世界先進，具有技術先進、科學合理，填補了我國選煤廠瓦斯治理的空白。屬於世界性先進技術，達到世界先進水平。
2)、該裝置的使用將有效的治理選煤廠煤倉瓦斯積聚問題。它的研製成功將對所有高瓦斯選煤廠煤倉瓦斯治理開辟一條新途徑。
3)、該裝置是安全、經濟、永固、無動力的構造設施，以其取代常用的軸流式通風機，所帶來的經濟效益相當可觀。
4)、該裝置結構簡單，管理方便，不需經常維修，簡便易行，無需專人操作，易於推廣使用，且開創了我國選煤廠無動力治理瓦斯經驗和先例。
5)、這項新技術的成功運用到設計上將對我國大型選煤廠煤倉瓦斯積聚治理產生深遠的意義。給以後大型選煤廠設計提供了先進的新技術。
6)、開創了我國無動力治理瓦斯新經驗，不需要巨資安裝帶動力的通風設備，一次安裝，永久使用，經濟實用，安全可靠，以確保該系統的安全性。
7)特別指出選煤廠煤倉新型瓦斯治理裝置是無噪音、無動力、無污染的通風構造設施，純屬於環保節能型產品。
8)、本裝置的原理，可以拓展到所有需要排氣、排污的建築、工廠、礦山，以及民宅、廚房無動力排油煙機等等領域。
該技術可以取消全國選煤廠所有的通風機，而且完全徹底永久解決瓦斯積聚問題。
選煤廠煤倉新型瓦斯治理裝置在全國乃至全世界推廣使用,開創了我國瓦斯治理的先驅，具有推廣使用價值。
瓦斯抽放研究
煤礦礦井中瓦斯湧出量很大，靠通風難以稀釋排除時，可用抽放的方法,排除瓦斯,減少通風負擔。40年代末,中國在撫順煤田進行抽放瓦斯試驗,50年代應用於生產，抽出數量逐年增加。其後陽泉、天府、中梁山、包頭、南桐、北票等礦區也陸續開展抽放瓦斯工作。1981年全國一百多個礦井安設了抽放瓦斯設備，每年抽放瓦斯達3億米3，供給工業、民用燃料和作化工原料，變害為利。
抽放工藝 在地面建立瓦斯泵站，經井下抽放瓦斯管道系統與抽放鑽孔連接，泵運轉時造成負壓，將瓦斯抽出，送入瓦斯罐，或直接供給用戶。如抽出瓦斯數量較小，或很不穩定，可直接排放到大氣中。
抽放方法 按瓦斯來源不同，可分三類：①抽放開採煤層本身的瓦斯。開采高沼氣厚煤層時，瓦斯主要來自開采層本身。撫順煤礦在煤巷掘進前，從底板岩石巷道打鑽穿透煤層,鑽孔中插入鋼管並將孔口周圍密封,瓦斯從插管中抽出。因抽放超前於掘進、回採，使採掘工作減少了瓦斯威脅，此法又稱「鑽孔預抽瓦斯」。②抽放鄰近煤層中的瓦斯。在多煤層礦井，用長壁工作面回採時，頂底板岩層和煤層（包括可采層與不可采層）卸壓，瓦斯流動性增加，大量湧入工作面，危害生產。通常在回採前打鑽孔到頂板或底板的鄰近煤層，回採後瓦斯大量流入鑽孔，通過孔口插管，將瓦斯抽出。③抽放采空區的瓦斯。有的礦井采空區大量湧出瓦斯，可在采空區周圍密閉牆上插入鋼管；也可以從巷道向采空區打鑽孔，抽放瓦斯。
在條件適宜時還可從地面鑽孔抽放瓦斯。優點是不受井下採煤工作的限制和干擾，鑽孔抽放工作可超前於採掘工作，抽放時間較充裕。缺點是鑽孔較深，需排除孔內積水。
發展趨勢 目前中國瓦斯抽放量只佔抽放瓦斯礦井全部湧出量的20％。正在研究瓦斯流動規律，加大煤層的透氣性和改進抽放工藝，進一步提高瓦斯抽放量。
『伍』 煤層氣（煤礦瓦斯）開發利用「十二五」規劃的第一章 發展現狀
「十一五」期間，國家制定了一系列政策措施，強力推進煤層氣（煤礦瓦斯）開發利用，煤層氣地面開發實現歷史性突破，煤礦瓦斯抽采利用規模逐年快速增長，煤礦瓦斯防治能力明顯提高，奠定了進一步加快發展的基礎。
（一）煤層氣實現規模化開發利用
國家啟動沁水盆地和鄂爾多斯盆地東緣兩個產業化基地建設，實施煤層氣開發利用高技術產業化示範工程，建成端氏—博愛、端氏—沁水等煤層氣長輸管線，初步實現規模化、商業化開發，形成了煤層氣勘探、開發、生產、輸送、銷售、利用等一體化產業格局。重點煤層氣企業加快發展，對外合作取得新進展，潘庄、棗園項目進入開發階段，柳林、壽陽等項目獲得探明儲量。「十一五」期間，煤層氣開發從零起步，施工煤層氣井5400 余口，形成產能31 億立方米。2010年，煤層氣產量15 億立方米，商品量12 億立方米。新增煤層氣探明地質儲量1980 億立方米，是「十五」時期的2.6 倍。
（二）煤礦瓦斯抽采利用取得重大進展
國家強力推進煤礦瓦斯「先抽後采、抽采達標」，加強瓦斯綜合利用，安排中央預算內資金支持煤礦瓦斯治理示範礦井和抽采利用規模化礦區建設，煤礦瓦斯抽采利用量逐年大幅度上升。2010 年，煤礦瓦斯抽采量75 億立方米、利用量23 億立方米，分別比2005 年增
長226%、283%。山西、貴州、安徽等省瓦斯抽采量超過5 億立方米，晉城、陽泉、淮南等10 個煤礦企業瓦斯抽采量超過1 億立方米。
（三）煤礦瓦斯防治形勢穩步好轉
國家加快調整煤炭工業結構，淘汰煤礦落後產能，將煤層氣（煤礦瓦斯）抽采利用作為防治煤礦瓦斯事故的治本之策。加大安全投入，安排中央預算內投資150 億元，帶動地方和企業投資1000 億元以上。加強基礎管理工作，組織專家「會診」，編制瓦斯地質圖。落實企業主體責任，開展瓦斯專項整治，強化監管監察。煤礦瓦斯防治形勢持續穩步好轉，瓦斯事故和死亡人數逐年大幅度下降。2010 年與2005年相比，煤礦瓦斯事故起數、死亡人數分別下降65%、71.3%，10 人以上瓦斯事故、死亡人數分別下降73.1%、83.5%。
（四）煤層氣開發利用技術水平進一步提高
實施大型油氣田及煤層氣開發國家科技重大專項，攻克了多分支水平井鑽完井等6 項重大核心技術和井下水平定向鑽孔鑽進等47 項專有技術。組建了煤礦瓦斯治理國家工程研究中心和煤層氣開發利用國家工程研究中心。完成國家科技支撐計劃「煤礦瓦斯、火災與頂板重大災害防治關鍵技術研究」，「973」計劃「預防煤礦瓦斯動力災害防治關鍵技術研究」等項目，實施10 項瓦斯治理技術示範工程和8項技術與裝備研發，獲得了煤與瓦斯突出機理的新認識，取得了低透氣性煤層群無煤柱煤與瓦斯共采關鍵技術等一批重大成果。
（五）煤層氣開發利用政策框架初步形成
國務院辦公廳印發了《關於加快煤層氣（煤礦瓦斯）抽采利用的若干意見》（國辦發〔2006〕47 號），有關部門出台了煤炭生產安全費用提取、煤層氣抽采利用企業稅費減免、財政補貼、瓦斯發電上網及加價、人才培養等扶持政策，初步形成了煤層氣（煤礦瓦斯）開發利用政策框架。國有重點煤礦企業累計提取煤炭生產安全費用1500億元。企業開發利用煤層氣（煤礦瓦斯），中央財政每立方米補貼0.2元，2007 年以來累計補貼7.2 億元。新增3 家企業煤層氣對外合作專營權。初步建立了煤層氣（煤礦瓦斯）勘探、開發、安全等標准體系，發布了低濃度瓦斯輸送和利用等行業標准。
（六）煤層氣開發利用節能減排效益開始顯現
煤層氣（煤礦瓦斯）利用范圍不斷拓展，廣泛應用於城市民用、汽車燃料、工業燃料、瓦斯發電等領域，煤礦瓦斯用戶超過189 萬戶，煤層氣燃料汽車6000 余輛，瓦斯發電裝機容量超過75 萬千瓦，實施煤礦瓦斯回收利用CDM 項目60 余項。低濃度瓦斯發電開始推廣，風排瓦斯利用示範項目已經啟動。「十一五」期間，累計利用煤層氣（煤礦瓦斯）95 億立方米，相當於節約標准煤1150 萬噸，減排二氧化碳14250 萬噸。
（七）煤礦瓦斯防治組織領導體系逐步完善
成立了12 個部門和單位組成的煤礦瓦斯防治部際協調領導小組，26 個產煤省（區、市）相應成立領導小組，形成了部門協調、上下聯動、齊抓共管、綜合防治的工作體系，研究解決了一批煤礦瓦斯防治和煤層氣開發利用方面的重大問題。實行目標管理，對各產煤省（區、市）及重點煤層氣企業下達年度瓦斯抽采利用和煤層氣地面開發利用目標，實施季度考核通報。每年召開全國煤礦瓦斯防治現場會或電視電話會議，推廣先進經驗，提升防治理念，安排部署工作。舉辦了10 期培訓班，45 戶安全重點監控煤礦企業、78 個重點產煤市以及部門負責人近1000 人參加培訓，近6000 人到礦區學習交流。積極協調解決礦業權重疊問題，核減5~10 年內影響煤炭開採的煤層氣礦業權面積1.1 萬平方公里，協調煤炭企業與煤層氣企業合作開發礦業權面積0.8 萬平方公里。 （一）勘探投入不足
煤層氣勘探風險大、投入高、回收期長。國家用於煤層氣基礎勘探資金少，規定的最低勘探投入標准低，探礦權人投資積極性不高，社會資金參與煤層氣勘探存在障礙，融資渠道不暢，勘查程度低。目前，煤層氣探明地質儲量2734 億立方米，僅為預測資源總量的0.74%，難以滿足大規模產能建設需要。
（二）抽采條件復雜
我國煤層氣賦存條件區域性差異大，多數地區呈低壓力、低滲透、低飽和特點，除沁水盆地和鄂爾多斯盆地東緣外，其他地區目前實現規模化、產業化開發難度大。高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井多，隨著開采深度加大，地應力和瓦斯壓力進一步增加，井下抽采難度增大。
（三）利用率低
部分煤層氣項目管道建設等配套工程滯後，下游市場不完善，地面抽採的煤層氣不能全部利用。煤礦瓦斯抽采項目規模小、濃度變化大、利用設施不健全，大量煤礦瓦斯未有效利用，2010 年利用率僅為30.7%。
（四）關鍵技術有待突破
煤層氣（煤礦瓦斯）開發利用基礎研究薄弱。現有煤層氣勘探開發技術不能適應復雜地質條件，鑽井、壓裂等技術裝備水平較低，低階煤和高應力區煤層氣開發等關鍵技術有待研發。煤與瓦斯突出機理仍未完全掌握，深部低透氣性煤層瓦斯抽采關鍵技術裝備水平亟待提升。
（五）扶持政策需要進一步落實和完善
瓦斯發電機組規模小、布局分散，致使部分地區瓦斯發電上網難，加價扶持政策落實不到位。煤層氣法律法規和標准規范尚不健全。煤層氣（煤礦瓦斯）開發利用經濟效益差，現有補貼標准偏低。高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井開采成本高、安全投入大，需要國家在稅費等方面出台扶持政策。
（六）協調開發機制尚不健全
煤層氣和煤炭是同一儲層的共生礦產資源。長期以來，兩種資源礦業權分別設置，一些地區存在礦業權交叉重疊問題，有關部門採取了清理措施，推動合作開發，但煤層氣和煤炭協調開發機制尚未全面形成，既不利於煤層氣規模化開發，也給煤礦安全生產帶來隱患。
『陸』 什麼是低透氣性煤層透氣性系數小於多少算是低透氣性煤層
根據煤層透氣性煤層分為三類,λ＜0.1m2/(MPa2·d)，煤層屬於不易抽放煤層，也可以稱是低透氣性煤層了。
『柒』 晉城礦區煤層氣開發利用進展
賀天才 田永東
（山西晉城無煙煤礦業集團有限責任公司 山西晉城 048006）
作者簡介：賀天才，1963年生，男，山西晉城人，山西晉城煤業集團總工程師、博士研究生，從事煤炭和煤層氣開發工作。
摘要 晉城礦區煤層氣地面抽采經過幾年的發展，目前日產氣量已經達到30×104m3，日壓縮煤層氣10×104m3，初步形成了一定的生產規模。生產實踐同時證明煤層氣地面抽采可以有效降低煤層瓦斯壓力和瓦斯含量。根據目前的實際產氣情況計算，煤層氣井控制范圍內的瓦斯含量每年可以降低約1m3左右，因此煤層氣地面抽采可以降低礦井突出危險，減少井下瓦斯湧出量，促進煤礦生產安全。
關鍵詞 晉城 煤層氣 開發 利用 進展
Progress on Exploitation and Utilization of CBM in Jincheng Coalmine
He Tiancai，Tian Yongdong
（Shanxi Jincheng Anthracite Mining Group Company Ltd.，Jincheng 048006）
Abstract：After the CBM surface extraction projects in Jincheng coalmine developed for a few years，at present，the daily CBM proction has reached 300，000m3，the daily capacity of compressed CBM is 100，000m3，which has formed a certain scale of proction.At the same time，proction practice has proved that CBM surface extraction can effectively rece gas content and gas pressure.According to the current gas proction，gas content in coal seams can be annually decreased by 1 cubic meter within the control scope of one CBM well.Therefore，CBM surface extraction can lower the burst danger of mines，underground coal gas flow-out and improve coal safe proction.
Keywords：Jincheng；CBM；Development；Utilization；Progress
1 開發背景和概況
晉城礦區是國家規劃的13個大型煤炭基地中晉東煤炭基地的重要組成部分，19個首批煤炭國家規劃礦區之一，是我國重要的優質無煙煤生產基地，屬國家實行保護性開採的稀缺煤種。礦區位於山西省東南部、沁水煤田南部，礦區規劃面積3753km2，地質儲量437.6×108t，規劃礦井13座礦井。晉城煤業集團作為晉城礦區的開發主體，目前有7座生產礦井和一座在建礦井，2005年核定生產能力 3060×104t/a，實際生產原煤3006×104t。
根據煤炭科學研究總院重慶分院和西安分院的評估報告：晉城礦區規劃區范圍內煤層氣資源總量為6000×108m3，寺河和成庄井田范圍內的煤層氣資源量為530×108m3。寺河井田東區瓦斯平均含量為9.03m3/t，西區為16.6m3/t，北區在地面抽采鑽孔施工過程中測定的瓦斯最高含量為28.7m3/t。成庄井田西南部瓦斯含量最高為15.62m3/t。礦區煤層透氣性系數一般為0.0239～213m2/MPa2·d，煤層瓦斯壓力一般為0.2～2.12MPa。
2005年，成庄礦絕對瓦斯湧出量達到239m3/min，相對瓦斯湧出量為16.14m3/t。2005年寺河礦井的絕對瓦斯湧出量達到479m3/min，相對瓦斯湧出量為22.3m3/t，為高瓦斯礦井。
目前寺河礦和成庄礦井下瓦斯抽放已經難以滿足煤炭安全生產的需要，因此需要通過地面抽采來降低礦井瓦斯湧出量。
2 晉城礦區煤層氣的開發和利用
煤層氣（瓦斯）作為煤炭的伴生資源，不僅對煤礦的生產安全和礦工的生命安全構成了最大的威脅，而且還是一種具有強烈溫室效應的有害氣體。為了切實解除瓦斯對煤礦和礦工的危害，切實從源頭上降低煤層瓦斯含量，建設本質安全型礦井，晉城煤業集團多年來始終堅持「為安全生產服務、為提高居民生活質量服務、實現產業化經營」的指導思想，以「井上井下抽采相結合，抽采和利用相結合」為工作方針，不斷探索瓦斯治理與開發利用的新途徑，取得了良好的經濟、社會和環境效益。
2.1 煤層氣地面抽采
地面鑽井預抽，主要是在礦井建設前或煤層開采前進行預抽采，它不受空間約束，不受時間限制，可以提前5年、10年或更長時間在地面布置大規模井群，進行大面積抽采，既可提高抽采效果，又可形成產業規模，地面鑽孔可實現采前抽、采動抽、采後抽的長周期穩定抽放，並且還可起到地質勘探的作用，達到「一井四用」的目的。
從1992年開始，晉城煤業集團先後在潘庄施工了7口煤層氣井，在國內率先開展了煤層氣地面預抽的試驗工作，經過十多年的生產試驗和技術研究，基本掌握了煤層氣井鑽井、壓裂、排采、集輸等一套完整的無煙煤地面抽采技術。從2003年開始，晉城煤業集團從煤礦生產安全的需要出發，先後在寺河礦、成庄礦進行規模化的煤層氣地面抽采，至2005年年底在寺河礦區形成150口煤層氣井的井組規模，成為目前國內最大規模的煤層氣地面抽采井群，煤層氣年抽采能力達到1.2×108m3，2005年實際瓦斯抽采量達到2003×104m3。
截至目前為止，晉城煤業集團已完成鑽井的煤層氣井300餘口，基本具備抽采條件的煤層氣井200口，地面煤層氣年抽采能力達到1.5×108m3，其中投入運行並產氣的煤層氣井110口，日產氣量達到30×104m3，另有40口煤層氣井新近投入運行。隨著煤層氣井組規模的逐漸擴大，地面煤層氣產量也不斷提高，2006年前半年，晉煤集團的煤層氣地面抽采量接近4000×104m3。
煤層氣（瓦斯）同時是一種清潔、高效的能源，是我國政府鼓勵開發利用的資源。為此，晉城煤業集團不僅建成了目前國內規模最大的煤層氣地面抽采井群，同時也建立了完善的煤層氣利用體系。2005年年底，潘庄煤層氣壓縮站經過兩期擴建，日處理能力達到16×104m3，也是目前國內最大規模的煤層氣壓縮站。潘庄的煤層氣經過壓縮後源源不斷運送至晉城、長治、太原、鄭州、焦作、開封等城市，廣泛應用於民用、工業、公共、發電、汽車燃料等行業。另外，潘庄的煤層氣也開始向周圍的農村居民供應，使他們告別了祖祖輩輩用煤的歷史，用上了清潔的天然氣。
2005年，晉城煤業集團通過槽車向外運送煤層氣870×104m3，就地利用煤層氣68.88×104m3，全年地面抽放的煤層氣利用總量達到 939.88×104m3，抽采利用率46.9%。隨著汽油價格的上漲和國內能源需求的不斷增長，周邊城市購買煤層氣的意向也不斷增多，僅2006年前半年，晉城煤業集團通過槽車向外運送的煤層氣已經超過了1400×104m3。
隨著煤層氣地面抽采量的不斷提高，為充分利用地面抽採的煤層氣，晉煤集團加大了對煤層氣利用工程的投資和建設力度，目前正在新建兩座日處理能力為20×104m3的煤層氣壓縮站，預計2006年年底可以先後投入運行；從「李庄—晉城—礦區」的煤層氣輸氣管線也正在建設之中，預計2006年年底前可以完成管道鋪設，該管線最終的年輸送能力將達到9×108m3。這些項目建成後，寺河礦區及其附近的煤層氣將得到有效利用。
2.2 煤層氣井下抽采
雖然煤層氣地面抽采具有不少優點，但目前井下抽放仍然是解決礦井通風和安全生產的主要手段，因此在不斷重視煤層氣地面抽採的同時，晉煤集團加大了煤層氣井下抽採的力度，採用本煤層密集鑽孔邊掘邊抽、邊採掘邊抽和老空區抽采相結合的方式，加大抽採的覆蓋面和強度。2005年晉煤集團還從澳大利亞引進三台千米鑽機，用於寺河礦和成庄礦的井下瓦斯抽放，並在寺河礦成功施工了千米鑽孔。
2005年，寺河礦井下瓦斯抽放總量達到10950×104m3，抽放瓦斯濃度平均為55%左右，主要用於發電、煤泥烘乾、鍋爐、民用等方面。2005年寺河礦實際瓦斯利用量（標態純量）達到9065×104m3，井下瓦斯抽放利用率達到82.8%，其中1.5萬千瓦瓦斯電站用氣量為4985×104m3，煤泥烘乾用氣量為52.6×104m3，其餘氣量用於鍋爐及民用。2005年成庄礦井下瓦斯抽放總量達到5052×104m3，主要為民用和發電。2005年晉城煤業集團煤層氣總利用量達到（標態純量）10004.88×104m3，利用率55.6%，相當於減排二氧化碳150×104t左右。
目前，亞洲開發銀行12×104kW煤層氣電廠項目已經於2006年初正式開工建設，一期工程預計年底完成。屆時，寺河礦及其附近礦井井下抽放的瓦斯將全部達到利用。
2.3 清潔發展機制
晉城煤業集團在利用有形煤層氣的同時，還積極利用清潔發展機制，開發CDM項目。晉煤集團亞洲開發銀行貸款的12×104kW煤層氣電廠項目每年將利用煤層氣1.8×108m3，相當於年減排二氧化碳200 多萬噸，可以大幅度降低該礦的瓦斯風排量，保護大氣和環境。2004年世界銀行碳匯基金購買了該項目450×104t（10年期）的減排量和150×104t的期權，減排購買協議已於2004年12月1日簽訂，日本碳基金（JCF）也購買了該項目240×104t（10年期）的減排量，減排購買協議已於2005年11月簽訂。
3 煤層氣地面預抽實際效果評價
通過煤層氣地面預抽，可以實實在在地使煤層瓦斯含量降低，瓦斯壓力提前釋放，從源頭上有效控制瓦斯災害，促進礦井安全生產。此外，煤層氣鑽孔同時可以兼作地質勘探孔，煤層氣又是優質的能源，因此煤層氣地面抽采具有良好的綜合效益。
3.1 效果佳，促安全
根據生產數據，截至2006年6月底，寺河煤層氣預抽項目100口煤層氣井累計產氣超過6000×104m3，按該區煤層平均厚度6m、密度為1.45 t/m3計算，這100口煤層氣井的控制煤炭儲量約9000×104t。也就是說，經過一年多的抽采，該區煤層氣井控制范圍內的煤層噸煤瓦斯含量平均降低了約0.66m3。目前這100口煤層氣井的日總產氣量已經上升至25×104m3，以此數據計算，未來每年可使該煤層氣井組控制范圍內的噸煤瓦斯含量降低約1m3左右。這樣，該區經過7～8年的地面預抽，抽放區域內煤層的噸煤瓦斯含量即可降低到8m3以下，達到相對安全的條件。
值得注意的是，在晉煤集團目前已施工的煤層氣井中，SH-003號、SH-075號、SHX-108號、SHX-112號和SHX-115號都出現了不同程度的瓦斯井噴現象，這在全國都十分少見，因此通過地面鑽孔預抽，不僅降低了煤層瓦斯含量，而且釋放了瓦斯壓力，減小了礦井開采過程中瓦斯突出的危險。
3.2 用途多，投資省
煤層氣井開發過程中，可以獲得大量煤層及其頂底板深度、岩性的翔實數據，和煤層瓦斯含量、富水性的詳細資料，這些數據和資料也是未來煤礦採煤過程中必需的信息。通過對這些資料的處理利用，可以提高資料的利用效率，節省勘探投資，因此煤層氣地面鑽孔還具有地質勘探孔的作用。
煤層氣井的井間距一般為300～400m左右，遠小於普通煤炭精查勘探孔的井間距，因此煤層氣井鑽探所獲得的參數精度相對要高。目前晉煤集團正在將煤層氣井控制區域內的有關資料進行整理，並據此繪制出更詳細的煤層底板等高線圖和煤層厚度等值線圖，不久將應用在該區煤礦的煤炭生產中。圖1和圖2是利用煤層氣井開發資料繪制的煤層底板等高線圖和瓦斯含量等值線圖，這些圖件的精度得到了大幅度的提高。
圖1 據鑽井資料繪制的煤層底板等高線圖
圖2 據解吸和解吸資料繪制的瓦斯含量等值線圖
隨著未來煤炭的開采，煤層氣地面預抽孔還將具有采動抽和采後抽的功能，可以在煤炭開採的不同階段對礦井瓦斯進行抽放，從而延長氣井的生產周期，大大提高煤層氣井的利用率，真正實現一井多用。
3.3 濃度高，利用廣
井下抽放的瓦斯由於其濃度相對較低，往往只能就地發電或燃燒，利用價值低，效益差，而地面抽放的煤層氣甲烷濃度通常都高於95%，因此具有更廣泛的用途和更高的利用價值。地面抽放的煤層氣除可以用於發電和燃燒外，還可以用作汽車燃料，目前晉城市汽車用壓縮煤層氣的銷售價格為2.2元/m3，利用價值遠遠高於發電和燃燒，另外煤層氣還可以通過壓縮或液化運送至其他城市，因此利用價值高，效益好。
目前晉煤集團地面抽採的煤層氣多數通過壓縮的方式運送到了周邊城市進行利用。截至目前為止，潘庄煤層氣壓縮站已經壓縮煤層氣2500×104m3，市場用戶反映好，購買需求強烈。
4 晉煤集團煤層氣開發利用規劃
「十一五」期間，晉城煤業集團將緊緊圍繞晉城礦區總體開發規劃，開展規模化的煤層氣抽采工作。生產礦井將提前5～7年或更長時間布置地面鑽孔進行抽采，以降低煤層瓦斯含量和釋放瓦斯壓力。井下抽采主要採用模塊式預抽、本煤層密集鑽孔邊掘邊抽、邊采邊抽和老空區抽采相結合的綜合抽放辦法，加大抽採的覆蓋面和強度，最終形成井上、井下抽采相結合。待開發礦井將從目前開始地面預抽，力爭通過預抽，到新井投產時將煤層瓦斯含量降低到10m3/t以下，不僅可以有效提高新井安全的可靠程度，實現安全生產，而且可以在一定程度上減少礦井通風系統投入，降低巷道建設成本，從而降低新井基建投資。
預計「十一五」末，晉城煤業集團將在現有高瓦斯礦井和新建礦井中施工2000口地面煤層氣抽采井，並進一步完善井下瓦斯抽放體系，加大瓦斯的抽放力度，使井上、井下的煤層氣年抽放量達到18×108m3。屆時，晉煤集團將全面實現煤層氣井上、井下共同抽采，建成采氣採煤一體化的生產格局，真正建立本質安全型的煤炭企業。
參考文獻
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[2]林柏泉，張建國.礦井瓦斯抽采理論和技術.徐州：中國礦業大學出版杜
『捌』 煤礦瓦斯治理方法有哪些
煤層氣俗稱「瓦斯」，其主要成分是CH4（甲烷），是主要存在於煤礦的伴生氣體，也是造成煤礦井下事故的主要原因之一。
煤層氣是熱值高、無污染的新能源。它可以用來發電，用作工業燃料、化工原料和居民生活燃料。煤層氣隨著煤炭的開采泄漏到大氣中，會加劇全球的溫室效應。而如果對煤層氣進行回收利用，在採煤之前先採出煤層氣，煤礦生產中的瓦斯將降低70%到85%。
煤層氣的開采一般有兩種方式：一是地面鑽井開采；二是井下瓦斯抽放系統抽出。地面鑽井開採的煤層氣和抽放瓦斯都是可以利用的，通過地面開采和抽放後可以大大減少風排瓦斯的數量，降低了煤礦對通風的要求，改善了礦工的安全生產條件。地面鑽井開采方式，國外已經使用，我國有些煤層透氣性較差，地面開采有一定困難，但若積極開發每年至少可采出50億立方米；由於過去除了供暖外沒有找到合理的利用手段，未能充分利用，所以，抽放瓦斯絕大部分仍然排入大氣，花去了費用，浪費了資源，污染了環境。
我國煤層氣資源豐富，居世界第三。每年在採煤的同時排放的煤層氣在130億立方米以上，合理抽放的量應可達到35億立方米左右，除去現已利用部分，每年仍有30億立方米左右的剩餘量，加上地面鑽井開採的煤層氣50億立方米，可利用的總量達80億立方米，約摺合標煤1000萬噸。如用於發電，每年可發電近300億千瓦時。
煤層氣又稱煤層瓦斯，煤層甲烷，它是成煤過程中經過生物化學熱解作用以吸附或游離狀態賦存於煤層及固岩的自儲式天然氣體，屬於非常規天然氣，它是優質的化工和能源原料。
煤層氣是種清潔的能源，它一般存在於煤礦中，對煤礦安全威脅很大，如果釋放到空氣中又會導致氣候變暖，但若能有效開發利用，可以變成清潔的天然氣能源。目前煤層氣已經在美國、德國、俄羅斯等多個國家使用，但國內的利用率較低。