低透煤层瓦斯治理
『壹』 陕西彬长矿区煤层瓦斯灾害与对策
王兴 杨文清
（陕西省煤田地质局186队 西安市 710054）
作者简介：王兴，1961年生，男，西安高陵人，1982年毕业于西安矿业学院，高级工程师，陕西省煤田地质局一八六队总工程师，西安能源研究会理事，西安市水资源专家顾问组专家。
摘要 本文试图利用已有的地质成果，对陕西彬长矿区煤层开采中的瓦斯问题进行讨论。就影响矿区建设的煤层瓦斯富集规律进行分析，提出先期抽排的可行性和抽排工艺，为煤炭开发中降低瓦斯含量、减少灾害发生找寻新的途径。
关键词 彬长矿区 瓦斯灾害 对策
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
陕西彬长矿区至2005年年底，已有下沟、火石咀、水帘等煤矿生产，另有大佛寺、亭南煤矿在建，现有各生产矿井均属于高沼气矿井，亦曾发生过瓦斯突出。水帘煤矿1980、1985年曾发生过两次瓦斯突出，前次瓦斯突出后，咸阳矿山救护队在掘进煤巷中测定瓦斯相对涌出量达34.4m3/t·d（日产原煤200t左右），后一次测定混合气体中瓦斯含量已超过10%。1990年9月矿山救护队测定，瓦斯相对涌出量为9.18m3/t·d（日产原煤463 t左右）；火石嘴煤矿1986年4月19日，瓦斯顺采煤工作面煤层裂隙泄出，瓦斯相对涌出量为18.5m3/t·d；1987年5月5日，虎伸沟村办小煤矿发生瓦斯突出，矿山救护队测定混合气体中瓦斯含量已超过10%。几个矿井正常生产时，工作面电钻炮眼内偶尔可听见“嘶嘶”的瓦斯喷出声。
1 煤层气富集规律
矿区勘查阶段，钻孔中采样主要采用解吸法及集气式，共采集煤层气样品240个，其中4号煤层瓦斯样170多个，另外还有顶、底板样、4上煤层样以及生产矿井样等。样品有效控制深度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）。本区煤层气为干气，所有样品测试结果，重烃含量均小于5%。煤层气含量随着埋藏深度加深而增大，其变化梯度为煤层埋深增加54.18m含量增加1mL/g，daf。甲烷含量随着甲烷浓度的增高而增加。其赋存规律受诸多地质因素控制，与成煤环境、煤化程度、煤层厚度、沉积构造及围岩性质等关系密切，构成了本区煤层气含量的分布格局。其成分在横向上的分带表现为南北向，即矿区东、西部为氧化（CO2-N2）带，中部为N2-CH4带或甲烷（CH4）带。南北向以路家小灵台背斜鞍部的CO2-N2带将中部地区分为南、北两部分，南部大佛寺向斜区煤层气相对富集，最高可达6.29mL/g，daf（D32孔），一般都在3mL/g，daf以上，北部仅在雅店背斜鞍部有甲烷富集带，最高可达5.71mL/g，daf（214孔）。值得注意的是，上述数值均为钻孔中采样测试值，由于自煤层原位切割、提钻至井口，打开采煤器后采样、装罐需要几十分钟时间，所测得的数据相对较低，但由于勘查方法所限，目前尚无可靠的换算方法来得到准确的数据。因此，在应用上述数据时，应充分考虑到其误差。
本区中侏罗世延安早期基底隆起比较发育，如矿区北部的七里铺-西坡隆起及南部的两亭-太峪隆起等，其间尚有次级隆起发育。矿区南部在近EW及NEE 向基底隆起背景之上迭加有近SN 向构造，使其呈古垄岗与洼地地貌，具有一定的等间距性，也正是由于这些古隆岗的存在，为煤层和煤层气的形成提供了充足的物源区。成煤前期构造，形成了煤系基底，控制了煤系地层及煤层的沉积厚度即气源岩的厚度分布，背斜部位沉积薄或无沉积，向斜部位沉积厚，为生成煤层气提供了物质基础；至延安中晚期地壳大部已被夷平，多数基底隆起消失，煤层亦不甚发育。矿区主体由一系列NEE 向排列的孟村、南玉子、大佛寺及景村等次级坳陷组成，成为煤田中部次级坳陷中规模最大、赋煤最好的地区之一；两亭-太峪隆起以南成煤环境变化大，煤系地层及煤层均不稳定[1]。成煤构造和后期改造作用使隆起与坳陷具有长期的继承性，煤层上部沉积了一定厚度的盖层物质，为煤层气的储积提供了有利条件。
矿区4煤层底板标高在南部的彬县背斜北翼阴山煤矿，最高为839.12m，最低点在西北部七里铺背斜南翼倾伏端，为143.60m（长4孔）。平均每千米下降3.0m，呈东南高、西北低之势。由于煤层气沿煤层的平均渗透性一般高于垂直煤层和岩层的渗透性，特别是在煤层上覆地层比较厚、渗透性比较差的岩层发育的情况下，煤层气向上垂直运移和排放就更为困难。火石咀煤矿4煤层的测试结果，其平均渗透率7.4mD，而垂直煤层的渗透率仅有3.7mD。这是促使煤层气沿煤层由低处向高处运移的重要因素，也是造成火石咀、水帘、阴山及虎伸沟等煤矿成为高沼气矿井的原因之一。
2 煤层气开发的工程地质条件
本区4煤层顶、底板均为一厚度较大、透气性较差的泥质岩。其孔隙度低，渗透性差，排驱压力大，表现为隔气层性质。矿区东、西部4 煤层底板泥岩比较薄，最薄在0.2～0.5m，一般为2.0m左右；北部4煤层底板泥岩最薄1.87m，一般厚3.0m，中部孟村向斜4煤层底板泥岩比较厚，最大厚度10.05m，一般在5m左右，南部的大佛寺向斜区4煤层底板泥岩最厚16.06m，一般厚度在6.0m左右。4煤层顶板泥岩亦表现为东、西部薄，一般在2.0m左右，中部较厚，一般在3～5m之间，最厚为7.40m。总体表现规律是顶、底板泥岩厚度与煤层气含量呈正相关关系。另外，在顶、底板泥岩厚度＞4m 时，其甲烷含量＞2.5mL/g，daf，当泥岩厚度＜4m 时，其甲烷含量＜2.5mL/g，daf。因此，矿区煤层气赋存规律与煤层顶、底板泥岩厚度关系密切。
另外，地下水活动对煤层气含量也有一定影响。主要表现在：地下水可驱动裂隙和孔隙中的煤层气运移；地下水可带动微溶于水的煤层气一起流动；水分子被吸附在孔隙、裂隙表面，减弱了煤层对甲烷的吸附能力；水体占据了煤层孔隙的空间，排挤了煤层中的游离甲烷。因此，地下水活动比较强烈的地区，煤层中的煤层气含量比较小。反之，地下水活动微弱的地区，煤层中的煤层气含量比较大。矿区延安组含煤地层富水性微弱，4煤层含水率1.07%～2.83%，矿井反映的煤巷几乎无水，因此，矿区地下水活动对煤层气含量无大的影响。
3 资源利用可行性及抽排工艺
从1970年代开始，我国在抚顺和焦作等矿区开展了地面钻井抽煤层气的试验。从1990年代初开始引进国外煤层气技术，但目前仍处在勘探阶段。近几年国内自营勘探和合作开发均取得较大进展。1998年中联公司在山西沁水煤田东南部开展了煤层气勘探，施工煤层气井11口，初步控制含气面积550km2。到1998年，我国已施工地面钻井201口，总进尺10万余米。部分单井产气量达1000～5000m3/d，个别井可达16000m3/d[2]。
随着近年来，油气钻井、开采技术的不断引进，低含量煤层气的开采已成为可能。对本区煤矿建设而言，降低矿井瓦斯含量，减少事故发生的方法，除了加强矿井安全设施建设外，先期抽排也十分必要。针对本区煤层厚度大、结构完整以及煤层气赋存特征，采用不同的钻井结构和布井方案，不但可以降低矿井瓦斯含量，而且，作为一种新能源的开发，还可以创造一定的经济效益。
煤层气开采过程包括钻井、完井、强化、测试和开采等工艺。钻井工艺包括煤矿采空区钻井、采掘面水平钻井和采前地面垂直钻井。完井方式包括裸眼完井、套管完井和混合完井，这几种钻井工艺均适合于本区，但不同的构造部位、煤层分布特征有不同的工艺。强化是针对大多数煤层渗透率低，仅靠井眼圆柱侧面积作为出气面积难以达到理想效果而采取的入工强化增产措施，包括煤层水力压裂、打水平排泄孔和洞穴应力释放法等工艺。矿区煤层气储层压力较低，需要入工升举，抽出煤层中的水，使产层压力降低后才能产气[3]。同时，应注意到本区煤层气含量的不均一性，即在煤层裂隙发育地带，煤层气相对富集。因此，选择合理的布井方案，也十分重要。
参考文献
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『贰』 如何提高低透气性煤层的瓦斯抽放率
瓦斯抽采率主要跟抽采时间、煤层透气性系数相关，你是说如何提高煤层透气性吧，常见的保护层开采、有水力割缝、水力压裂、预裂爆破、水力冲孔等。
『叁』 在煤的开采过程中，为防止瓦斯爆炸事故的发生，应采取的措施是
这应当是初中的化学题，不必太复杂。
1、加强通风，防止瓦斯积聚；
2、加强机电管理，严禁失爆，严禁烟火，消除爆源。
『肆』 瓦斯治理技术与瓦斯抽放研究的意义
因此，为了保证选煤厂的安全生产，笔者根据自己多年的矿井治理瓦斯积聚问题的经验，结合屯兰选煤厂煤仓瓦斯情况，研制了一种“选煤厂煤仓新型瓦斯治理装置”，彻底解决了现有选煤厂煤仓存在的瓦斯超标易造成瓦斯爆炸和治理费用昂贵等难题。
2选煤厂煤仓新型瓦斯治理装置的研究
2.1屯兰选煤厂煤仓瓦斯情况
屯兰选煤厂始建于1997年10月，是设计入选原煤40Mt/a的特大型炼焦选煤厂，1997年10月31日正式投产。现有原煤仓4个，产品仓 4个，2个转载站。屯兰矿生产的原煤由带式运输机运向屯兰选煤厂4个原煤仓储存待选，原煤经洗选后，其产品由带式运输机进入4个不同的产品仓等待外运。缓冲仓2个暂不用，只是在生产紧张时使用。
原煤仓4个每个仓直径φ21m、高42.00m(储煤净高34.62m)、最大储存煤量3600t，原煤仓内的瓦斯浓度高达8.2%。
产品仓4个每个仓直径φ21m、高44.87m(储煤净高39.00m)、最大储存煤量3300t，产品仓内的瓦斯浓度高达9.0%
2.2新型瓦斯治理装置的研究
2.2.1新型瓦斯治理装置的试验研究
为了解决屯兰选煤厂煤仓瓦斯问题，笔者多次到现场实测选煤厂大气参数和多种气体(等20多种)，调查和分析屯兰选煤厂历年的大气压力、温度、湿度变化规律。并结合现有的理论结合大量的实践经验，对屯兰选煤厂煤仓和运输长廊瓦斯参数进行正交理论分析，在此基础上进行试验分析，从而得出最佳的试验方案。
对确立的最优方案再进行反复试验，在试验中对试验参数不断修正。对试验结果与现有存在的问题进行科学的比较、分析、归纳、总结，并借助现代分析技术和手段，得出了最佳治理屯兰选煤厂煤仓及运输长廊瓦斯积聚问题的试验方案。
2.2.2煤仓新型瓦斯治理系列装置设计
煤仓新型瓦斯治理技术方案是：选煤厂煤仓瓦斯积聚治理装置由若干个煤仓瓦斯分离器、风幛、双向风窗和焚风通风塔组成，煤仓瓦斯分离器设在煤仓的周边，风幛设在煤仓顶部的中央，双向风窗设在煤仓外壁的上方，檒风通风塔设在煤仓顶部的两边或煤仓外壁的上方。
煤仓瓦斯分离器由筒体、瓦斯释放帽、瓦斯释放孔和过滤网等构成，瓦斯释放帽设在筒体得顶部，瓦斯释放孔设在瓦斯释放帽上，过滤网均匀设在筒体上，煤仓瓦斯分离器主要功能是将煤体内或煤体上方的瓦斯，按所要求的方向分离出来。
风幛是一个圆台型的筒体，双向风窗由向上风叶、向下风叶和框架组成，向上风叶设在框架的上部，向下风叶设在框架的下部，
檒风通风塔由焚风曲线体、变线体、集风道和三叉排风器等构成，主要功能是形成强大的焚风效应，按所要求的方向将瓦斯排到煤仓外。
由于屯兰选煤厂煤仓新型瓦斯治理系列装置采用了煤仓瓦斯分离器、风幛、双向风窗和檒风通风塔，构成了一个综合治理装置，能够降低或消除煤仓中的全部瓦斯，彻底治理选煤厂瓦斯积聚的问题。
3实施效果
3.1安全效果
根据屯兰选煤厂特定的地理环境和气候条件影响的实际情况，根据大量的实践经验和有关理论，确定采用风幛、风窗、通风塔、焚风通风塔等通风设施后，屯兰选煤厂主要生产环节的要害部位和各个局部地点的瓦斯浓度达到以下效果,符合煤矿法律、法规和《煤矿安全规程》要求。
1］原煤仓［包括产品仓］顶部皮带长廊的采用通风设施后瓦斯浓度常年达到0.5%以下。
2］原煤仓［包括产品仓］内部上隅角(死角)采用通风设施后，瓦斯浓度在正常生产情况下0.5%以下。
3］原煤仓［包括产品仓］底部溜煤口仓内，采用通风设施后，瓦斯浓度可达到0.5%以下。
4］原煤仓［包括产品仓］顶部皮带长廊的(有工作人员的场所)的地点，采用通风设施后达到达到各自的《国家标准》和《行业标准》安全浓度。
根据实验结果证明瓦斯浓度由原来的8.2%,常年可降低到0.5%以下，瓦斯浓度完全符合国家标准和行业标准的安全浓度。具有治理瓦斯安全可靠，使企业的安全生产和从业人员的生命安全以及企业财产得到保证，真正意义地实现安全生产。
3.2经济效益评价
根据屯兰选煤厂现有情况概算其经济效益。
3.2.1轴流式通风机方案
该选煤厂原煤仓4个，每仓1台5.5KW轴流式通风机，2#仓另安装1台2×15KW轴流式通风机,仓上走廊有2台5.5KW移动式通风机,仓下安装有1台2×15KW轴流式通风机，放煤溜槽口有2台5.5KW移动式通风机;精煤仓4个，每仓2台5.5KW轴流通风机，仓上走廊有1台5.5KW 移动式通风机,仓下安装有1台2×15KW轴流式通风机，转载点落煤处安装1台5.5KW移动式通风机。
1)瓦斯处理主要费用。根据该选煤厂提供的实际费用：①电费：5.5KW移动式通风机月电耗1980元，年电耗23760元;2×15KW仓下通风机月电耗10800元，年电耗129600元。
2)风机折旧费。2×15KW仓下通风机原价5万元服务年期7a，年折旧费7143元;2.86台为20429元/a;5.5KW移动式通风机原价2.7万元服务年期7a，年折旧费3857元，2.86台为11031元/a。
新型瓦斯积聚治理装置一个相当于2.86台轴流式通风机，且效果比轴流式通风机稳定、可靠。
3.2.2新型瓦斯积聚治理装置方案经济效益
若停用风机，改用瓦斯积聚治理装置则：
1)停1台5.5KW通风机年省费用:23760+11031=34791元/a;停1台2×15KW轴流式通风机其费用:129600+20429=150029元/a。
2)4个原煤仓通风机全部停用(8台5.5KW;2台2×15KW)，其费用为:34791×8+150029×2=278328+300058=578386元/a。
3)4个精煤仓通风机全部停用(10台5.5KW;1台2×15KW),其费用为:34791×10+150029=347910+150029=497939元/a。
3.2.3费用
服务年限按20a计算：4个原煤仓为1156.77万元,4个精煤仓为995.88万元，合计156.77+995.88=2152.65万元。
新型瓦斯积聚治理装置的一次性制造加工成本费用为128万元，则节省费用为2024.65万元。
可见在屯兰选煤厂安装“选煤厂煤仓新型瓦斯治理系列装置”以后，由于该装置是安全、经济、永固、无动力的构造设施，以其取代原设计的轴流式通风机，所带来的经济效益相当可观。
3.2社会效益：
新装置填补了我国选煤厂瓦斯治理的空白，开创了我国无动力治理瓦斯新经验和先例，对所有高瓦斯选煤厂的瓦斯治理开辟了一条新途径，为以后大型选煤厂设计提供了先进的新技术，实现了大型选煤厂永久性的瓦斯治理。同时由于该系列装置结构简单，管理方便，不需经常维修，无需专人操作，具有简便易行、经济实用、安全可靠等优点，因此易于在全国煤炭行业［以及矿山］推广使用，具有深远的现实意义。
4、结论
总结“选煤厂煤仓新型瓦斯治理装置”有以下特点：
1)、该技术的发明属于国内首创，世界先进，具有技术先进、科学合理，填补了我国选煤厂瓦斯治理的空白。属于世界性先进技术，达到世界先进水平。
2)、该装置的使用将有效的治理选煤厂煤仓瓦斯积聚问题。它的研制成功将对所有高瓦斯选煤厂煤仓瓦斯治理开辟一条新途径。
3)、该装置是安全、经济、永固、无动力的构造设施，以其取代常用的轴流式通风机，所带来的经济效益相当可观。
4)、该装置结构简单，管理方便，不需经常维修，简便易行，无需专人操作，易于推广使用，且开创了我国选煤厂无动力治理瓦斯经验和先例。
5)、这项新技术的成功运用到设计上将对我国大型选煤厂煤仓瓦斯积聚治理产生深远的意义。给以后大型选煤厂设计提供了先进的新技术。
6)、开创了我国无动力治理瓦斯新经验，不需要巨资安装带动力的通风设备，一次安装，永久使用，经济实用，安全可靠，以确保该系统的安全性。
7)特别指出选煤厂煤仓新型瓦斯治理装置是无噪音、无动力、无污染的通风构造设施，纯属于环保节能型产品。
8)、本装置的原理，可以拓展到所有需要排气、排污的建筑、工厂、矿山，以及民宅、厨房无动力排油烟机等等领域。
该技术可以取消全国选煤厂所有的通风机，而且完全彻底永久解决瓦斯积聚问题。
选煤厂煤仓新型瓦斯治理装置在全国乃至全世界推广使用,开创了我国瓦斯治理的先驱，具有推广使用价值。
瓦斯抽放研究
煤矿矿井中瓦斯涌出量很大，靠通风难以稀释排除时，可用抽放的方法,排除瓦斯,减少通风负担。40年代末,中国在抚顺煤田进行抽放瓦斯试验,50年代应用于生产，抽出数量逐年增加。其后阳泉、天府、中梁山、包头、南桐、北票等矿区也陆续开展抽放瓦斯工作。1981年全国一百多个矿井安设了抽放瓦斯设备，每年抽放瓦斯达3亿米3，供给工业、民用燃料和作化工原料，变害为利。
抽放工艺 在地面建立瓦斯泵站，经井下抽放瓦斯管道系统与抽放钻孔连接，泵运转时造成负压，将瓦斯抽出，送入瓦斯罐，或直接供给用户。如抽出瓦斯数量较小，或很不稳定，可直接排放到大气中。
抽放方法 按瓦斯来源不同，可分三类：①抽放开采煤层本身的瓦斯。开采高沼气厚煤层时，瓦斯主要来自开采层本身。抚顺煤矿在煤巷掘进前，从底板岩石巷道打钻穿透煤层,钻孔中插入钢管并将孔口周围密封,瓦斯从插管中抽出。因抽放超前于掘进、回采，使采掘工作减少了瓦斯威胁，此法又称“钻孔预抽瓦斯”。②抽放邻近煤层中的瓦斯。在多煤层矿井，用长壁工作面回采时，顶底板岩层和煤层（包括可采层与不可采层）卸压，瓦斯流动性增加，大量涌入工作面，危害生产。通常在回采前打钻孔到顶板或底板的邻近煤层，回采后瓦斯大量流入钻孔，通过孔口插管，将瓦斯抽出。③抽放采空区的瓦斯。有的矿井采空区大量涌出瓦斯，可在采空区周围密闭墙上插入钢管；也可以从巷道向采空区打钻孔，抽放瓦斯。
在条件适宜时还可从地面钻孔抽放瓦斯。优点是不受井下采煤工作的限制和干扰，钻孔抽放工作可超前于采掘工作，抽放时间较充裕。缺点是钻孔较深，需排除孔内积水。
发展趋势 目前中国瓦斯抽放量只占抽放瓦斯矿井全部涌出量的20％。正在研究瓦斯流动规律，加大煤层的透气性和改进抽放工艺，进一步提高瓦斯抽放量。
『伍』 煤层气（煤矿瓦斯）开发利用“十二五”规划的第一章 发展现状
“十一五”期间，国家制定了一系列政策措施，强力推进煤层气（煤矿瓦斯）开发利用，煤层气地面开发实现历史性突破，煤矿瓦斯抽采利用规模逐年快速增长，煤矿瓦斯防治能力明显提高，奠定了进一步加快发展的基础。
（一）煤层气实现规模化开发利用
国家启动沁水盆地和鄂尔多斯盆地东缘两个产业化基地建设，实施煤层气开发利用高技术产业化示范工程，建成端氏—博爱、端氏—沁水等煤层气长输管线，初步实现规模化、商业化开发，形成了煤层气勘探、开发、生产、输送、销售、利用等一体化产业格局。重点煤层气企业加快发展，对外合作取得新进展，潘庄、枣园项目进入开发阶段，柳林、寿阳等项目获得探明储量。“十一五”期间，煤层气开发从零起步，施工煤层气井5400 余口，形成产能31 亿立方米。2010年，煤层气产量15 亿立方米，商品量12 亿立方米。新增煤层气探明地质储量1980 亿立方米，是“十五”时期的2.6 倍。
（二）煤矿瓦斯抽采利用取得重大进展
国家强力推进煤矿瓦斯“先抽后采、抽采达标”，加强瓦斯综合利用，安排中央预算内资金支持煤矿瓦斯治理示范矿井和抽采利用规模化矿区建设，煤矿瓦斯抽采利用量逐年大幅度上升。2010 年，煤矿瓦斯抽采量75 亿立方米、利用量23 亿立方米，分别比2005 年增
长226%、283%。山西、贵州、安徽等省瓦斯抽采量超过5 亿立方米，晋城、阳泉、淮南等10 个煤矿企业瓦斯抽采量超过1 亿立方米。
（三）煤矿瓦斯防治形势稳步好转
国家加快调整煤炭工业结构，淘汰煤矿落后产能，将煤层气（煤矿瓦斯）抽采利用作为防治煤矿瓦斯事故的治本之策。加大安全投入，安排中央预算内投资150 亿元，带动地方和企业投资1000 亿元以上。加强基础管理工作，组织专家“会诊”，编制瓦斯地质图。落实企业主体责任，开展瓦斯专项整治，强化监管监察。煤矿瓦斯防治形势持续稳步好转，瓦斯事故和死亡人数逐年大幅度下降。2010 年与2005年相比，煤矿瓦斯事故起数、死亡人数分别下降65%、71.3%，10 人以上瓦斯事故、死亡人数分别下降73.1%、83.5%。
（四）煤层气开发利用技术水平进一步提高
实施大型油气田及煤层气开发国家科技重大专项，攻克了多分支水平井钻完井等6 项重大核心技术和井下水平定向钻孔钻进等47 项专有技术。组建了煤矿瓦斯治理国家工程研究中心和煤层气开发利用国家工程研究中心。完成国家科技支撑计划“煤矿瓦斯、火灾与顶板重大灾害防治关键技术研究”，“973”计划“预防煤矿瓦斯动力灾害防治关键技术研究”等项目，实施10 项瓦斯治理技术示范工程和8项技术与装备研发，获得了煤与瓦斯突出机理的新认识，取得了低透气性煤层群无煤柱煤与瓦斯共采关键技术等一批重大成果。
（五）煤层气开发利用政策框架初步形成
国务院办公厅印发了《关于加快煤层气（煤矿瓦斯）抽采利用的若干意见》（国办发〔2006〕47 号），有关部门出台了煤炭生产安全费用提取、煤层气抽采利用企业税费减免、财政补贴、瓦斯发电上网及加价、人才培养等扶持政策，初步形成了煤层气（煤矿瓦斯）开发利用政策框架。国有重点煤矿企业累计提取煤炭生产安全费用1500亿元。企业开发利用煤层气（煤矿瓦斯），中央财政每立方米补贴0.2元，2007 年以来累计补贴7.2 亿元。新增3 家企业煤层气对外合作专营权。初步建立了煤层气（煤矿瓦斯）勘探、开发、安全等标准体系，发布了低浓度瓦斯输送和利用等行业标准。
（六）煤层气开发利用节能减排效益开始显现
煤层气（煤矿瓦斯）利用范围不断拓展，广泛应用于城市民用、汽车燃料、工业燃料、瓦斯发电等领域，煤矿瓦斯用户超过189 万户，煤层气燃料汽车6000 余辆，瓦斯发电装机容量超过75 万千瓦，实施煤矿瓦斯回收利用CDM 项目60 余项。低浓度瓦斯发电开始推广，风排瓦斯利用示范项目已经启动。“十一五”期间，累计利用煤层气（煤矿瓦斯）95 亿立方米，相当于节约标准煤1150 万吨，减排二氧化碳14250 万吨。
（七）煤矿瓦斯防治组织领导体系逐步完善
成立了12 个部门和单位组成的煤矿瓦斯防治部际协调领导小组，26 个产煤省（区、市）相应成立领导小组，形成了部门协调、上下联动、齐抓共管、综合防治的工作体系，研究解决了一批煤矿瓦斯防治和煤层气开发利用方面的重大问题。实行目标管理，对各产煤省（区、市）及重点煤层气企业下达年度瓦斯抽采利用和煤层气地面开发利用目标，实施季度考核通报。每年召开全国煤矿瓦斯防治现场会或电视电话会议，推广先进经验，提升防治理念，安排部署工作。举办了10 期培训班，45 户安全重点监控煤矿企业、78 个重点产煤市以及部门负责人近1000 人参加培训，近6000 人到矿区学习交流。积极协调解决矿业权重叠问题，核减5~10 年内影响煤炭开采的煤层气矿业权面积1.1 万平方公里，协调煤炭企业与煤层气企业合作开发矿业权面积0.8 万平方公里。 （一）勘探投入不足
煤层气勘探风险大、投入高、回收期长。国家用于煤层气基础勘探资金少，规定的最低勘探投入标准低，探矿权人投资积极性不高，社会资金参与煤层气勘探存在障碍，融资渠道不畅，勘查程度低。目前，煤层气探明地质储量2734 亿立方米，仅为预测资源总量的0.74%，难以满足大规模产能建设需要。
（二）抽采条件复杂
我国煤层气赋存条件区域性差异大，多数地区呈低压力、低渗透、低饱和特点，除沁水盆地和鄂尔多斯盆地东缘外，其他地区目前实现规模化、产业化开发难度大。高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井多，随着开采深度加大，地应力和瓦斯压力进一步增加，井下抽采难度增大。
（三）利用率低
部分煤层气项目管道建设等配套工程滞后，下游市场不完善，地面抽采的煤层气不能全部利用。煤矿瓦斯抽采项目规模小、浓度变化大、利用设施不健全，大量煤矿瓦斯未有效利用，2010 年利用率仅为30.7%。
（四）关键技术有待突破
煤层气（煤矿瓦斯）开发利用基础研究薄弱。现有煤层气勘探开发技术不能适应复杂地质条件，钻井、压裂等技术装备水平较低，低阶煤和高应力区煤层气开发等关键技术有待研发。煤与瓦斯突出机理仍未完全掌握，深部低透气性煤层瓦斯抽采关键技术装备水平亟待提升。
（五）扶持政策需要进一步落实和完善
瓦斯发电机组规模小、布局分散，致使部分地区瓦斯发电上网难，加价扶持政策落实不到位。煤层气法律法规和标准规范尚不健全。煤层气（煤矿瓦斯）开发利用经济效益差，现有补贴标准偏低。高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井开采成本高、安全投入大，需要国家在税费等方面出台扶持政策。
（六）协调开发机制尚不健全
煤层气和煤炭是同一储层的共生矿产资源。长期以来，两种资源矿业权分别设置，一些地区存在矿业权交叉重叠问题，有关部门采取了清理措施，推动合作开发，但煤层气和煤炭协调开发机制尚未全面形成，既不利于煤层气规模化开发，也给煤矿安全生产带来隐患。
『陆』 什么是低透气性煤层透气性系数小于多少算是低透气性煤层
根据煤层透气性煤层分为三类,λ＜0.1m2/(MPa2·d)，煤层属于不易抽放煤层，也可以称是低透气性煤层了。
『柒』 晋城矿区煤层气开发利用进展
贺天才 田永东
（山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司 山西晋城 048006）
作者简介：贺天才，1963年生，男，山西晋城人，山西晋城煤业集团总工程师、博士研究生，从事煤炭和煤层气开发工作。
摘要 晋城矿区煤层气地面抽采经过几年的发展，目前日产气量已经达到30×104m3，日压缩煤层气10×104m3，初步形成了一定的生产规模。生产实践同时证明煤层气地面抽采可以有效降低煤层瓦斯压力和瓦斯含量。根据目前的实际产气情况计算，煤层气井控制范围内的瓦斯含量每年可以降低约1m3左右，因此煤层气地面抽采可以降低矿井突出危险，减少井下瓦斯涌出量，促进煤矿生产安全。
关键词 晋城 煤层气 开发 利用 进展
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 开发背景和概况
晋城矿区是国家规划的13个大型煤炭基地中晋东煤炭基地的重要组成部分，19个首批煤炭国家规划矿区之一，是我国重要的优质无烟煤生产基地，属国家实行保护性开采的稀缺煤种。矿区位于山西省东南部、沁水煤田南部，矿区规划面积3753km2，地质储量437.6×108t，规划矿井13座矿井。晋城煤业集团作为晋城矿区的开发主体，目前有7座生产矿井和一座在建矿井，2005年核定生产能力 3060×104t/a，实际生产原煤3006×104t。
根据煤炭科学研究总院重庆分院和西安分院的评估报告：晋城矿区规划区范围内煤层气资源总量为6000×108m3，寺河和成庄井田范围内的煤层气资源量为530×108m3。寺河井田东区瓦斯平均含量为9.03m3/t，西区为16.6m3/t，北区在地面抽采钻孔施工过程中测定的瓦斯最高含量为28.7m3/t。成庄井田西南部瓦斯含量最高为15.62m3/t。矿区煤层透气性系数一般为0.0239～213m2/MPa2·d，煤层瓦斯压力一般为0.2～2.12MPa。
2005年，成庄矿绝对瓦斯涌出量达到239m3/min，相对瓦斯涌出量为16.14m3/t。2005年寺河矿井的绝对瓦斯涌出量达到479m3/min，相对瓦斯涌出量为22.3m3/t，为高瓦斯矿井。
目前寺河矿和成庄矿井下瓦斯抽放已经难以满足煤炭安全生产的需要，因此需要通过地面抽采来降低矿井瓦斯涌出量。
2 晋城矿区煤层气的开发和利用
煤层气（瓦斯）作为煤炭的伴生资源，不仅对煤矿的生产安全和矿工的生命安全构成了最大的威胁，而且还是一种具有强烈温室效应的有害气体。为了切实解除瓦斯对煤矿和矿工的危害，切实从源头上降低煤层瓦斯含量，建设本质安全型矿井，晋城煤业集团多年来始终坚持“为安全生产服务、为提高居民生活质量服务、实现产业化经营”的指导思想，以“井上井下抽采相结合，抽采和利用相结合”为工作方针，不断探索瓦斯治理与开发利用的新途径，取得了良好的经济、社会和环境效益。
2.1 煤层气地面抽采
地面钻井预抽，主要是在矿井建设前或煤层开采前进行预抽采，它不受空间约束，不受时间限制，可以提前5年、10年或更长时间在地面布置大规模井群，进行大面积抽采，既可提高抽采效果，又可形成产业规模，地面钻孔可实现采前抽、采动抽、采后抽的长周期稳定抽放，并且还可起到地质勘探的作用，达到“一井四用”的目的。
从1992年开始，晋城煤业集团先后在潘庄施工了7口煤层气井，在国内率先开展了煤层气地面预抽的试验工作，经过十多年的生产试验和技术研究，基本掌握了煤层气井钻井、压裂、排采、集输等一套完整的无烟煤地面抽采技术。从2003年开始，晋城煤业集团从煤矿生产安全的需要出发，先后在寺河矿、成庄矿进行规模化的煤层气地面抽采，至2005年年底在寺河矿区形成150口煤层气井的井组规模，成为目前国内最大规模的煤层气地面抽采井群，煤层气年抽采能力达到1.2×108m3，2005年实际瓦斯抽采量达到2003×104m3。
截至目前为止，晋城煤业集团已完成钻井的煤层气井300余口，基本具备抽采条件的煤层气井200口，地面煤层气年抽采能力达到1.5×108m3，其中投入运行并产气的煤层气井110口，日产气量达到30×104m3，另有40口煤层气井新近投入运行。随着煤层气井组规模的逐渐扩大，地面煤层气产量也不断提高，2006年前半年，晋煤集团的煤层气地面抽采量接近4000×104m3。
煤层气（瓦斯）同时是一种清洁、高效的能源，是我国政府鼓励开发利用的资源。为此，晋城煤业集团不仅建成了目前国内规模最大的煤层气地面抽采井群，同时也建立了完善的煤层气利用体系。2005年年底，潘庄煤层气压缩站经过两期扩建，日处理能力达到16×104m3，也是目前国内最大规模的煤层气压缩站。潘庄的煤层气经过压缩后源源不断运送至晋城、长治、太原、郑州、焦作、开封等城市，广泛应用于民用、工业、公共、发电、汽车燃料等行业。另外，潘庄的煤层气也开始向周围的农村居民供应，使他们告别了祖祖辈辈用煤的历史，用上了清洁的天然气。
2005年，晋城煤业集团通过槽车向外运送煤层气870×104m3，就地利用煤层气68.88×104m3，全年地面抽放的煤层气利用总量达到 939.88×104m3，抽采利用率46.9%。随着汽油价格的上涨和国内能源需求的不断增长，周边城市购买煤层气的意向也不断增多，仅2006年前半年，晋城煤业集团通过槽车向外运送的煤层气已经超过了1400×104m3。
随着煤层气地面抽采量的不断提高，为充分利用地面抽采的煤层气，晋煤集团加大了对煤层气利用工程的投资和建设力度，目前正在新建两座日处理能力为20×104m3的煤层气压缩站，预计2006年年底可以先后投入运行；从“李庄—晋城—矿区”的煤层气输气管线也正在建设之中，预计2006年年底前可以完成管道铺设，该管线最终的年输送能力将达到9×108m3。这些项目建成后，寺河矿区及其附近的煤层气将得到有效利用。
2.2 煤层气井下抽采
虽然煤层气地面抽采具有不少优点，但目前井下抽放仍然是解决矿井通风和安全生产的主要手段，因此在不断重视煤层气地面抽采的同时，晋煤集团加大了煤层气井下抽采的力度，采用本煤层密集钻孔边掘边抽、边采掘边抽和老空区抽采相结合的方式，加大抽采的覆盖面和强度。2005年晋煤集团还从澳大利亚引进三台千米钻机，用于寺河矿和成庄矿的井下瓦斯抽放，并在寺河矿成功施工了千米钻孔。
2005年，寺河矿井下瓦斯抽放总量达到10950×104m3，抽放瓦斯浓度平均为55%左右，主要用于发电、煤泥烘干、锅炉、民用等方面。2005年寺河矿实际瓦斯利用量（标态纯量）达到9065×104m3，井下瓦斯抽放利用率达到82.8%，其中1.5万千瓦瓦斯电站用气量为4985×104m3，煤泥烘干用气量为52.6×104m3，其余气量用于锅炉及民用。2005年成庄矿井下瓦斯抽放总量达到5052×104m3，主要为民用和发电。2005年晋城煤业集团煤层气总利用量达到（标态纯量）10004.88×104m3，利用率55.6%，相当于减排二氧化碳150×104t左右。
目前，亚洲开发银行12×104kW煤层气电厂项目已经于2006年初正式开工建设，一期工程预计年底完成。届时，寺河矿及其附近矿井井下抽放的瓦斯将全部达到利用。
2.3 清洁发展机制
晋城煤业集团在利用有形煤层气的同时，还积极利用清洁发展机制，开发CDM项目。晋煤集团亚洲开发银行贷款的12×104kW煤层气电厂项目每年将利用煤层气1.8×108m3，相当于年减排二氧化碳200 多万吨，可以大幅度降低该矿的瓦斯风排量，保护大气和环境。2004年世界银行碳汇基金购买了该项目450×104t（10年期）的减排量和150×104t的期权，减排购买协议已于2004年12月1日签订，日本碳基金（JCF）也购买了该项目240×104t（10年期）的减排量，减排购买协议已于2005年11月签订。
3 煤层气地面预抽实际效果评价
通过煤层气地面预抽，可以实实在在地使煤层瓦斯含量降低，瓦斯压力提前释放，从源头上有效控制瓦斯灾害，促进矿井安全生产。此外，煤层气钻孔同时可以兼作地质勘探孔，煤层气又是优质的能源，因此煤层气地面抽采具有良好的综合效益。
3.1 效果佳，促安全
根据生产数据，截至2006年6月底，寺河煤层气预抽项目100口煤层气井累计产气超过6000×104m3，按该区煤层平均厚度6m、密度为1.45 t/m3计算，这100口煤层气井的控制煤炭储量约9000×104t。也就是说，经过一年多的抽采，该区煤层气井控制范围内的煤层吨煤瓦斯含量平均降低了约0.66m3。目前这100口煤层气井的日总产气量已经上升至25×104m3，以此数据计算，未来每年可使该煤层气井组控制范围内的吨煤瓦斯含量降低约1m3左右。这样，该区经过7～8年的地面预抽，抽放区域内煤层的吨煤瓦斯含量即可降低到8m3以下，达到相对安全的条件。
值得注意的是，在晋煤集团目前已施工的煤层气井中，SH-003号、SH-075号、SHX-108号、SHX-112号和SHX-115号都出现了不同程度的瓦斯井喷现象，这在全国都十分少见，因此通过地面钻孔预抽，不仅降低了煤层瓦斯含量，而且释放了瓦斯压力，减小了矿井开采过程中瓦斯突出的危险。
3.2 用途多，投资省
煤层气井开发过程中，可以获得大量煤层及其顶底板深度、岩性的翔实数据，和煤层瓦斯含量、富水性的详细资料，这些数据和资料也是未来煤矿采煤过程中必需的信息。通过对这些资料的处理利用，可以提高资料的利用效率，节省勘探投资，因此煤层气地面钻孔还具有地质勘探孔的作用。
煤层气井的井间距一般为300～400m左右，远小于普通煤炭精查勘探孔的井间距，因此煤层气井钻探所获得的参数精度相对要高。目前晋煤集团正在将煤层气井控制区域内的有关资料进行整理，并据此绘制出更详细的煤层底板等高线图和煤层厚度等值线图，不久将应用在该区煤矿的煤炭生产中。图1和图2是利用煤层气井开发资料绘制的煤层底板等高线图和瓦斯含量等值线图，这些图件的精度得到了大幅度的提高。
图1 据钻井资料绘制的煤层底板等高线图
图2 据解吸和解吸资料绘制的瓦斯含量等值线图
随着未来煤炭的开采，煤层气地面预抽孔还将具有采动抽和采后抽的功能，可以在煤炭开采的不同阶段对矿井瓦斯进行抽放，从而延长气井的生产周期，大大提高煤层气井的利用率，真正实现一井多用。
3.3 浓度高，利用广
井下抽放的瓦斯由于其浓度相对较低，往往只能就地发电或燃烧，利用价值低，效益差，而地面抽放的煤层气甲烷浓度通常都高于95%，因此具有更广泛的用途和更高的利用价值。地面抽放的煤层气除可以用于发电和燃烧外，还可以用作汽车燃料，目前晋城市汽车用压缩煤层气的销售价格为2.2元/m3，利用价值远远高于发电和燃烧，另外煤层气还可以通过压缩或液化运送至其他城市，因此利用价值高，效益好。
目前晋煤集团地面抽采的煤层气多数通过压缩的方式运送到了周边城市进行利用。截至目前为止，潘庄煤层气压缩站已经压缩煤层气2500×104m3，市场用户反映好，购买需求强烈。
4 晋煤集团煤层气开发利用规划
“十一五”期间，晋城煤业集团将紧紧围绕晋城矿区总体开发规划，开展规模化的煤层气抽采工作。生产矿井将提前5～7年或更长时间布置地面钻孔进行抽采，以降低煤层瓦斯含量和释放瓦斯压力。井下抽采主要采用模块式预抽、本煤层密集钻孔边掘边抽、边采边抽和老空区抽采相结合的综合抽放办法，加大抽采的覆盖面和强度，最终形成井上、井下抽采相结合。待开发矿井将从目前开始地面预抽，力争通过预抽，到新井投产时将煤层瓦斯含量降低到10m3/t以下，不仅可以有效提高新井安全的可靠程度，实现安全生产，而且可以在一定程度上减少矿井通风系统投入，降低巷道建设成本，从而降低新井基建投资。
预计“十一五”末，晋城煤业集团将在现有高瓦斯矿井和新建矿井中施工2000口地面煤层气抽采井，并进一步完善井下瓦斯抽放体系，加大瓦斯的抽放力度，使井上、井下的煤层气年抽放量达到18×108m3。届时，晋煤集团将全面实现煤层气井上、井下共同抽采，建成采气采煤一体化的生产格局，真正建立本质安全型的煤炭企业。
参考文献
[1]袁亮.2004，松软低渗透煤层群瓦斯抽采理论与技术.北京：煤炭工业出版杜
[2]林柏泉，张建国.矿井瓦斯抽采理论和技术.徐州：中国矿业大学出版杜
『捌』 煤矿瓦斯治理方法有哪些
煤层气俗称“瓦斯”，其主要成分是CH4（甲烷），是主要存在于煤矿的伴生气体，也是造成煤矿井下事故的主要原因之一。
煤层气是热值高、无污染的新能源。它可以用来发电，用作工业燃料、化工原料和居民生活燃料。煤层气随着煤炭的开采泄漏到大气中，会加剧全球的温室效应。而如果对煤层气进行回收利用，在采煤之前先采出煤层气，煤矿生产中的瓦斯将降低70%到85%。
煤层气的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。地面钻井开采的煤层气和抽放瓦斯都是可以利用的，通过地面开采和抽放后可以大大减少风排瓦斯的数量，降低了煤矿对通风的要求，改善了矿工的安全生产条件。地面钻井开采方式，国外已经使用，我国有些煤层透气性较差，地面开采有一定困难，但若积极开发每年至少可采出50亿立方米；由于过去除了供暖外没有找到合理的利用手段，未能充分利用，所以，抽放瓦斯绝大部分仍然排入大气，花去了费用，浪费了资源，污染了环境。
我国煤层气资源丰富，居世界第三。每年在采煤的同时排放的煤层气在130亿立方米以上，合理抽放的量应可达到35亿立方米左右，除去现已利用部分，每年仍有30亿立方米左右的剩余量，加上地面钻井开采的煤层气50亿立方米，可利用的总量达80亿立方米，约折合标煤1000万吨。如用于发电，每年可发电近300亿千瓦时。
煤层气又称煤层瓦斯，煤层甲烷，它是成煤过程中经过生物化学热解作用以吸附或游离状态赋存于煤层及固岩的自储式天然气体，属于非常规天然气，它是优质的化工和能源原料。
煤层气是种清洁的能源，它一般存在于煤矿中，对煤矿安全威胁很大，如果释放到空气中又会导致气候变暖，但若能有效开发利用，可以变成清洁的天然气能源。目前煤层气已经在美国、德国、俄罗斯等多个国家使用，但国内的利用率较低。