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 production has reached 300，000m3，the daily capacity of compressed CBM is 100，000m3，which has formed a certain scale of production.At the same time，production practice has proved that CBM surface extraction can effectively reduce gas content and gas pressure.According to the current gas production，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 production.
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
