轉化利用, 如R1中胞=好.1in4 wr堞與煤層氣共采技術在胥煤集團的應用研究都海龍1,21.中國礦業(yè)大學(北京)資源與安全工程學院,北京100083;2.晉城無煙煤礦業(yè)集團有限責任公司,山西晉城048006)摘要:介紹了煤與煤層氣共采技術的形成與發(fā)展,闡述了煤與煤層氣共采技術的內(nèi)涵與外延,并以晉城煤業(yè)集團經(jīng)驗及成果為例對實現(xiàn)煤氣共采的技術進行了詳細論述,對今后煤炭開采與煤層氣開發(fā)的緊密結合提出了建議。關鍵詞:煤;煤層氣共采;應用研究中圖分類號:TD845文獻標識碼:A文請編號:1006-6772(2007 )06-0032 -03煤炭工業(yè)以采煤為主的產(chǎn)業(yè)理念根深蒂固,盡1煤與煤層 氣共采技術的內(nèi)涵和外延管煤礦瓦斯抽放已有半個多世紀悠久歷史,但煤炭工業(yè)界總是習慣地將瓦斯抽采作為煤礦瓦斯治理的1.1技術體系一項專項措 施,其出發(fā)點是治理煤礦瓦斯,保障煤礦按卸壓瓦斯的來源及卸壓瓦斯抽放方法的不安全生產(chǎn)。通常情況下,煤礦瓦斯抽采只注重瓦斯同,構建了“煤與煤層氣共采”技術體系如圖1所治理效果,很少關注所謂的資源與環(huán)境,因此導致許示。煤、氣共采為有效地開發(fā)和利用同源同體的煤多煤礦抽采出的煤層氣未被利用。而煤層氣開發(fā)則炭資源和煤層氣資源,必須堅持統(tǒng)籌規(guī)劃,煤炭資源相反,多數(shù)項目只注重采取獲利,沒有真正考慮未來和煤層氣資源共采的原則。切實做到以煤炭開采為煤礦開采的安全問題,無論是區(qū)塊優(yōu)選還是開發(fā)技中心,建立采煤采氣一體化開發(fā)模式。術方案都沒有真正體現(xiàn)所謂的安全與環(huán)境。深層開來.晉煤集團在國內(nèi)率先在寺河煤礦完成了煤層氣開發(fā)的商業(yè)化過程,從勘探、開發(fā)試驗、大規(guī)模開發(fā)尿動形成裂明到集輸和利用。由于晉煤集團實施寺河煤礦煤層氣廠 采動區(qū)「. 相鄰未采店覆煤園采空區(qū)]開發(fā)的初衷是所謂的煤礦瓦斯超前地面預抽,因此瓦斯卸壓動瓦斯卸壓 瓦斯卸壓 積聚瓦斯項目的本質(zhì)是-一個地地道道的采煤采氣一體化示范地面鉆井抽放進下鉆孔抽放工程項目。這一示范工程的成功，為中國能源工業(yè)謀層氣開采創(chuàng)立了一種資源高效開發(fā)模式。采煤采氣- -體化的圈1“煤與煤層 氣共采”技術體系實施,從根本上改變了以往的煤層氣開發(fā)和煤炭開采的傳統(tǒng)做法。煤炭工業(yè)不再將瓦斯抽采作為專項1.2煤與煤層氣共采措施,煤層氣地面開發(fā)也不再作為單純的可燃烴類煤層普遍具有變質(zhì)程度高、滲透率低、壓力小和氣體資源的開發(fā),而是將瓦斯抽采和煤層氣開發(fā)視含氣飽和度低的特點,70%以上煤層的滲透率小,這為煤礦安全生產(chǎn)體系的重要組成部分。對開展煤尼氣采前預地極為不利_實踐表明， -且中國煤化工收稿日期:2007-08 -02YHCNMHG作者簡介:都海龍(1977 -),男,山西沁水人,1997年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學采礦工程專業(yè),采礦工程師,山西晉城煤業(yè)集團技術中心工作,現(xiàn)于中國礦業(yè)大學(北京)資源與安全工程學院就讀工程碩土。3《潔凈煤技術)2007年第13卷第6期轉化利用. 全國中文核心期刊礦業(yè)類核心期刊(CAJ-CD規(guī)范}執(zhí)行優(yōu)秀期刊-煤層開采引起巖層移動,即使是滲透率很低的煤層，有一定優(yōu)越性。一是從安全角度講,因為人不直接其滲透率也將增大數(shù)十倍至數(shù)百倍,這就為煤層氣接觸瓦斯,地面壓裂抽放比井下打鉆抽放更安全。運移和開采創(chuàng)造了條件.因而,卸壓煤層氣抽放將是二是經(jīng)濟方面講,雖然初期投人較大,一口抽氣井的煤層氣開采的重要途徑。目前,卸壓瓦斯抽放總體施工預算為130萬元。但是節(jié)省了井下通風及瓦斯上仍存在抽出率低及鉆孔工程量大的問題，瓦斯總抽放的巨額費用,保證了礦井的安全開采,所產(chǎn)生的體抽出率僅為23%。如何基于巖層移動規(guī)律進行安全效益和社會效益是井下抽采不可比擬的。卸壓瓦斯抽放方案的優(yōu)化、提高瓦斯采出率將是中盡管煤層氣開發(fā)的目的不同,但從技術層面看國煤礦卸壓瓦斯抽放進- -步研究的主要方向。 基于煤礦瓦斯地面預抽與煤層氣地面開發(fā)完全是一樣煤礦綠色開采思想提出的“煤與煤層氣共采"的基的，其區(qū)別在于開發(fā)的位置。煤礦瓦斯地面預抽是本觀點為:將煤層氣作為一種資源,充分利用采煤過在未來3 ~5a將要采煤的區(qū)域抽采煤層氣,煤層氣程中巖層移動對瓦斯卸壓作用并根據(jù)巖層移動規(guī)律地面開發(fā)則是在遠離煤礦的煤層氣富集區(qū)開采煤層來優(yōu)化抽放方案、提高抽出率,在煤層開采時形成采氣資源。隨著多分支水平井技術的發(fā)展,為煤層氣煤和采煤層氣2個完整的開采系統(tǒng),即形成“煤與開發(fā)提供了更多的開發(fā)方式選擇。煤層氣共采"技術,從采掘部署上把瓦斯抽放當作(1)根據(jù)直井壓裂開采所特有的生產(chǎn)年限長、正規(guī)的開采工藝流程,從時間、空間與資金上給予保日產(chǎn)量低的特點,可以利用直井壓裂開發(fā)模式形成證,對抽放瓦斯進行利用。長時期的穩(wěn)定產(chǎn)能。1.3 井下抽采與地面開發(fā)并舉、分區(qū)實施(2)根據(jù)多分支水平井具有單井產(chǎn)量高特點，從煤氣共采的角度,可根據(jù)煤礦開采規(guī)劃的區(qū)實現(xiàn)短時期提升煤層氣開發(fā)項目產(chǎn)能的目的。根據(jù)劃,可分為采空區(qū)、煤礦生產(chǎn)區(qū)、近期煤炭開采區(qū)和開發(fā)區(qū)的煤層氣地質(zhì)條件、地形地貌特征、國內(nèi)目前煤礦規(guī)劃區(qū)。由于不同區(qū)域的煤層氣資源條件和開具備的設備條件和工藝技術水平,可根據(jù)每口井的發(fā)條件差異較大,因此煤層氣開發(fā)應采取不同的開具體條件設計單翼、雙翼、三翼、四翼等各種類型多發(fā)模式和開發(fā)技術如圖2所示。分支水平井。2004年,寺河礦在全國首次采用煤與煤層氣共采空區(qū)抽采井下鉆孔抽采采技術,采用網(wǎng)格布置方式,成功地完成了寺河礦井煤礦采空生產(chǎn)區(qū)北區(qū)30口新氣井的鉆井、壓裂工作,開始產(chǎn)氣,全年區(qū)I排采氣量538萬m'。到2006年5月20日,煤層氣近期規(guī)劃區(qū)地面鉆井開采開采區(qū)煤層氣地面開采井總數(shù)為443口,累計抽放總量達到6185. 17萬m',其中目前日抽放量在13000m'左右。圖2煤與煤層氣共采階段劃分及開發(fā)模式2.2井 下煤層氣抽采煤礦井下瓦斯抽采是一種重要的“煤層氣開發(fā)"方式,早已被廣泛應用于眾多的高瓦斯礦井。,2煤與煤層氣共采技術通過半個多世紀的發(fā)展,煤礦井下瓦斯抽采技術已無論是為了治理煤礦瓦斯而實施的煤礦井下煤形成了較為完善的系列技術。層氣抽采、采動區(qū)抽采和地面預抽,還是煤層氣商業(yè)2.2.1巷道 掘進抽采開采,都必須納人到煤與煤層氣共采的軌道。由于在巷道掘進過程中,進行有計劃的煤層氣抽采煤層氣抽采目的、抽采對象、抽采條件和資源條件的不僅可以有效解決高瓦斯礦井掘進過程中的瓦斯超不同,煤層氣開發(fā)(瓦斯抽采)可分為煤礦井下抽限現(xiàn)象,而且為以后工作面回采和抽采做好了準備采、采動區(qū)抽采和地面開發(fā)。工作,在安全和效益上都有益處。2.1 地面抽采以寺河礦為例,該礦為高瓦斯礦井,新暴露的煤在井田采動之前,布置地面鉆孔,對原始煤體進體百米巷道瓦斯涌出量0.3 ~0.6 m'/min。如遇地行預抽放。主要工藝流程是鉆井、壓裂和排采。通質(zhì)構中國煤化工斯涌出可達10~過在地面打垂直井穿透所抽煤體,采取增產(chǎn)強化措5mMHCN M H ?m順槽掘進僅靠施(壓裂)手段使煤體裂隙增加，可抽放半徑加大，通風根本兀法解決凡斯問題,必須采取抽采措施來預抽煤體中的瓦斯。相對于井下抽采,地面抽采具降低瓦斯涌出量。在巷道幫上每隔200 m布置鉆煤與煤層氣共采技術在晉煤集團的應用研究.轉化利用場,鉆場內(nèi)扇型布置鉆孔,鉆孔布置示意圖如圖3所示,減少掘進頭瓦斯涌出和巷道煤壁的瓦斯涌出實煤層5煤層氣煤層氣電力踐證明,抽采效果明顯,獨頭巷瓦斯涌出量由最大9采家圖抽放系統(tǒng)-氣相(-[地面風井熱風坍~ 10 m'/min降到S m'/min以下,保證了安全掘進。民用]圈4煤層氣利用工藝流程采動區(qū)瓦斯抽采是- -種特殊的抽采方式,其技術要點包括;采煤前在采煤工作面中央施工大口徑直井(非抽采層段和含水層段套管固井,抽采層段采用篩管完井或裸眼完井),充分利用采煤后在采煤上圉3鉆孔布置示意方的采動影響區(qū)來抽采主采煤層和上覆煤層及上覆2N,3N,4N-巷道編號:1一 抽放鉆孔;地層中的煤層氣,從而降低采煤工作面和井下巷道2一閥門;3- -抽放管路;4- 負壓放水器的瓦斯?jié)舛?以獲得防治煤礦瓦斯災害和開發(fā)煤層2.2.2回采 工作面抽采氣資源的雙重效益。晉煤集團的主采煤層為3號煤層,該煤層的可3結論與建議抽性較好,加上礦井煤層氣主要來自煤體本身,3號煤層又是厚煤層,所以工作面抽采以本煤層順層布通過煤與煤層氣共采技術的應用研究,形成如置鉆孔抽采為主,采空區(qū)抽采為輔。通過提高封孔下結論和建議:質(zhì)量增加孔口抽采負壓,加強卸壓布置瓦斯抽采。(1)由于能源形勢和煤礦安全生產(chǎn)的需要,全寺河礦僅- -個綜采大采高工作面抽采煤層氣量就可面推廣 煤與煤層氣共采勢在必行。達60 ~70 m'/min,抽出率高達40%。(2)煤與煤層氣共采的理念是“安全一資2.2.3采空區(qū)抽采源一環(huán)境”。采面回采過程中隨著工作面推進,采空區(qū)面積(3)煤層氣開發(fā)必須堅持地面開發(fā)與井下抽采不斷擴大,采空區(qū)丟煤瓦斯及鄰近煤層瓦斯的涌入并舉的方針,確保煤礦安全生產(chǎn)。等使采空區(qū)瓦斯浦出量也迅速增加,不僅嚴重影響(4)盡可能實施一井多用戰(zhàn)略(采前抽、采動正常生產(chǎn),而且造成資源浪費。,抽、采后抽) ,實現(xiàn)煤層氣高效抽采。根據(jù)對成莊礦回采工作面瓦斯涌出分析,采空(5)建議各個煤礦根據(jù)當?shù)氐拿簩犹卣骱兔簩訁^(qū)瓦斯涌出占到工作面總瓦斯涌出量的54. 73% ~氣資源條件,選用合適的煤層氣抽采技術進行抽采，77.1 1% ,平均66.5%。成莊礦在3308工作面進切莫盲目仿效。行了封閉尾巷抽放采空區(qū)瓦斯試驗。在工作面尾巷(6)建議煤層氣地面開發(fā)企業(yè)認真考察地面開敷設D300mm玻璃鋼管,抽放管路與礦井抽放系統(tǒng)發(fā)條件,采取適宜的開發(fā)技術,應盡可能地考慮未來連通,將尾巷分段密閉,通過尾巷深部聯(lián)絡巷對采空煤礦開采問題。區(qū)瓦斯進行抽放。3308 工作面風排瓦斯涌出量下參考文獻:降34% ,工作面配風量也分別下降25. 2%。目前,成莊煤層氣抽放系統(tǒng)就分為煤層氣抽放[1]錢鳴高,許家林,繆協(xié)興. 煤礦綠色開采技術[J].中國和采空區(qū)煤層氣抽放2套系統(tǒng),抽放濃度達55%，礦業(yè)大學學報,2003.目前純煤層氣抽放量為56. 6 m'/min,每天純煤層[2]許家林,錢鳴高. 地面鉆井抽放上覆遠距離卸壓煤層氣抽放量大約為10萬m'左右,既能滿足礦井安全氣試驗研究[J].中國礦業(yè)大學學報2000生產(chǎn)的需要,又能為煤層氣利用系統(tǒng)提供高純度煤[3]錢鳴高,繆 協(xié)興,許家林,等.巖層控制的關鍵層理論[M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社,0030層氣量。其利用工藝流程圖如圖4所示。[4]許家林,錢鳴高.金宏偉基于巖層移動的“煤與煤層2.3 - -井 多用、高效抽采與采動區(qū)抽采中國煤化工,2004.4通過地面煤層氣開發(fā)與井下瓦斯抽采相結合和一井多用(采前抽 采動抽采后抽) ,實現(xiàn)煤層氣高PHCNMH G效抽采,以建立先進的安全高效的綠色礦山。煤礦. (下轉第69頁)34《法凈煤技術)2007年第13卷第6期煤質(zhì)技術全國中文核心期刊礦業(yè)類核心期刊《CA- CD規(guī)范}執(zhí)行優(yōu)秀期刊一3] Anne-Gaelle Collot. Matching gasication technologiee toI Research and development on high-temperature gsif-coal properties [J]. International Joumal of Coal Geolo-cation technology of woody biomass for fuel cell powergy, 2006, 65(3-4): 191 ~212. .generation proces [M], Kagaku Ronbunshu, 2004,[4] Xiagjang wU, Nobusuke KOBAYASHI, Guilin PIAO,Vol.30, No.3 :385 -390.Yochinoni ITAYA, Shigekatsu MORI. Discusion of Chi- [6]Guilin PIAO, Michihiko HAMAI, Motohiro KONDO,nese coal resources and coal gasifcation process with highYoshinori ITAYA, Shigekatsu MORI. Research and de~ash fusion temperature coal [J]. The 43th coal confer-velopment on gasification technology of organic waste ma-ence in Japan. KAOCL. 2006,10:53 ~54.terial( 0WM)by using entrained-Low [J]. 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The results showed that ash melting point in deoxidized atmosphere was lower than that in oxida-tion atmosphere; Comparison on ash fusibility temperature was made between gasification in coal-COz reducing at-mosphere and in coal-H20 reducing atmosphere, of which result showed that ash fusibility temperature in coal-CO2reducing atmosphere is lower. Due to the intense decalescence that most of heat was supplied to gasification, it isthe reason of high ash fusibility temperature that there is hardly any Ca and Fe can be deoxidized in gasification.Keywords: coal gasification; gasification reagent; ash fusibility(上接第 34頁)The application research about the coal and coalseam gas technology in Jinmei GroupDU Hai-long'"(1. Resource and sofety enginering cllge of Chinese Mining University( Beijing) , Bejing 10083 ,China;2. Jincheng anthracie mining group limied labliy company, Jincheng 048006 ,China)Abstract: The text explains the form, development and connotation and extension of the coal and coal seam gastechnology, and ilustrates the technology of coal and gas picki中國煤化工rience and fruit ofJincheng Coal Group, at the same time, it also brings forward suYHCN M H Gation of the coal 0-pening and coal gas opening.Keywords:coal and coal gas opening together; technology; application research煤焦氣化反應過程中灰的熔融特性變化59.