中国煤矿区煤层气开发及其技术途径

摘要：煤层气是生于煤矿区煤层间，并主要以吸附状态储集于煤层中的一种非常规的天然气体，又名瓦斯，其主要成分是甲烷。煤层气是造成煤矿瓦斯爆炸、煤岩体突出的灾害性气体同时也是一种洁净的新能源。文章结合笔者相关工作经验，主要对我国煤矿区煤层气开发及其技术途径进行了探讨，以期提高煤层气的有效开发和利用。

关键词：煤矿区；煤层气；技术途径

中图分类号：X752文献标识码： A

一、煤矿区煤层气的资源概况及现状分析

我国不仅仅是煤炭资源生产以及消费的大国，而且同时也是具有丰富煤层气资源的大国。伴随着煤矿开采工作不断增加的深度以及煤层气所涌出的量在不断的增加，煤矿的安全问题以及煤层气资源充分利用的问题和所面对的形势都非常的严峻。尤其是在目前，我国埋于地下 2000m 较浅处的煤层气资源总量与陆地上所具有的常规的天然气所具有的资源量差不多。目前，我国的煤层气的资源量在世界总量上位居第三，仅仅位于俄罗斯以及加拿大之后，占据了世界总量大概13%的比例。

（一）煤矿区煤层气的开发目的

煤矿区煤层气的开发主要目的是为了能够给煤矿的生产提供一个安全性的瓦斯环境，而煤层气的开发位于从属的位置，与以往单纯的对常规煤层气开发以此获得经济效益具有很大的差别。通常情况下，煤矿区煤层气的开发项目在进行开发的产能规模建设中除了要充分考虑到开发的规模之外还要考虑煤炭进行开采生产的规划。

（二）煤矿区煤层气的开发模式

一般说来，按照我国煤层气的资源所赋存的特点来看，我国的煤矿区煤层气的开发模式主要分为两大类：一类是对于煤矿区煤层气所进行的开发模式，此类型注重煤矿的安全以及能源的开发，与采煤之间具有密切的关系；而另一类就是对于非煤矿区煤层气所进行的开发，此类型主要注重于能源的开发，而与采煤之间没有任何的关系。在这其中，煤矿区煤层气开发在煤层气开发中所占的比例不低于70%。

为此，应加快我国煤层气开发利用步伐，发展煤层气产业，对于防治煤矿瓦斯灾害、利用洁净能源、保护大气环境具有重要意义。

首先，从安全、能源、环保三个方面考虑，本着远近结合、目标各有侧重的原则，认为在当前和今后一段时期内，我国煤层气开发利用工作应实行两条腿走路：一是要加快煤矿区煤层气开发利用工作，二是继续开展煤矿外远区或煤炭未开发区的煤层气勘探开发利用工作。 煤矿区煤层气开发的目的，侧重短期内尽快改善煤矿生产安全条件为目的。即围绕煤矿生产，采取一切可以采取的措施手段，在采煤前尽可能短的时间内快速有效地降低煤层和围岩中瓦斯含量，使原本高瓦斯的矿井转变为低瓦斯的矿井，建立本质安全型煤矿，防治瓦斯灾害，保障煤炭安全高效生产。

其次，煤矿区煤层气开发，应改变单一的井下瓦斯抽放方式，采用地面井下相结合，地面预采、地面采动开采和井下瓦斯抽放多种采抽方式并举的立体开发模式，来提高煤层气（瓦斯）采抽强度和采抽率，在掘进采煤前最大程度地降低煤层中煤层气（瓦斯）含量。

二、煤层气开发技术途径

煤矿区煤层气的开发, 正逐渐改变过去单一的井下抽采方式, 开展了地面开发和井下抽采相结合的技术研究。非矿区煤层气的开发主要是采用地面开发技术。

（一）井下抽采

煤层气井下抽采技术主要包括本煤层、邻近层、采空区等多种抽采方法。目前, 中国已进入综合抽采煤层气阶段, 即采前预抽、边采边抽及采后采空区抽采等多种方法在一个采区内综合使用。在时空上为煤层气抽采创造更多的有利条件, 在工艺上将钻孔抽采与巷道抽采相结合、井下抽采与地面钻孔相结合、常规抽采与强化抽采相结合以及垂直短钻孔抽采与水平长钻孔抽采相结合。

（二）地面开发技术

煤层气地面开发可分为 2 种开发方式。一种是地面预采技术, 主要开发未采动煤层中的煤层气,所采用的技术与常规天然气生产技术相似, 对于渗透率低的煤层往往采取煤层压裂增产措施。另一种是地面采动开采技术, 主要包括生产矿井采动区和采空区开采煤层气, 因采动影响, 煤层和含气岩层的渗透率明显提高, 煤层气大量解吸, 抽气容易,不需要进行煤层压裂处理。

1、地面垂直井开采技术

地面垂直井开发模式始于 20 世纪 70 年代, 美国一些煤矿业主借用石油天然气工业的开发技术,通过排水降压使煤层中的吸附气解吸出来, 由井筒流到地面。这种开采方式具有产气量大、资源回收率高、机动性强特点, 可形成规模效益。但要求有厚度较大的煤层或煤层群、煤储层的渗透性较好以及较有利的地形等条件。

由于我国各地资源条件和开发条件差异, 地面预采煤层气增产措施有所不同, 主要为裸眼扩径、洞穴完井和水力压裂。鉴于煤层渗透率较低, 只能采用压裂技术进行增产改造。目前国内地面直井煤层气日产量大约为 15000 m3, 适合此种开发模式的矿区主要为煤储层渗透率较高的沁水盆地南部地

区和鄂尔多斯盆地的河东煤田。

2、多分支水平井开采技术

多分支水平井技术主要适用于煤层厚度大且分布稳定, 煤层渗透率较低的煤储层。多分支水平井开采技术与采用射孔完井和水力压裂增产的常规直井相比, 具有得天独厚的优越性, 主要表现为增加有效供给范围、提高导流能力、减少对煤层的伤害、单井产量高、经济效益好和有利于环境保护等优点。目前, 我国共施工近 150 座多分支水平井, 主要集中在沁水盆地的晋城、寿阳、端氏和大宁等地区。在沁南的潘庄区块, 由奥瑞安公司设计施工的多分支水平井的单井日产量突破 10 万 m3, 约是相邻地区常规垂直井单产的 50 倍。中国自 2003 年引进并吸收此项技术, 中联煤层气公司成功实施的第一座水平井 DS- 01 井, 累计完成进尺 6526 m, 产量将达到 3~ 4 万 m3/ d,约相当于 10 座煤层气直井的产量。

三、煤矿区煤层气的开发方案

（一）煤矿区煤层气开发的原则

煤矿区煤层气的开发主要目的就是要尽量的降低煤层的瓦斯含量，创造一个安全的没开口生产的瓦斯环境，并且能够对煤层气资源进行合理科学的利用，因此在对煤矿区煤层气开发的时候，其部署原则主要有：必须与煤矿的生产和采掘部署一致，而且要与煤矿的生产密切衔接，尽最大的可能让在采煤时能够使煤矿的安全生产保证在最低的瓦斯含量规定以内；同时，要立足于煤矿区的煤层气的资源，在煤矿安全生产与降低瓦斯含量的同时，还要保证煤层气开发所具有的经济效益；对于煤层气井的开发开采要布置在于瓦斯的含量相对来说比较高以及煤炭的首要开采区域，对煤层气井的服务时间和煤炭的开采制定一个有效的规划；对于井网的部署也要做到简单、合理和紧密，尽量的依托现有的煤矿设施，尽量的减少成本。煤矿区煤层气的开发部署原则还要满足于可持续发展策略，要对煤炭和煤层气资源进行合理有效的利用，并且还要满足于保护环境和优化能源结构等多方面的要求。

（二）煤矿区煤层气开发的途径

煤矿区煤层气的开发一般情况下都会受到煤炭生产条件的制约，因此在煤矿区煤层气开发的时候，在对于井田内的生产矿井进行煤炭采掘的规划和设计的时候，一定要将煤矿区的煤层气实际开发状况以及此煤层气的产业特点，还有国内外对于煤层气开发的成功经验进行有机结合，要将煤矿区煤层气的开发部署尽可能做到能够使煤层气的开发和煤炭开采之间进行有效的协调。在制定煤矿区煤层气开发总体部署方案的时候，基本上都要采用先近后远的一般开发原则，在首先所规划内的煤矿开采区进行开采，然后再逐渐的向较远的煤炭开采区进行开采。

（三）煤矿区煤层气开发的井网设计

与以往常规的煤层气开发气井的部署设计一样，煤矿区煤层气开发的部署井网设计要求也是一致的。但是煤矿区煤层气开发对于井网设计部署来说，除了要在最大限度上满足于煤层气的采收率的提高之外，还要充分的考虑到煤层气进行开发后所具有的经济性。因此，在井网设计的时候，一般都要求在煤层的主渗透方向的井间距要进行适当的加大，而主渗透方向一般都是采用地应力监测、压裂裂缝监测和煤层裂隙观测等方法来确定的。

结语：总之，对于煤矿区煤层气的开发其主要目的就是为了能够尽量降低其所含有的瓦斯含量，从而为煤炭的开采提供一个具有安全性的瓦斯环境。煤矿区煤层气的开发会受到煤炭的开采规划、开置以及煤层气所具有的地质条件所影响。因此，煤矿区煤层气开发在进行区域部署的选择和开发的方式上要优选于能够从最大限度上将煤层气的瓦斯含量进行降低的方法。

参考文献

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