煤層氣低碳經濟論文

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1瓦斯地質概況

河南省煤的變質程度在水平方向和垂直方向上都有明顯的規律。水平方向上，山西組煤質分布明顯地表現為帶狀分布，其變質程度由南向北逐步增高。按照煤的工業分類，大致分為五個變質帶，包括平頂山—韓良瘦煤帶、禹縣—臨汝—宜洛—陜澠焦煤帶、禹縣北—臨汝北—澠池北—新安南瘦煤帶、新密—登封—新安貧煤帶、滎鞏—偃龍以及黃河以北廣大地區的無煙煤帶。垂直方向上的分帶依煤系層序變質程度由新到老逐步加深，河南煤田的突出危險性也隨變質程度由南向北逐步增加。南部平頂山—韓梁肥煤帶為非突出區或低瓦斯區，中部響縣—陜澠焦煤帶、禹縣北—新安南瘦煤帶及新密—新安貧煤帶為一般突出區，而北部焦作大多為煤級較高的無煙煤，屬于河南省瓦斯嚴重突出區。

軟煤的變形特征煤田構造位處我國著名的秦嶺-大別山構造帶北麓。自晚古生代以來，中國東部南、北大陸一系列的相互作用等構造-熱事件，導致含煤巖系煤層厚度變化頻繁，形態復雜，煤級高，具有明顯不同于板內（華北地區）相近時代煤層的特殊性，是我國典型的“三軟”煤層。而礦井瓦斯實測數據同樣表明，經過強烈構造作用的軟煤強度低（f＜0.12），透氣性差（λ=0.0053m3/MPa.d），瓦斯壓力大（P＞2MPa），但解析速度較快（△P＞20），衰減期很短。一旦采掘活動發生冒頂、片幫及落煤堆積，煤體內部瓦斯將很快解析釋放，致使采掘工作面瓦斯涌出量驟增，一般為正常煤壁的幾倍甚至幾十倍。實屬低滲難抽放軟弱煤層。

2“三軟”煤層瓦斯抽采方法

2.1井下壓裂生產和科學

實踐表明，井下注水壓裂技術不僅增加煤層透氣性，提高瓦斯抽采率，降低煤與瓦斯突出，并且對防治煤塵、頂板、沖擊地壓等礦井地質災害均具有明顯促進作用[5-7]。如平煤十礦于2009年2月24日進行注水壓裂試驗，試驗點位于該礦24080工作面，煤層厚4m，瓦斯含量23m3/t，瓦斯壓力2.4Mpa，滲透率0.0013m/D，堅固系數0.24-0.37，屬于較難抽放軟弱煤層。通過水力壓裂試驗，在影響范圍內，預抽鉆孔56天單孔抽采瓦斯總量10093m3，平均單孔瓦斯抽放量由77m3增加到7893m3，衰減周期由7天左右延長到80-90天，單孔瓦斯預抽出率33%。根據分源預測法計算，回采期間工作面瓦斯涌出量將由壓裂前的30.13m3/min降到16.67m3/min。按照現有通風條件，回風巷中瓦斯濃度將由壓裂前的1.51%下降到0.83%?？梢姡叭洝泵簩拥乃毫言囼炐Ч诛@著。注水壓裂煤層還能充分濕潤煤體，有效治理“三軟”礦區的煤塵災害。煤體的含水量與采面位置有直接關系，離壓裂孔越遠，含水量越低。注水壓裂后的防塵效果也十分明顯。

2.2地面壓裂地面壓裂就是借鑒

地面油氣井壓裂工藝，在地面布置壓裂孔，沿一定方向進行水力壓裂，然后進行井下抽采。該工藝克服了“三軟”低滲煤層單純地面壓裂井增產效果差的缺陷，有效實現了煤礦“先抽后采”、“采煤采氣一體化”，尤其適用于不具備井下壓裂條件的中小煤礦，為復雜井田連片整合及區域瓦斯抽采提供了技術保證。2007年9月26日，河南省煤層氣開發利用有限公司在焦作礦區位村煤礦試驗井田范圍內共布置六個地面鉆孔進行地面水力壓裂。壓裂試驗后，經微地震測試，GW試-002孔裂縫方位呈NE71.5°，東翼縫長為82.4m，西翼縫長為109.5m。截至2008年底，回采工作面已接近地面井壓裂區域，生產礦井在巷道的上下幫沿煤層傾向分別施工抽放鉆孔。從鉆孔瓦斯抽放效果來看，1號、19號和20號鉆孔終孔位置距壓裂縫中心線較近，抽放濃度是72號、166號（終孔位置距壓裂裂縫中心線較遠）的2-3倍以上，平均日抽放瓦斯純量遠大于72號、166號。

3結論

(1)河南省煤炭儲量豐富，但“三軟”煤層結構復雜，變形強烈，實屬低滲難抽煤層。如何綜合利用儲量豐富的“三軟”煤層瓦斯資源，對中原經濟區的社會經濟發展來說是一個重大的機遇和挑戰。

(2)礦井現場壓裂和抽采試驗表明，以“定向注水壓裂”為核心內容的瓦斯抽采技術，能夠明顯改善“三軟”煤層的透氣性，顯著提高瓦斯抽采率，是新形勢下我國煤礦瓦斯抽采技術的新突破，為復雜礦區在煤層氣資源開發中找到商機提供了技術保證。

(3)煤層注水不僅能壓裂煤層，而且能凈化井下工作環境，抑制“三軟”礦區日益嚴重的瓦斯、煤塵爆炸事故，因而也是一項防治礦井地質災害，有效實現礦井安全生產以及促進社會和諧穩定的“綠色”開采技術。

作者：秦禮君賀平胡向志單位：鄭州大學水利與環境學院河南省煤層氣鉆井工程技術研究中心