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李元建 范云霞
（河南省煤炭地质勘察研究院 郑州 450052）
作者简介：李元建，1953年生，男，河北南宫市人，高级工程师，1976年毕业于焦作矿业学院，现从事煤炭地质勘查、煤层气勘探研究工作。
摘要 煤层气（煤矿瓦斯）是煤的拌生矿产，是一种优质能源，它具有洁净、方便和高效等特点。对煤矿瓦斯的抽放与利用不但能够提供更加充足、洁净、高效能源，而且能够消除瓦斯对煤矿安全生产带来的不利影响，通过对崔庙煤矿二1煤瓦斯地质特征和资源量的分析，采用净现值、内部收益率和投资回收期确定瓦斯抽放的经济可行性。
关键词 煤矿瓦斯 抽放与利用 崔庙煤矿
Feasibility Study on Gas Drainage of Coal beds in Cuimiao Coalmine of Xinggong Coalfield
Li Yuanjian，Fan Yunxia
（Henan Institute of Coal Geology and Survey 450052）
Abstract：As a kind of associate gas with coal，CBM（coal gas）is considered as a high quality energy because of its characteristics of cleanness，convenience and and utilization of coal gas can not only provide clean and high-efficient energy，but also eliminate the bad effect of coal gas on safety production of the analyses of geological feature and total resources of CBM in the coal seam of Cuimiao coalmine，the feasibility on the drainage of coal gas was discussed by the methods of NPV，IRR and Investment return term.
Keywords：Coal gas；Drainage and utilization；Cuimao coalmine
煤层气（煤矿瓦斯）是煤的伴生矿产，是一种优质能源，它具有洁净、方便和高效等特点。对煤矿瓦斯的抽放不但能够提供更加充足、洁净、高效能源，而且能够消除瓦斯对煤矿安全生产带来的不利影响，因此，国发办已将煤层气（煤矿瓦斯）抽采和利用列入“十一五”规划，提出煤层气（煤矿瓦斯）开发、抽放和利用方面的16条意见，明确了鼓励瓦斯抽采和利用的配套法规，提出了资金补助支持和税收优惠政策，为瓦斯抽放和利用工作指明了方向。本文以荥巩煤田崔庙煤矿为例，探讨二1煤层瓦斯抽放的可行性。
1 崔庙煤矿地质简况
崔庙煤矿位于荥阳市崔庙镇邵寨村，北距荥阳市16km，东距郑州市36km。东西走向长，南北倾斜宽，面积，南部以二1煤层露头风化带为界，北部以马泉沟断层（落差25m）为界。二叠系山西组二1煤层为区内主要可采煤层，煤层厚度变化较大，煤厚～，平均煤厚，属中～厚煤层，二1煤地质储量2028×104t，可采储量×104t，后备储量13000×104t。采用一对立井上下山开拓方式，经技改后采用两立一斜开拓方式，目前未进行开采，具体开采方案等设计通过后确定。二1煤层顶板普遍为构造破碎带，为泥岩或炭质泥岩，一般厚10m，而且自煤层顶板面往上岩石破碎程度逐渐减弱。水平方向上，在底板标高-100m 水平以上，岩体结构类型属不稳定的散体结构，在-100～-300m水平范围，岩体结构类型属稳定性较差的碎裂岩体结构，在-300m水平附近以深，属于基本稳定的层状岩体结构，直接底板多为泥岩或砂质泥岩，间接底板为中细粒砂岩或粉砂岩，属稳定底板。
2 矿井瓦斯
二1煤层煤体结构以粉煤为主，属于全层构造软煤，煤层原生结构遭到强烈破坏，呈挤压、揉搓构造特征，偶尔夹块煤也是粉煤压固而成，强度极低，指压可碎，破坏类型为Ⅳ。瓦斯含量～，煤层瓦斯压力～3MPa，煤的瓦斯放散初速度（∆P）为11～46，平均，煤的坚固性系数（f）为～，平均，突出危险性综合指标K=118，有煤与瓦斯突出危险。二1煤层相对瓦斯涌出量为。瓦斯含量每百米增加。回采工作面瓦斯涌出量为186×104m3，采空区瓦斯涌出量为34×104m3。该矿曾发生两次煤与瓦斯突出，2002年12月在掘进11031下顺槽揭石门过程中发生一次发生煤与瓦斯突出，突出煤量430 t；2004年9月29日11031在下顺槽掘进过程中发生一次发生煤与瓦斯突出，突出煤量800 t。两次突出标高均在+20m 水平，一般在+50m以浅为煤与瓦斯一般突出，+50m以下则为煤与瓦斯严重突出危险区，突出强度随开采深度增大而增大，矿井二1煤与瓦斯突出频率高，以中、小型突出为主，几乎是有掘必突；突出多发生在顶层掘进煤巷之中，其次是石门揭煤，采煤工作面偶有突出；在断层附近20m范围最容易发生突出。
3 抽放瓦斯必要性
从煤与瓦斯突出现状看抽放瓦斯的必要性
煤矿安全规程对开采煤与瓦斯突出危险的煤层，必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时瓦斯抽放系统，崔庙煤矿开采的二1煤近两年有多次煤与瓦斯突出，符合建立瓦斯抽放系统的必要条件。
从资源利用和环保的角度看抽放瓦斯的必要性
煤层气是赋存在煤层中以甲烷（CH4）为主要成分的非常规天然气，矿井瓦斯实际上就是煤层气和空气的混合气体，热值与常规天然气相当，发热量在8000大卡至9000大卡以上，是通用煤气的2～5倍，燃烧后很少产生污染物，属优质洁净气体能源。清洁发展机制（CDM）是《京都议定书》所规定的缔约方在境外实现部分减排承诺的一种履约机制。其目的是协助未列入缔约方实现可持续发展以及《气候变化框架公约》的最终目标，并协助缔约方遵守《京都议定书》第三条规定的限制和减少排放的定量承诺。CDM的核心是允许发达国家和发展中国家进行基于投资项目的“经证明的减排量（CE R）”的转让与获得。煤层气开发是实施CDM项目的重要领域，煤矿瓦斯的利用将会收到增加清洁能源供应，改善煤矿安全和保护全球环境的多重效益。崔庙煤矿二1煤层的瓦斯储量为×108m3，可抽瓦斯量为×108m3，这说明崔庙煤矿瓦斯资源较为丰富，为瓦斯开发利用提供了较为充足的资源条件。
抽放瓦斯的可行性
由于煤层中原始瓦斯含量并不可能100%地被抽出，目前更多的是采用矿井瓦斯抽放率和相对瓦斯抽放量来衡量钻孔抽放煤层瓦斯的效果。煤层瓦斯抽放效率的大小主要取决于钻孔自然排放和实抽瓦斯量的大小。钻孔抽放煤层瓦斯的难易程度主要取决于两个方面：其一是煤体本身所具备的条件，主要包括煤层原始瓦斯压力和煤体透气性的大小；其二是取决于抽放瓦斯的技术条件，主要包括：钻孔密度、封孔技术和抽放时间。因此，钻孔抽放煤层瓦斯的可行性指标严格而言并不具备统一的标准，而是与矿井的生产状态、抽放设备、工艺水平等方面因素有关，崔庙煤矿二1煤层的煤层透气性系数为8m2/MPa2·d，百米钻孔瓦斯涌出量。属可以抽放类型。
4 煤层瓦斯合理预抽方式
崔庙煤矿瓦斯主要来源于二1煤层，根据预测，回采工作面瓦斯涌出占35%，掘进工作面瓦斯涌出占45%，采空区瓦斯涌出占20%。可以采取本煤层顺层钻孔抽放、底板岩巷穿层钻孔抽放瓦斯技术。
本煤层顺层钻孔抽放
顺层钻孔的钻场位于二1煤层的煤巷内，抽放钻孔沿着二1煤层布置，钻孔之间可互相平行，也可交叉。
底板岩巷穿层钻孔抽放
穿层钻孔的钻场布置在二1煤层底板距二1煤层10～20m左右，选择薄煤层开半煤岩巷作为专用瓦斯巷，在该巷每隔20m 开凿钻场。掘凿半煤岩巷和钻场可以采用宽幅掘采煤体，巷旁多余煤体的被采出空间用断面内岩石回填法处理，这样不仅多采出了煤炭、降低了掘进成本，又实现了无矸石运输的绿色开采。该岩巷可兼探水、疏水、堵水工程的施工巷，可预处理开采期间底板水患，保证生产安全。
5 抽放设备选型
瓦斯抽采泵的选型十分重要，选型的原则是既要满足瓦斯流量的需要，又要满足煤矿安全生产的需要，同时还要考虑经济效益，既不能过大，也不能过小，如果没有特别要求，所需泵的流量可以根据下面公式计算：
中国煤层气勘探开发利用技术进展：2006年煤层气学术研讨会论文集
式中：Q——泵的额定流量，m3/min；∑Q纯——最大纯瓦斯量之和，m3/min；X——泵入口处的瓦斯浓度，可取30%；H——泵的机械效率，取80%；K——综合系数，一般取。
所需泵的压力可以根据下面公式计算：
P=（H总+P孔）×K
式中：P——泵压，Pa；H总——管路总阻力，Pa；P孔——单孔负压（取 13340），Pa；K——备用系数，取。
管材选择
瓦斯抽采管路的选型主要根据流量和管路负压来选取，管径取决于瓦斯流量的大小，管材则取决于管路的负压。抽放管材的选择和管径确定抽放主管选用HW—KF G矿用玻璃钢（有安全许可标志），直径为DN350×9mm，分支管路选择热轧无缝钢管，支管管径为D159×。
抽放管路管径计算
根据抽放管道的范围和所负担的抽放量的大小，管径的选取可根据下列公式计算：
中国煤层气勘探开发利用技术进展：2006年煤层气学术研讨会论文集
式中：D——管道内径，m；Q——管内混合流量，m3/min；V——管内瓦斯流速（取10～15），m/s。
6 经济评价的方法、依据和评价指标
评价方法及指标
采用现金流量分析法作为本次经济评估的基本方法。评价的过程是以每一年度作为基本时间单元，计算出该年总收入及各项支出，用收入减去支出，求出每一年度的纯收入，最后综合计算出评价期限内的净现值、内部收益率和投资回收期，以这三个主要指标来确定瓦斯抽放的经济可行性。
经济效益评价
崔庙煤矿可抽出二1煤层瓦斯资源量×108m3，若将抽出瓦斯的60%加以利用，可利用瓦斯资源量×108m3，可实现销售收入31374万元，崔庙矿服务年限为年，瓦斯抽放生产周期按20年计算，投入开发后内部收益率为，大于基准收益率12%，投资回收期年，小于基准回收期6年，财务净现值为1569万元，从以上分析结果可以看出，在瓦斯气价格元/m3的情况下，投入开发项目在经济上是可行的，并且具有良好的经济效益。
7 结语
崔庙煤矿二1煤瓦斯资源量为×108m3，其中可抽出瓦斯资源量为×108m3，年平均可抽采资源量为×108m3。据该煤矿二1煤瓦斯抽放参数预抽该煤层瓦斯还是可行的，抽放基本条件也是成熟的，瓦斯抽放有利于改善目前矿井安全状况，提高煤炭产量，将抽出的瓦斯作为能源加以利用，可减少矿区环境污染，取得良好的环境效益，以净现值、内部收益率和投资回收期，计算将取得十分显著的社会效益、经济效益。
参考文献
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李伟 陈家祥 吴建国
基金项目:国家科技重大专项项目64(20112×05064)资助。
作者简介:李伟,男,1956年6月出生,2003年6月获硕士研究生学位,籍贯:安徽亳州。淮北矿业(集团)有限责任公司副总经理,正高级工程师,通讯地址:安徽省淮北市孟山路1号,邮编:235006,电子邮箱:
注:大型油气田及煤层气开发专项资助项目2011ZX05064
(淮北矿业(集团)有限责任公司,淮北 235006)
摘要:本文分析了淮北矿区松软、低渗煤层气抽采技术实践特点,提出了以地面井、底板巷穿层钻孔和高位钻孔的综合煤层气抽采模式,并阐述了其技术特点和在实践中的关键做法和取得的效果,指出综合抽采技术是下保护层开采条件下的最有效的煤-气共采技术之一。
关键词:煤层气 综合抽采
The Combined CBM Drainage Technologies in Huaibei Mining Area
LI Wei CHEN Jiaxiang WU Jianguo
(HUAIBEI MINING (GROUP) . 235006 Huaibei, China)
Abstract: The paper analyzes coal -bed methane drainage technology characteristics on the tectonic soft coal, low-permeability in the mining area of Huaibei city,to put forward a combined coal bed methane drainage mode with CBM drainage on ground, by means of crossing hole in roadway and highly -located hole in Mining face, to describe its technical characteristics,the key technology and the result,and to indicate the combined coal bed methane drainage mode is the one of most efficient CBM development technology for simultaneous-extraction of coal and coal-bed methane with pressure relief condition.
Keywords: CBM; combined; drainage
1 引言
淮北矿区是我国重要的能源生产基地,2000m以浅,预测煤炭资源储量376亿吨,估算埋深在2000米以上煤层气资源量为3159亿立方米。但由于经历了复杂的构造演化历程,多期不同方向、不同性质和不同强度构造应力场的转换与叠加,对矿区内煤层气的产生、运移、富集和保存产生了重大影响,形成矿区煤层气赋存多样化得格局。
淮北矿区主要含煤地层为二叠系石盒子组和山西组,以中厚煤层、多煤层群为特征,一般有11个含煤组,煤层8~36层,总厚度7~23m,总可采厚度,煤层气含量达10~25m3/t,煤层气压力达,主要煤层的含气饱和度达98%~100%,CH4占到91%~98%,但构造煤普遍发育,渗透率较低,一般为。
淮北矿区煤层气抽采较早,芦岭煤矿1973年开始瓦斯抽采(习惯上,称井下工程抽采的煤层气为瓦斯),德士古公司于1996年12月至1998年9月8日,在淮北矿区开展地面井压裂抽采煤层气试验,由于渗透率低,远未达到商业开发价值。
从21世纪开始,由于矿区煤炭采场向深部转移,开采强度的大幅度提高,开采层、邻近层和采空区的瓦斯急剧增加,有的采煤工作面瓦斯涌出量高达40~60m3/min,传统较为单一的抽采方式和抽采方法已不能解决煤炭开采过程中的瓦斯威胁,为了实现安全生产和高产高效,淮北矿业集团公司开展了综合煤层气抽采技术与工艺研究,立足于瓦斯综合治理的基础上,进行煤层气开发和利用。
2 淮北矿区煤层气综合抽采技术特点
煤层气综合抽采是指利用地面井、井下煤层气抽采工程共同进行煤层气抽采,可以理解为同一煤层气储层对象,采用了不同技术与工艺进行煤层气抽采。如图1所示,是淮北矿区煤层气综合抽采的一种模式。
图1 煤层气综合抽采模式示意图
从采用的抽采方式来看,有地面井、底板巷穿层钻孔和高位钻孔等;从时间跨度来看,地面井可以在未采区提前7~10年压裂预抽,底板巷穿层钻孔一般提前2~3年预抽,两者也可以当下组煤回采时,抽采上组煤层的泄压煤层瓦斯,高位钻孔一般抽采本煤层回采工作面回采冒落裂隙带中的瓦斯;从采用的技术与工艺来看,有地面井在未采区的压裂煤层气抽采,底板巷穿层钻孔采用松动爆破、水力冲孔、水力扩孔和水力割缝等煤层增透工艺的瓦斯抽采,下组煤开采时,地面井和底板巷穿层钻孔对上组煤的卸压瓦斯抽采,高位钻孔的顶板跨落冒落裂隙带的瓦斯抽采等技术与工艺等。
3 井上、下煤层气综合抽采技术与工艺分析
地面井煤层气抽采
针对淮北矿区构造煤发育,渗透率低的特点,淮北矿业集团公司开展了“一井三用”煤层气抽采技术,即利用同一口井实现煤层开采前的压裂瓦斯抽采,采动区瓦斯抽采(下煤组煤层开采时对抽采上煤组的卸压瓦斯)和煤层开采后的采空区瓦斯抽采,这样,既考虑了煤层气的商业开发利用,也解决了煤矿开采时的瓦斯治理问题。
“一井三用”煤层气抽采各阶段中,采动区瓦斯抽采效果最好,因此,对没有施工压裂井,并且具备上行保护层开采的区域,可单独施工采动区井进行煤层气抽采。
根据淮北矿区的实践,对技术与工艺总结如下。
压裂阶段瓦斯抽采
地面井压裂排采后,将形成压力降低漏斗,其产量有:
Q=f(△P)
式中:Q为瓦斯产量;f函数映射关系与渗透率、储层厚度等赋存条件相关;△P为原始瓦斯压力与井底压力差。
采取的主要技术措施:
一是压裂时伴注液态N2,CO2,提高地层瓦斯压力,间接提高△P值;二是排采时,注意保持低压差(△P)梯度,防止煤粒移动而堵塞瓦斯运移通道。通过上述技术措施,在低渗透率、软煤条件下,取得了较好的效果(图2)。
淮北矿业集团2008年以来,在芦岭Ⅲ1、Ⅲ2采区共施工12口“一井三用”井的压裂阶段试验,各井大部达到800m3左右,也有个别高产井,如LG-6井为最高日产量曾到3000m3以上,稳产1200m3左右。
图2 WLG-1井底压力与产量示意图
采动区卸压瓦斯抽采
一是在地面钻孔布孔上,需要考虑工作面开采顶板岩移的O形圈效应,以提高卸压抽采的效率,二是钻井井筒结构上,要改善以抵抗岩移出现的破坏,防止井筒断裂出现漏水,一旦井筒内充水,地面井将不能抽采瓦斯。针对淮北矿区不同的地质开采条件,淮北矿业集团公司设计了多种井筒结构,达到了良好的效果。
如芦岭煤矿Ⅱ1048工作面采动区井,从10煤层工作面开始回采到工作面回采结束共抽采10个月,累计抽采中煤组8,9煤层卸压瓦斯万m3,其中通过井下底板巷道穿层钻孔抽采万m3,从图3及图4可以看出,抽采浓度比较高,最大日抽采量达到4万m3,取得了很好的效果。
图3 地面钻井日抽采量曲线
图4 地面钻井日抽采瓦斯浓度曲线
采空区阶段瓦斯抽采
在芦岭Ⅱ825工作面进行了试验,试验了地面井采空区瓦斯抽采的工艺流程,但由于工作面井下钻孔预抽后煤层残余瓦斯量很小,工作面风排的瓦斯浓度小于,尽管试验钻井抽采瓦斯比较小,累计为18万m3,但是从原理验证上取得了成功。
底板巷道穿层钻孔
底板巷一般布置在岩性较好、距煤层间距20~30m的底板中,巷道的平面投影距上覆煤层工作面机巷内侧距离20~30m,在底板巷中每隔25m施工一个钻场,在钻场内向上覆煤层施工网格式穿层钻孔,钻孔在见煤点的间距5m左右。
底板穿层钻孔抽采技术参数分析:
一是合理的预抽时间和抽采半径。合理的预抽时间是设计预抽瓦斯工程的一个重要参数,它主要是根据预抽流量的变化规律和对抽放钻场、与有关巷道进行维护的经济合理性,以及生产接替时间的可行性等因素综合分析而确定。
二是合理的抽放负压。抽放负压大小对预抽钻孔流量有一定影响,因为考虑到底板巷穿层抽采孔的封孔工艺,目前大量使用的是黄泥水泥砂浆人工封孔,不利于使用过高的抽放负压。并且考虑到负压高时管道积水排放也比较困难,根据经验,预抽期间的孔口抽放负压以3~6kPa较好,采动卸压抽采期间的抽放负压可以适当地提高一些。
三是可以通过增大钻孔直径,或采用增透措施以提高钻孔的抽放影响范围,进而提高瓦斯抽采效果。如芦岭煤矿采用磨料水射流割缝增能,大幅度提高了煤层瓦斯抽采速度,单孔纯瓦斯抽放量最高达到60L/min,比相邻的非割缝钻孔瓦斯抽放速度提高了4~6倍,随着时间的推移,割缝钻孔与非割缝钻孔瓦斯抽放流量均在衰减,但钻孔割缝后瓦斯抽放流量仍是非割缝的倍左右。
回采工作面高位钻孔
高位钻孔瓦斯抽采实际是通过高位钻孔抽采采空区冒落带和裂隙带积聚的大量高浓度的瓦斯。利用高位钻孔抽采裂隙带内的高浓度瓦斯,即可可控制采煤工作面的采空区高浓度瓦斯向工作面上隅角流动,又能对邻近层瓦斯向采空区移动时进行拦截。
高位钻孔的关键技术,一是合理设计高位钻孔的终孔层位距开采煤层的间距;二是高位钻孔距上风巷的内错平距。两者都与煤层厚度、倾角、顶板岩层岩性组合结构等有关。
煤层气综合抽采技术效果
如图5所示为朱仙庄煤矿Ⅱ1034-1#综合抽采示意图。当下组煤开采时,利用地面井、底板穿层钻孔抽采上组煤的卸压瓦斯,利用高位钻孔抽采下组煤开采工作面冒落裂隙带的高浓瓦斯。
图5 综合抽采效果示意图
从抽采量来看,三种抽采技术方法均达到较好的效果,地面井日抽采量5000~30000m3之间,底板穿层钻孔日抽采量5000~15000m3之间,高位钻孔日抽采量5000左右;从抽采量趋势来看,单口地面井随着工作面的推进,抽采量由高逐渐降低。底板穿层钻孔抽采量与地面孔有互补性,当地面孔抽采量降低,底板穿层钻孔抽采量则增高,而高位钻孔抽采量比较平稳。
4 结论
煤层气综合抽采技术是伴随着煤矿瓦斯需求而逐渐发展和完善,特别对软煤、低渗透率储层的煤层气抽采有较好的效果,成为采煤-采气一体化最有效的技术手段之一,具有借鉴和推广作用和意义。
但也看到,比如采动区抽采地面井的井壁结构,穿层钻孔的封孔还需要从技术与工艺上进一步改进,以及降低工程成本,以利于大范围应用。
参考文献
程远半,俞启备.2007.中国煤矿区域性瓦斯治理技术的发展[J].采矿与安全工程学报.24(4):383~390
姜波,秦勇,范柄恒等.2001.淮北地区煤储层物性及煤层气勘探前景[J].中国矿业大学学报.30(5):433~437
王凤林
( 中联煤层气国家工程研究中心有限责任公司，北京 100095)
摘 要: 我国高瓦斯矿井居多，目前井下瓦斯抽采难以满足煤炭企业快速发展的需要，本文在系统研究国内外煤矿区煤层气开发技术现状的基础上，结合我国煤矿煤层气储存及涌出特征，运用现代油气田开发以及煤矿煤层气开发的最新理论与研究成果，在采气采煤联合开发模式的基础上，提出在煤矿废弃矿井/永久采空区采用地面直井地面垂直井钻井技术进行地面间歇式负压抽采采，在煤矿采动影响区采用定向长水平钻井技术进行负压抽采煤层裂隙带，实现一井两用，提高煤层气开发效果，同时降低开采成本; 在煤矿开采规划区利用远端对接 U 型井，实现规划阶段未采区煤层抽采、采动阶段二次完井裂隙带抽采、在采空区阶段进行间歇式抽采，实现一井三用，提高煤层气开发效果。该项技术的研究即提高煤层气的开发效果，又有效降低煤矿区的瓦斯突出和爆炸的危险，极大提高了煤炭生产的安全性。
关键词: 煤矿区 煤层气 间歇式抽采 采动区 裂隙带
基金项目: 国家重点基础研究计划 ( 973 计划) ( 2009CB219606) “煤层气开发井间干扰机理与开发方式优选”
作者简介: 王凤林，男，1977 年 9 月生，主要研究方向地球信息科学和煤层气勘探开发; E mail: wangfl@nccbm. com. cn; Tel:
Coal Mining Area Coal Seam Gas Development Technology on the Ground
WANG Fenglin
( China United Coalbed Methane National Engineering Research Center Corporation Limited， Beijing，100095)
Abstract: China's high gas coal mine，and at present，underground drainage to meet the needs of the rapid development of the coal enterprises. For this purpose，this article studies the system of CBM development technolo- gy on the basis of the domestic and foreign current situation，with China's Coal Seam Gas Storage and emission characteristics and application of modern oil and gas field development and the latest theories and research of coal bedgas development，abandons the mine pit / permanent worked out section in the coal mine to use ground vertical shaft technology to carry on the ground intermittence type negative pressure to pull out picks，picks in the coal mine moves the influence area to use the directional long horizontal well drilling technology to carry on the negative pressure to pull out the mining coal lamination crack belt，realizes a well dual purpose，enhances the CBM development effect，simultaneously reduces the production cost; Docks the U well in the coal mining plan- ning area using the far end，realizes the plan stage to pull out the mining coal level，to pick moves the stage two well completions to pull out picks the crevasse belt，to carry on the intermittent type in the worked out section stage to pull out picks，realizes a well three to use，to enhance the CBM development effect. This technology’ s research namely enhances the development effect which the coal bed was mad，also reduces the coal mine area the gas to be prominent effectively and the detonation danger，enhanced the coal production security enormously.
Keywords: Coal mining area; CBM; the intermittent type pulls out picks; Mining subsidence area ; cre- vasse belt
1 概述
我国煤矿区煤层气资源丰富，也是研究治理煤层气较早的国家，目前除淮南、铁法等矿区采用地面抽采配合井下抽放的技术外，其他矿区主要采用的还是井下抽放技术。井下抽放技术存在的主要问题是:采用被动式抽放，预抽量和预抽时间严格受煤炭产量控制;气体最终采收率低，“边采边抽”模式造成瓦斯安全事故频发;气产品质量低，一般甲烷浓度在30%～50%;气资源浪费大，我国每年因采煤释放到大气甲烷超过150亿m3，其中通过抽放能被利用的量极为有限;对环境破坏大，是重要的温室气体。
为此加大煤矿区煤层气地面开发技术的研究成为当前科技工作者研究的重要课题，本文在系统研究国内外煤矿区煤层气开发技术现状的基础上，提出针对煤矿区不同开采阶段的煤层气开发技术。
2 国内外煤矿区地面煤层气开发技术现状
美国煤矿区地面煤层气开发技术现状
美国煤矿区通过采煤前预抽煤层气和采空区燃烧煤层气。针对不同地质条件下煤层渗透性、力学性质、井壁稳定性，形成了一套煤层气采前抽开发技术系列，主要包括:压裂开采、裸眼洞穴完井开采、羽状多分支水平井开发等;出于环保、卫生和安全原因的考虑，美国形成了控制下的采空区煤层气安全燃烧技术。
澳大利亚煤矿区地面煤层气开发技术现状
为了减缓温室气体的排放、增加清洁能源，煤层气的抽采和利用得到澳大利亚采矿公司和能源生产商的重视，双方共同制定煤炭和煤层气矿权重叠的解决方案。不同阶段井位部署方案:(1)短期煤层气井部署:煤层内抽排系统连通地表煤层气抽排管路;为便于煤炭更好的开采采用地表水平定向井;(2)中期煤层气井部署:为便于煤炭更好的开采采用地表水平定向井;(3)长期煤层气井部署:为实现煤层气商业化生产设计地表水平定向井。
煤层气地面开发井的设计采用了地质导向井的施工方法，首先在预抽工作面的合适位置施工一口垂直井，并将煤层孔段扩大到～，然后下入筛管，筛管和扩大了的井壁之间填入砾料。这种垂直井的井身结构如图1所示。垂直井施工结束后，沿工作面方向向这口垂直井打中曲率半径(曲率半径200m左右)的定向井，进入煤层后沿煤层钻进，快接近垂直井时在垂直井的煤层孔段放入电磁信号源，装在水平孔定向钻具前端的导向系统接收其信号，测量水平孔的钻孔轨迹，并测出水平孔的钻孔轨迹和垂直井扩大段的相对位置和距离，指导水平孔的定向钻进，确保水平孔在煤层扩大段和垂直井对接，其过程如图2所示。
图1 垂直井井身结构示意图
图2 水平井和垂直孔贯通示意图
淮南煤矿区地面煤层气开发技术现状
淮南矿区是我国大型煤炭基地之一，也是全国煤矿瓦斯涌出量和抽放量高、瓦斯抽放利用最好的矿区之一。开采卸压层时，采用地面钻井抽采采动区卸压瓦斯。钻井一般布置在工作面的中部，钻井间距300m左右，单井流量5～18m3/min，浓度50%～95%，单井抽放纯瓦斯可达200万m3以上。采用地面钻井抽采采空区瓦斯时，钻井一般布置在距工作面回风巷30～50m左右，钻井间距120m左右，单井流量3～8m3/min，浓度30%～80%，单井抽放纯瓦斯可达100万m3以上［1］。
晋城煤矿区地面煤层气开发技术
晋城煤矿区采气采煤一体化开发技术路线:通过实施地面钻井、井下顺煤层长钻孔预抽、边采(掘)边抽、采空区抽放相结合的单一中厚煤层瓦斯综合治理模式，布置地面抽采钻井，从钻井密度上讲:一要考虑单井的抽采效果;二要考虑允许抽采的时间;三要考虑使煤层瓦斯均匀地降低，不留下局部瓦斯含量仍大、压力仍高，有突出危险的隐患［2］。
3 煤矿区地面煤层气开发技术
随着开采深度和集约化生产程度的迅速提高，地质条件越来越复杂，井下抽采难以满足煤炭企业快速发展的需要，煤矿区煤层气开发已成为制约矿井安全高效生产的关键因素。从时间上，煤炭企业的开发分为废弃矿井、永久采空区、采动区、规划区四个阶段［3］。根据不同阶段煤层气的富集规律，运用现代油气田开发技术，设计了相应的煤矿区煤层气开发技术。
废弃矿井/永久采空区煤层气开发技术
在废弃矿井和永久采空区内，煤层卸压更为充分，开采层内剩余煤和邻近煤层解析的煤层气涌入。该区域内的煤层气主要是游离气和吸附气。游离气主要分布于采空区范围内，向上向下随着裂缝的减少，游离气含量减少。根据负压抽放原理，使吸附气从煤层内解析，成为游离状态，并和原来的游离气一起沿可能的通道向外扩散运移。
根据该区域煤层气富集特点，采用地面垂直钻井，利用水环真空泵进行间歇式负压抽采，如图3所示。钻井采用二开(一开:钻头Φ，套管Φ;二开:钻头Φ，套管Φ)，完钻层位煤层上2～5米。排采设备采用水环真空泵。排采中注意:①控制抽采负压，保证抽采质量;②定期检查，采样对气体进行分析测定，防止自燃发火。
图3 采空区直井负压抽采
采动区煤层气开发技术
受煤炭开采活动的影响，从纵向上看，在开采层的上部依次出现冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。冒落带与采空区漏风带相连，不易进行煤层气抽采。裂隙带位于冒落带上方，是抽采上邻近层煤层气的最佳地带。弯曲下沉带位于裂隙带上方，一般可达地表，由于距开采层较远，仅在靠近裂隙带的弯曲变形带还能有较好的抽采效果。在平面上考虑通风负压的作用，采动区的煤层气主要集中在靠回风巷一侧。
根据采动区煤层气富集规律，在该区域设置单主支的水平井，平面布置如图4所示，在回风巷1/3～1/2工作面宽度处。采用三开完井(一开:钻头Φ，套管Φ;二开:钻头Φ，套管Φ;三开:钻头Φ，筛管Φ)，完钻在煤层顶板上的靠近冒落带的裂隙带内，具体根据矿井实际数据应用三带计算公式确定。该区域钻井注意在工作面初次来压之前施工，以确保井身结构稳定;排采注意对通风的影响，以及顶板水进入井筒形成水幔抑制抽采效果。总之，在该区域施工地面钻井要做好风险分析和经济效益分析。
图4 采动区水平井
在回采工作面采煤完成后，形成永久采空区，该井可以继续对采空区进行间歇式抽采，实现一井两用。
规划区煤层气开发技术
根据煤层气水平井的寿命8年，在煤矿的8年规划区外，双方生产没有交叉，采用常规的煤层气井钻井、排采技术为配合煤炭企业将高瓦斯矿井降为低瓦斯矿井，减少瓦斯灾难。在8年煤炭开采规划区内施工U型井，采用远程对接，如图5所示。
该U型井采用三开完井(一开:钻头Φ，套管Φ;二开:钻头Φ，套管Φ;三开:钻头Φ，筛管Φ)。为避免套管对煤层开采的影响，直井段煤层段下入玻璃钢管。当回采面距生产井200m时，提前在套管内下木塞，木塞高度为(冒落带+三分之一裂隙带)，在木塞之上进行射孔。当回采面距生产井200m之前，采用排水降压的方式;当回采面距生产井200m之前，采用负压排采的方式;当回采面变为永久采空区时，采用间歇式负压排采，最终实现一井多用，延长煤矿区地面井的排采周期。
图5 规划区煤层气开发技术
4 结论
根据我国煤矿区煤层气开发利用现状、储存及涌出特征，运用现代油气田开发以及煤矿煤层气开发的最新理论与研究成果，提出煤矿废弃矿井/永久采空区、采动区和规划区不同阶段的煤层气开发技术，即:①利用煤炭开采卸压，进行采空区地面直井钻井，筛管完井，采用间歇式负压抽采;②在采动区，利用采掘工作的超前压力，开采卸压，在顶板回风巷侧运用地面单支水平井进行负压抽采;③在8年规划区内，使用两主支的远程对接U型井，回采面距生产井200m之前，采用排水降压的方式;当回采面距生产井200m之前，采用负压排采的方式;当回采面变为永久采空区时，采用间歇式负压排采。只要煤炭和煤层气两个产业坚持总体规划，先采气、后采煤，煤层气的开采兼顾后续煤炭的开采的原则，就能从根本上杜绝煤矿安全事故，最大限度利用资源、保护环境，可以收到良好的安全效应、资源效应、环境效应和社会效应。
参考文献
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关于“以风定产”的探讨论文
【摘要】“先抽后采、监测监控、以风定产” 是对防止瓦斯事故有重要意义的十二字方针。本论文对以风定产的定义及其在瓦斯治理方面的作用进行了阐述。
【关键词】以风定产；瓦斯治理
以风定产
“先抽后采、监测监控、以风定产”十二字方针，是国家安全监察局于2002年在瓦斯治理现场会上提出的，对指导煤矿安全生产，特别是防止瓦斯事故有重要意义。其中“先抽后采、监测监控、以风定产”它们是紧密相连、相辅相成的整体，而且“以风定产”是基础。
一、以风定产在瓦斯治理方面的阐述
1、以风定产是瓦斯治理关键环节的准确把握
以风定产就是保证井下供风点风量和风速能够将瓦斯稀释到规定浓度，满足生产要求。以风定产是防治瓦斯最基本的手段，是防止瓦斯积聚的先决条件，坚持以风定产必然从根本上杜绝无风和微风作业，杜绝瓦斯事故发生。
2、坚持以风定产是煤矿瓦斯事故血的教训
瓦斯事故是煤矿井下生产过程中威胁最大、破坏力最强、危害最严重、政治影响最恶劣的事故。分析近年来发生的瓦斯爆炸事故，尽管有这样那样的原因，但共性都是由于没有抓住以风定产这一重要环节而造成的，究其原因有以下三方面原因：
（1）没有将以风定产落实在瓦斯治理全过程。表现在通风系统缺乏稳定性，该构筑密闭的地方不构筑密闭，该使用风桥的地方不建风桥，该分区通风的做不到分区通风，该核定通风能力的不核定。这样就造成事故地点风量不足，风流无法控制，风量无法保证，而生产照常进行，导致瓦斯爆炸事故发生。
（2）脱离以风定产，以瓦斯监测、检查来代替通风管理。瓦斯监测反映的只是井下某点的瓦斯情况，不能反映全系统情况。而瓦斯检查在时间上无法实现连续性，在空间上不能实现全方位，还受到瓦检员责任心、技术水平和管理制度落实等诸多主观因素的影响。同时瓦斯在井下积聚还受井下巷道自然条件和瓦斯分布不均匀等因素影响。有些高冒顶区、无风区等地点的瓦斯浓度，人员无法检查到。显然以瓦斯检查来杜绝瓦斯事故是不可靠的`，也是不现实的。
（3）对以风定产的内涵认识不够。主要表现在一些煤矿管理者对以风定产缺乏科学全面的认识，错误地认为以风定产就是有多少风量限定多少产量，而不知道以风定产包含了矿井通风管理的全部内容。导致有的煤矿井下局部通风机随意停开、一台局部通风机多头送风、风筒管理差。对通风设施维护不重视，对工作面超通风能力生产不闻不问等。
二、以风定产的要点
（1）“已风定产”方针的提出和实施，主要处于安全生产严峻形势需要，是以人为本、关爱生命的要求。
（2）《煤矿安全规程》规定矿井每年安排采掘作业计划时必须核定矿井生产和通风能力，必须按实际供风量核定矿井产量。在矿井总进风量比小于100%时，必须降低矿井产量或进行通风系统的改造与调整，在矿井通风能力核定后允许的范围内组织生产，严禁超通风能力生产。
（3）采区、采煤工作面必须实行独立通风。在安排采区、采煤工作面的生产时，必须按规定进行风量计算，并按实际供风量确定采区、采煤工作面的产量。严禁在采区，采煤工作面风量不足的情况下安排生产。
（4）新水平新采区投产之前，必须进行通风系统调整，必须按规定进行风量计算，并按实际风量安排生产，在通风系统不合理，不稳定或风量不足的情况下，严禁开采。
（5）井下出现风速超限、瓦斯积聚、不合理串联风时，等同超通风能力生产。超通风能力的矿井、采区、工作面，必须立即减少产量，重新调整生产布局及通风系统，把产量降到核定通风能力范围内。
【参考文献】
[2]张国枢.痛风安全学[M].徐州：中国矿业大学出版，2011.
1、环境保护，人人有责。 2、保护环境是一项必须长期坚持的基本国策。 3、实施科教兴国与可持续发展战略。 4、1998年6月5日世界环境日主题是："为了地球上的生命-拯救我们的海洋"。 5、保护蓝天碧水。 6、建设美丽的边疆，爱护我们的家园。 7、加强环境宣传教育，提高全民环境意识。 8、保护环境是每一位公民应尽的责任。 9、环境保护从我身边做起。 10、保护环境，造福人民。 11、保护环境就是保护我们自己。 12、破坏环境，就是破坏我们赖以生存的家园。 13、土壤不能再生，防止土壤污染和沙化，减少水土流失。 14、环境与人类共存，资源开发与环境保护协调。 15、保护水环境，节约水资源。 16、保护戈壁植被，防止沙尘污染，保护大气环境。 17、环保不分民族，生态没有国界 不要旁观，请加入行动者的行列 今天节约一滴水，留给后人一滴血。 18、没有地球的健康就没有人类的健康 与自然重建和谐，与地球重修旧好 垃圾混置是垃圾，垃圾分类是资源。 19、用行动护卫家园，用热血浇灌地球。 20、把消费限制在生态圈可以承受的范围内 破坏环境，祸及千古,保护环境，功盖千秋。 21、垃圾回收，保护地球,举手之劳，参与环保。 22、拣回垃圾分类老传统，倡导绿色文明新时尚。 23、人类若不能与其他物种共存，便不能与这个星球共存。 24、人类只有一个可生息的村庄——地球,保护环境是每个地球村民的责任。
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 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 reduce 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·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·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·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（D1孔）～（207孔），甲烷成分～（D33孔），甲烷含量～，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，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，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，最低点在西北部七里铺背斜南翼倾伏端，为（长4孔）。平均每千米下降，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，而垂直煤层的渗透率仅有。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～，一般为左右；北部4煤层底板泥岩最薄，一般厚，中部孟村向斜4煤层底板泥岩比较厚，最大厚度，一般在5m左右，南部的大佛寺向斜区4煤层底板泥岩最厚，一般厚度在左右。4煤层顶板泥岩亦表现为东、西部薄，一般在左右，中部较厚，一般在3～5m之间，最厚为。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＞，daf，当泥岩厚度＜4m 时，其甲烷含量＜，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～，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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李 伟 陈家祥 吴建国
( 淮北矿业 ( 集团) 有限责任公司，淮北 235006)
摘 要: 本文分析了淮北矿区松软、低渗煤层气抽采技术实践特点，提出了以地面井、底板巷穿层钻孔和高位钻孔的综合煤层气抽采模式，并阐述了其技术特点和在实践中的关键做法和取得的效果，指出综合抽采技术是下保护层开采条件下的最有效的煤 气共采技术之一。
关键词: 煤层气 综合抽采
The Combined CBM Drainage Technologies in Huaibei Mining Area
LI Wei CHEN Jiaxiang WU Jianguo
( HUAIBEI MINING ( GROUP) Co. Ltd. 235006 Huaibei，China)
Abstract: The paper analyzes coal bed methane drainage technology characteristics on the tectonic soft coal，low permeability in the mining area of Huaibei city，to put forward a combined coal bed methane drainage mode with CBM drainage on ground，by means of crossing hole in roadway and highly located hole in Mining face，to describe its technical characteristics，the key technology and the result，and to indicate the combined coal bed methane drainage mode is the one of most efficient CBM development technology for simultaneous extraction of coal and coal bed methane with pressure relief condition.
Keywords: CBM; combined; drainage
基金项目: 国家科技重大专项项目 64 ( 20112 ×05064) 资助。
作者简介: 李伟，男，1956 年6 月出生，2003 年6 月获硕士研究生学位，籍贯: 安徽亳州。淮北矿业 ( 集团)有限责任公司副总经理，正高级工程师，通讯地址: 安徽省淮北市孟山路 1 号，邮编: 235006，电子邮箱: lw@hbcoal. com
注: 大型油气田及煤层气开发专项资助项目 2011ZX05064
1 引言
淮北矿区是我国重要的能源生产基地，2000m 以浅，预测煤炭资源储量 376 亿吨，估算埋深在 2000 米以上煤层气资源量为 3159 亿立方米。但由于经历了复杂的构造演化历程，多期不同方向、不同性质和不同强度构造应力场的转换与叠加，对矿区内煤层气的产生、运移、富集和保存产生了重大影响，形成矿区煤层气赋存多样化得格局。
淮北矿区主要含煤地层为二叠系石盒子组和山西组，以中厚煤层、多煤层群为特征，一般有11个含煤组，煤层8～36层，总厚度7～23m，总可采厚度～，煤层气含量达10～25m3/t，煤层气压力达～，主要煤层的含气饱和度达98%～100%，CH4占到91%～98%，但构造煤普遍发育，渗透率较低，一般为～。
淮北矿区煤层气抽采较早，芦岭煤矿1973年开始瓦斯抽采(习惯上，称井下工程抽采的煤层气为瓦斯)，德士古公司于1996年12月至1998年9月8日，在淮北矿区开展地面井压裂抽采煤层气试验，由于渗透率低，远未达到商业开发价值。
从21世纪开始，由于矿区煤炭采场向深部转移，开采强度的大幅度提高，开采层、邻近层和采空区的瓦斯急剧增加，有的采煤工作面瓦斯涌出量高达40～60m3/min，传统较为单一的抽采方式和抽采方法已不能解决煤炭开采过程中的瓦斯威胁，为了实现安全生产和高产高效，淮北矿业集团公司开展了综合煤层气抽采技术与工艺研究，立足于瓦斯综合治理的基础上，进行煤层气开发和利用。
2 淮北矿区煤层气综合抽采技术特点
煤层气综合抽采是指利用地面井、井下煤层气抽采工程共同进行煤层气抽采，可以理解为同一煤层气储层对象，采用了不同技术与工艺进行煤层气抽采。如图1所示，是淮北矿区煤层气综合抽采的一种模式。
图1 煤层气综合抽采模式示意图
从采用的抽采方式来看，有地面井、底板巷穿层钻孔和高位钻孔等;从时间跨度来看，地面井可以在未采区提前7～10年压裂预抽，底板巷穿层钻孔一般提前2～3年预抽，两者也可以当下组煤回采时，抽采上组煤层的泄压煤层瓦斯，高位钻孔一般抽采本煤层回采工作面回采冒落裂隙带中的瓦斯;从采用的技术与工艺来看，有地面井在未采区的压裂煤层气抽采，底板巷穿层钻孔采用松动爆破、水力冲孔、水力扩孔和水力割缝等煤层增透工艺的瓦斯抽采，下组煤开采时，地面井和底板巷穿层钻孔对上组煤的卸压瓦斯抽采，高位钻孔的顶板跨落冒落裂隙带的瓦斯抽采等技术与工艺等。
3 井上、下煤层气综合抽采技术与工艺分析
地面井煤层气抽采
针对淮北矿区构造煤发育，渗透率低的特点，淮北矿业集团公司开展了“一井三用”煤层气抽采技术，即利用同一口井实现煤层开采前的压裂瓦斯抽采，采动区瓦斯抽采(下煤组煤层开采时对抽采上煤组的卸压瓦斯)和煤层开采后的采空区瓦斯抽采，这样，既考虑了煤层气的商业开发利用，也解决了煤矿开采时的瓦斯治理问题。
“一井三用”煤层气抽采各阶段中，采动区瓦斯抽采效果最好，因此，对没有施工压裂井，并且具备上行保护层开采的区域，可单独施工采动区井进行煤层气抽采。
根据淮北矿区的实践，对技术与工艺总结如下。
压裂阶段瓦斯抽采
地面井压裂排采后，将形成压力降低漏斗，其产量有:
中国煤层气技术进展: 2011 年煤层气学术研讨会论文集
式中:Q为瓦斯产量;f函数映射关系与渗透率、储层厚度等赋存条件相关;ΔP为原始瓦斯压力与井底压力差。
采取的主要技术措施:
一是压裂时伴注液态N2，CO2，提高地层瓦斯压力，间接提高ΔP值;二是排采时，注意保持低压差(ΔP)梯度，防止煤粒移动而堵塞瓦斯运移通道。通过上述技术措施，在低渗透率、软煤条件下，取得了较好的效果(图2)。
淮北矿业集团2008年以来，在芦岭Ⅲ1、Ⅲ2采区共施工12口“一井三用”井的压裂阶段试验，各井大部达到800m3左右，也有个别高产井，如LG6井为最高日产量曾到3000m3以上，稳产1200m3左右。
图2 WLG1井底压力与产量示意图
采动区卸压瓦斯抽采
一是在地面钻孔布孔上，需要考虑工作面开采顶板岩移的O形圈效应，以提高卸压抽采的效率，二是钻井井筒结构上，要改善以抵抗岩移出现的破坏，防止井筒断裂出现漏水，一旦井筒内充水，地面井将不能抽采瓦斯。针对淮北矿区不同的地质开采条件，淮北矿业集团公司设计了多种井筒结构，达到了良好的效果。
如芦岭煤矿Ⅱ1048工作面采动区井，从10煤层工作面开始回采到工作面回采结束共抽采10个月，累计抽采中煤组8，9煤层卸压瓦斯万m3，其中通过井下底板巷道穿层钻孔抽采万m3，从图3及图4可以看出，抽采浓度比较高，最大日抽采量达到4万m3，取得了很好的效果。
图3 地面钻井日抽采量曲线
图4 地面钻井日抽采瓦斯浓度曲线
采空区阶段瓦斯抽采
在芦岭Ⅱ825工作面进行了试验，试验了地面井采空区瓦斯抽采的工艺流程，但由于工作面井下钻孔预抽后煤层残余瓦斯量很小，工作面风排的瓦斯浓度小于，尽管试验钻井抽采瓦斯比较小，累计为18万m3，但是从原理验证上取得了成功。
底板巷道穿层钻孔
底板巷一般布置在岩性较好、距煤层间距20～30m的底板中，巷道的平面投影距上覆煤层工作面机巷内侧距离20～30m，在底板巷中每隔25m施工一个钻场，在钻场内向上覆煤层施工网格式穿层钻孔，钻孔在见煤点的间距5m左右。
底板穿层钻孔抽采技术参数分析:
一是合理的预抽时间和抽采半径。合理的预抽时间是设计预抽瓦斯工程的一个重要参数，它主要是根据预抽流量的变化规律和对抽放钻场、与有关巷道进行维护的经济合理性，以及生产接替时间的可行性等因素综合分析而确定。
二是合理的抽放负压。抽放负压大小对预抽钻孔流量有一定影响，因为考虑到底板巷穿层抽采孔的封孔工艺，目前大量使用的是黄泥水泥砂浆人工封孔，不利于使用过高的抽放负压。并且考虑到负压高时管道积水排放也比较困难，根据经验，预抽期间的孔口抽放负压以3～6kPa较好，采动卸压抽采期间的抽放负压可以适当地提高一些。
三是可以通过增大钻孔直径，或采用增透措施以提高钻孔的抽放影响范围，进而提高瓦斯抽采效果。如芦岭煤矿采用磨料水射流割缝增能，大幅度提高了煤层瓦斯抽采速度，单孔纯瓦斯抽放量最高达到60L/min，比相邻的非割缝钻孔瓦斯抽放速度提高了4～6倍，随着时间的推移，割缝钻孔与非割缝钻孔瓦斯抽放流量均在衰减，但钻孔割缝后瓦斯抽放流量仍是非割缝的倍左右。
回采工作面高位钻孔
高位钻孔瓦斯抽采实际是通过高位钻孔抽采采空区冒落带和裂隙带积聚的大量高浓度的瓦斯。利用高位钻孔抽采裂隙带内的高浓度瓦斯，即可可控制采煤工作面的采空区高浓度瓦斯向工作面上隅角流动，又能对邻近层瓦斯向采空区移动时进行拦截。
高位钻孔的关键技术，一是合理设计高位钻孔的终孔层位距开采煤层的间距;二是高位钻孔距上风巷的内错平距。两者都与煤层厚度、倾角、顶板岩层岩性组合结构等有关。
煤层气综合抽采技术效果
如图5所示为朱仙庄煤矿Ⅱ10341#综合抽采示意图。当下组煤开采时，利用地面井、底板穿层钻孔抽采上组煤的卸压瓦斯，利用高位钻孔抽采下组煤开采工作面冒落裂隙带的高浓瓦斯。
图5 综合抽采效果示意图
从抽采量来看，三种抽采技术方法均达到较好的效果，地面井日抽采量5000～30000m3之间，底板穿层钻孔日抽采量5000～15000m3之间，高位钻孔日抽采量5000左右;从抽采量趋势来看，单口地面井随着工作面的推进，抽采量由高逐渐降低。底板穿层钻孔抽采量与地面孔有互补性，当地面孔抽采量降低，底板穿层钻孔抽采量则增高，而高位钻孔抽采量比较平稳。
4 结论
煤层气综合抽采技术是伴随着煤矿瓦斯需求而逐渐发展和完善，特别对软煤、低渗透率储层的煤层气抽采有较好的效果，成为采煤采气一体化最有效的技术手段之一，具有借鉴和推广作用和意义。
但也看到，比如采动区抽采地面井的井壁结构，穿层钻孔的封孔还需要从技术与工艺上进一步改进，以及降低工程成本，以利于大范围应用。
参考文献
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姜波，秦勇，范柄恒等.2001.淮北地区煤储层物性及煤层气勘探前景［J］.中国矿业大学学报.30(5):433～437
瓦斯治理技术和瓦斯抽放研究的意义？这个你可以先简要概括一下选择瓦斯抽放的必要性：在瓦斯涌出量、煤层瓦斯含量较大的工作面，使用通风排放瓦斯无法满足正常的生产需要，容易造成瓦斯超限事故，给引发瓦斯爆炸等恶性爆炸事故的发生埋下隐患。因此，需要采取瓦斯抽放的方法，通过对本煤层预抽、上隅角埋管抽放、高位钻场抽放、挂耳抽放等抽放方法来降低煤层瓦斯含量及煤层残存瓦斯含量，从而降低瓦斯涌出量，在通风情况不变的情况下，有效降低工作面的瓦斯浓度，保证矿井安全生产工作的正常进行。
我不是煤矿行业的我不是环保专业的我只是想关注环保我不是为了悬赏分我对环保说几句话随着我国经济的发展，有效利用能源、减少环境污染、降低安全生产事故频次，防止突发环境事件，确保生命安全的重要性日益凸显。制定并执行环保政策和措施，致在保护环境的同时改善人民的生活质量，已经成为我国民生工程的关注点。中国化工业价值链的发展，在整个国民经济中具有显赫的地位，但是，环境污染问题，在化工领域尤其是中小化工企业存在的问题，是不可懈怠和轻视的；改善化工安全生产和化学品安全管理体系，增强企业安全防患意识，提升环保部门的环境管理水平，从而更好地采取治理和应对突发环境事故，是当前急不可待的任务。我们能够借鉴国际最佳实践和企业成功经验，从而进一步推动中国的可持续发展。提升地方政府和企业的环保意识和能力，是中国可持续发展战略的重要组成部分，在各地区区域性经济发展中，已经注意到了本位主义和牺牲环境为代价所带来的最终恶果，国家环保总局（现环保部）、国家安全生产监督管理总局开展的清洁生产运动、危险化学品安全管理示范项目，以促进中小型企业的认知和意识，足有收效。安全地生产、清洁地生产，企业的获益包括：提高安全生产、环保能力，降低事故、员工受伤和突发环境事件的发生，以及改善与加强当地社区、工业、价值链、买方市场的综合效益，相关经验将作为成功案例，为中国企业的环保工作，提供宝贵经验。改善人民的生活质量，而不危及后代人的利益，政府，地方政府和业界应制定和实施更加严厉的安全生产、清洁生产、高效利用自然资源等法规和政策，以减少对中国本土、人类环境的污染。国家的环境保护问题，包括环境污染的防治与控制、自然生态保护、核安全监管、环境安全保护等，政策应当先行。执行环境保护的法律法规，也应当充分利用经济杠杆策略，过去比较注重经济份额的考量，应迅速转为对国家法规和政策执行力的考核，以实现真正意义上的促进人与自然的和谐过程。
周围环境与我们的生活有着十分密切的关系，就像是鱼和水一样，谁也离不开谁。 近年来，随着地区经济的迅猛发展，环境污染问题也越来越严重，防止环境污染，保护环境，维持生态平衡，已成为社会发展的一项重要举措，也是每个公民应尽的义务。 而许多环境污染问题也是我们人类自己惹出来的祸。以下是我从网上找来的关于人类破坏生态环境的资料。 下面是地球上现存的几个危机： 1.层被破坏。臭氧层占平流层总量的十万分之一，虽然含量极低，却能吸收紫外线的功能，但是由于人类破坏，臭氧层迅速耗减，被极度破坏。如南极的臭氧层空洞。1994年，南极上空的臭氧层被破坏的面积达2400万平方公里。南极上空的臭氧层是在20亿年里形成的，可是在上个世纪里就被破坏了60%。欧洲和北美洲上空的臭氧层平均减少了10%——15%，西伯利亚上空甚至减少了35%，因此科学家警告说地球上空臭氧层被破坏的程度远比一般人想象的要严重得多。 2.水资源危机。地球地面虽然2/3为水覆盖，但是97%为无法饮用的海水，只有不到3%为淡水，但其中2%封存于极地冰川之中。在仅有的1%淡水中，25%为工业用水，70%为农业用水，只有5%可供饮用和其它生活用途。目前世界上100多个国家和地区缺水，其中28个国家被列为严重缺水的国家和地区。据统计我国北方缺水区总面积达58万平方公里，我国500多个城市中有300多座城市缺水，每年缺水量达58亿立方米。由于人类的破坏使得地球水资源有限，不少大河如美国的科罗拉多河，中国的黄河都已雄风不再，昔日“奔流到海不复回”的壮丽景象已成为历史的记忆了。 3.地荒漠化。当前世界荒漠化现象仍在加剧。全球现有12亿多人受到荒漠化的直接威胁，其中有1。35亿人在短期内有失去土地的危险。到1996年为止，全球荒漠化的土地已达到3600万平方公里，占到整个地球陆地面积的1/4，相当于俄罗斯、加拿大、中国和美国国土面积的总和，全球爱荒漠化影响的国家有100多个，荒漠化以每年5——7万平方公里的速度扩大，相当于爱尔兰的面积。对于受荒漠化威胁的人们来说，荒漠化意味着他们将失去最基本的生存基础——有生产能力的土地的消失。 地球的人们，请你们觉醒吧！让我们一起来保护这个地球，否则地球就会灭绝，我们人类也就不复存在了。
1、环境保护，人人有责。 2、保护环境是一项必须长期坚持的基本国策。 3、实施科教兴国与可持续发展战略。 4、1998年6月5日世界环境日主题是："为了地球上的生命-拯救我们的海洋"。 5、保护蓝天碧水。 6、建设美丽的边疆，爱护我们的家园。 7、加强环境宣传教育，提高全民环境意识。 8、保护环境是每一位公民应尽的责任。 9、环境保护从我身边做起。 10、保护环境，造福人民。 11、保护环境就是保护我们自己。 12、破坏环境，就是破坏我们赖以生存的家园。 13、土壤不能再生，防止土壤污染和沙化，减少水土流失。 14、环境与人类共存，资源开发与环境保护协调。 15、保护水环境，节约水资源。 16、保护戈壁植被，防止沙尘污染，保护大气环境。 17、环保不分民族，生态没有国界 不要旁观，请加入行动者的行列 今天节约一滴水，留给后人一滴血。 18、没有地球的健康就没有人类的健康 与自然重建和谐，与地球重修旧好 垃圾混置是垃圾，垃圾分类是资源。 19、用行动护卫家园，用热血浇灌地球。 20、把消费限制在生态圈可以承受的范围内 破坏环境，祸及千古,保护环境，功盖千秋。 21、垃圾回收，保护地球,举手之劳，参与环保。 22、拣回垃圾分类老传统，倡导绿色文明新时尚。 23、人类若不能与其他物种共存，便不能与这个星球共存。 24、人类只有一个可生息的村庄——地球,保护环境是每个地球村民的责任。
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因此，作者在投稿前一定要注意期刊参考文献的著录方式，以免产生不必要的负面影响。其实，并不复杂，只要稍稍留意即可。
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