煤层气(煤矿瓦斯)抽采技术发展现状及趋势

樊 劭

(国家安全生产监督管理总局信息研究院,北京 100029)

煤层气(煤矿瓦斯)抽采技术发展现状及趋势

樊 劭

(国家安全生产监督管理总局信息研究院,北京 100029)

本文简述了煤层气(煤矿瓦斯)抽采技术的发展历程，重点介绍了以井上下联合抽采技术、三区联动立体抽采技术、煤与瓦斯共采技术为代表的当前新兴的煤层气抽采技术，认为未来地面抽采、井下抽采和煤炭开采相结合的瓦斯抽采技术模式将会大力发展。

抽采技术 地面抽采 发展趋势

1 煤层气(煤矿瓦斯)抽采技术的发展历程

我国煤层气(煤矿瓦斯)抽采技术经历较长时期的发展，在20世纪50年代在抚顺高透气性特厚煤层中第一次采用井下钻孔预抽瓦斯，解决了矿井深部瓦斯事故预防的问题；此后阳泉地区采用穿层钻孔抽采邻近煤层瓦斯，解决了在煤层群中首采工作面，瓦斯大量涌出的问题，在20世纪60年代临近层瓦斯抽采卸压技术得到普遍推广；我国存在大量透气性差的高突煤层，布孔预抽的方式难以解决问题，松动爆破、水力压裂、交叉布孔、大直径钻孔等方法纷纷应用于低透气性煤层抽采以提高瓦斯抽采量；此后随着煤矿大规模机械化开采的应用，采掘推进效率大幅提高，同时也导致了瓦斯涌出的绝对量增大，为解决高产高效工作面瓦斯问题，逐渐建立了高、低负压的瓦斯抽采系统并结合多种抽采方法，实现瓦斯的综合抽采；当前地面井开采技术取得长足发展，在我国许多不同地质构造盆地内地面垂直井钻井技术都取得了成功，多分支水平井技术的试验成功推广应用，极大地推进了煤层气(煤矿瓦斯)开采技术的进步和创新。

2 煤层气(煤矿瓦斯)抽采技术的发展前景

2016年煤层气(煤矿瓦斯)抽采量达到173亿m3、利用量90亿m3。其中，地面煤层气产量45亿m3、利用量42亿m3；井下瓦斯抽采量128亿m3、利用量48亿m3，同2006年相比提高了2.26和2.48倍。山西、贵州、重庆、安徽、河南、四川、辽宁、河北等省(市)的井下抽采利用量已超1亿m3。

我国始终鼓励煤层气开采利用，2016年财政部颁发了《关于“十三五”期间煤层气(瓦斯)开发利用补贴标准的通知》(财建[2016]31号)，将煤层气(瓦斯)开采利用中央财政补贴标准从0.2元/m3提高到0.3元/m3，补贴力度增长50%，将进一步促进煤层气抽采利用量的提高，有利于煤层气抽采技术的发展升级。同时，由于瓦斯抽采技术的发展，煤矿瓦斯事故也得到有效控制，2005年瓦斯事故起数约400起，造成约2100人死亡，当前瓦斯事故起数和死亡人数均有大幅下降，约是2005年十分之一，事故约40余起，死亡人数约200人左右。

3 煤层气(煤矿瓦斯)抽采技术发展趋势

当前，煤层气抽采主要方式包括井下钻孔抽采和地面抽采。井下钻孔抽采成本低、可靠性高，经过多年发展比较成熟，是个大多数矿区进行瓦斯抽采的主要技术。但在部分矿井也遇到仅靠直接抽采无法解决瓦斯大量涌出的问题，因此必须将地面抽采技术与井下钻孔抽采综合使用，才能解决实际生产中遇到的难题。

3.1 井上下联合抽采技术

当前地面抽采主要技术包括垂直井瓦斯抽采技术、水平井瓦斯抽采技术；井下钻孔抽采技术包括本煤层抽采、邻近层抽采和采空区抽采等。井上下联合抽采技术是利用地面垂直井和井下水平长钻孔，使得采面附近和采动影响区内的煤层产生应力释放，原有裂缝扩张并产生新的裂缝，增加煤层的渗透性，降低抽采难度。袁亮等指出，由于我国煤层低渗透性、低储层压力、低饱和度等特点，必需采用井上下联合抽采的方式，解决相关抽采难题。河南某矿4301回采工作面实行井上下联合抽采，在井下实行煤层瓦斯预抽，在地面用水环式真空泵进行抽放。地面施工后，工作面上隅角的浓度明显降低，有效解决了分层综采工作面采空区瓦斯治理的难题。

井上下联合抽采作为一项新技术，也存在许多有待解决的问题，特别是在地面钻井过程中受制于地质条件、井眼稳定性等因素，为项目实施带来困扰。对此侯金玲采用层次分析法+模糊综合评判法为基础，将煤厚、水动力条件、地应力、含气面积、地质构造等因素纳入模型考量因素，建立了煤层气地面井适用性评价指标体系。刘小磊等利用煤炭开采形成的冒落带、裂隙带和弯曲下沉带的特点，在裂隙带和弯曲下沉带的过渡区域进行直井和水平的对接，利用分段密封和梯度负压抽采技术实现了不同区域的空间上立体式抽采，时间上的同时抽采，有效解决联合抽采带来的直井井筒不稳等问题。

3.2 “三区联动”立体抽采技术

晋城集团研究的“三区联动”立体抽采模式初步实现了煤炭和煤层气两种资源共同开发，利用矿区的规划区、准备区、生产区分别采用地面钻井抽采、井上下联合抽采和本煤层钻孔抽采等技术确保煤层气抽采和煤炭开发协调有序进行。

根据煤矿生产、接替及规划的周期，将井田划分为未采区(5年以后煤炭开采区域)、采动区(正在生产及5年以内煤炭生产接替区域)、已采区(已开采的密闭稳定区域)，对不同区域分别采用不同的抽采技术和抽采方式，实现高瓦斯矿井采煤采气一体化协调开发。“三区联动”立体化瓦斯抽采模式的特点可以概括为“三结合”，具体体现为空间概念上井上下结合，地面与井下瓦斯抽采相结合；在时间上体现为与煤矿开采衔接完全一致，煤矿规划区实施地面预抽、煤矿准备区实施井上下联合抽采、煤矿生产区实施井下瓦斯抽采，保证每一区域都得到充分的抽采; 在方式上体现多种抽采方式相结合，即地面抽采、长钻孔抽采和顺层钻孔抽采方法相结合。

“三区联动”立体抽采采用递进式抽采，在多条掘进巷道布置的回采工作面时，在外侧巷道内提前向下一个邻近工作面施工长钻孔，其长度能覆盖下一个工作面两侧的巷道，在掘进本工作面期间就提前对下一个工作面的掘采区域进行抽采，保证下一个工作面有1到3天的抽采时间;保证下一个工作面的巷道掘进在已抽采过的条带内进行，确保回采工作面瓦斯含量也降到较低水平，如此递进式向前推进，保证抽、掘、采的接替正常。“三区联动”立体抽采利用采动泄压作用，提高了煤层渗透性，最大程度抽采煤矿瓦斯，克服了松软构造煤层渗透性差，瓦斯难以抽采，上隅角瓦斯超限难治理、抽采瓦斯浓度偏低等问题，从而解决了瓦斯抽采困难、投入大、瓦斯浓度低于10%难利用问题，有利于实现矿区瓦斯抽采最大化和矿区瓦斯“零排放”目标实现，克服单一井下抽采瓦斯所造成煤炭生产接续紧张的局限性。同时，晋城集团将页岩气大规模开发进入引用到煤层气的开发利用中，采用U型井实施分段压裂，单井日产气量突破6000m3，是同一地区同等条件矿井的9～10倍。现已在废弃矿井和煤矿采空区试验17口采空井，单井平均每日产量超过2500m3，按照山西已废弃的矿井数量计算，采空区的资源量约为2000亿m3以上，若全部开发采空区煤层气抽采量近30亿m3。

3.3 煤与瓦斯共采技术

煤层开采可以促进裂隙发育有利于瓦斯抽采，同时瓦斯抽采也为煤矿开采提供安全保障。煤与瓦斯共采技术主要包括巷道法煤与瓦斯共采、留巷钻孔法无煤柱煤与瓦斯共采、地面钻井煤与瓦斯共采等。巷道法煤与瓦斯共采是高瓦斯低透气性煤层群安全高效开采的典型模式，主要包括采前预抽和采中卸压瓦斯抽采。留巷钻孔法无煤柱煤与瓦斯共采也是针对高瓦斯低透气性煤层群，采用无煤柱沿空留巷，沿煤层采空区边缘将回采巷道保留下来，形成Y 型通风消除上隅角瓦斯积聚，降低回采系统热害，同时可以降低地温、地压的影响。地面钻井煤与瓦斯共采是对于现有技术难以进行地面煤层气开采的复杂低透高瓦斯煤层，采用地面钻井抽采采动区卸压瓦斯，实现煤与瓦斯共采。

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(责任编辑 韩甲业)

The Development Status and Trends of Coalbed Methane (Coal Mine Methane)Extraction Technology

FAN Shao

(China Coal Information Institute,Beijing 100029)

The paper briefly describes the development course of coalbed methane(coal mine methane) extraction technology, introduces combined gas drainage technology from ground and underground，three-region Integrated CBM Stereo-extraction, simultaneous exploitation coal and gas technology as the representatives of the emerging of gas extraction technology. The paper considers that the gas extraction technology will be developed with the Surface hole extraction, underground pumping and coal mining.

Gas extraction technology;Surface hole extraction;development tendency

樊劭，男，硕士，工程师，现就职于国家安全生产监督管理总局信息研究院。