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煤与瓦斯突出矿井怎样建?

日期:2016-12-16  来源:煤文化  责任编辑:王娜
 

    有一类矿井,人们谈虎色变,恨不得一关了之,那就是“突出矿井”。

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什么是突出矿井?

    《煤矿安全规程》第一百八十九条规定,在矿井井田范围内发生过煤 (岩)与瓦斯(二氧化碳)突出的煤 (岩)层或者经鉴定、认定为有突出危险的煤 (岩)层为突出煤 (岩)层。在矿井的开拓、生产范围内有突出煤 (岩)层的矿井为突出矿井。

对于突出矿井,《煤矿安全规程》规定应该这样建:

    1、新建突出矿井设计生产能力不得低于90万t/a,第一生产水平开采深度不得超过800m;生产矿井延深水平开采深度不得超过1200m;

    2、有突出危险煤层的新建矿井必须先抽后建。矿井建设开工前,应当对首采区突出煤层进行地面钻井预抽瓦斯,且预抽率应当达到30%以上。

    对于新建突出矿井的能力与开采深度门槛,即达不到90万吨/年或者开采深度超过规定,先别建了,自然不必多说。本文重点探讨“有突出危险煤层的新建矿井必须先抽后建”的问题。

    国家能源局发布的《煤层气(煤矿瓦斯)开发利用“十三五”规划》明确到2020年,煤层气(煤矿瓦斯)抽采量达到240亿立方米,其中地面煤层气产量100亿立方米,利用率90%以上;煤矿瓦斯抽采140亿立方米,利用率50%以上,煤矿瓦斯事故死亡人数比2015年下降15%以上。先抽后建,即在矿井建设前通过地面抽采,降低瓦斯含量和压力,达到安全建井、安全生产之目的,无疑属从源头上防范瓦斯及突出事故,保证矿井安全的重要措施。

在操作上,还有许多难题尚待解决:

 1、矿权问题。目前大多数煤炭矿权与煤层气矿权重叠,应进一步协调;

2、效果问题。预抽的煤层是否可抽,是否能达到预期效果,尚需进一步工作。特别是对于云贵川的薄及中厚煤层,预抽效果更是难达理想;

3、工期问题。对于地面预抽且达到规定预抽率,工期一般较长,少则三五年,多则十年以上;

4、投资与效益问题。地面预抽工程投资较大,工期长又没有经济效益,企业难以支撑;

5、瓦斯利用问题。地面预抽时,往往没有其他设施的建设,预抽的瓦斯浓度差异较大,如何利用,也是需要进一步探讨的问题。

如何实施?结合有关国家政策,探讨及建议如下:

1、矿权问题(协调+合作)。

关于矿权协调问题,国家是有明确意见的:

(1)《国务院办公厅关于进一步加快煤层气(煤矿瓦斯)抽采利用的意见》(国办发〔2013〕93号):加强煤层气矿业权管理。建立煤层气、煤炭协调开发机制,统筹煤层气、煤炭资源勘查开采布局和时序,合理确定煤层气勘查开采区块。对煤炭规划5年内开始建井开采的区域,按照煤层气开发服务于煤炭开发的原则,采取合作或调整煤层气矿业权范围等方式,优先保证煤炭资源开发需要,并有效开发利用煤层气资源;对煤炭规划5年后开始建井开采的区域,应坚持“先采气、后采煤”,做好采气采煤施工衔接;

(2)2013年3月国家能源局发布的《煤层气产业政策》提出,在煤炭远景区优先煤层气地面开发,在煤炭规划生产区鼓励地面、井下联合抽采煤层气资源,建立煤层气和煤炭共同勘探、合作开发、合理避让、资料共享等制度;

(3)《全国矿产资源规划(2016-2020)》提出,完善煤层气、煤炭协调开发机制,统筹协调煤炭、煤层气开发时序,做好采气采煤施工衔接,煤炭规划5年内建井采煤的区域,优先保证煤炭资源开发,有效利用煤层气资源;5年后建井采煤的区域,坚持先采气、后采煤。新设煤层气或煤炭探矿权,必须对煤炭、煤层气进行综合勘查、评价和储量评审备案。支持煤炭矿业权人变更增加矿种,对煤层气进行综合开发;

(4)国家能源局《煤层气(煤矿瓦斯)开发利用“十三五”规划》提出,推进煤层气矿业权审批制度改革试点,实现煤层气与煤炭等资源协调开发。构建煤炭远景区先采气后采煤、煤炭生产规划区先抽后采和采煤采气一体化格局,促进资源勘查与开发、地面开发与井下抽采协调发展。总结推广采煤采气一体化的“晋城模式”、煤炭和煤层气企业合作共赢的“潞安模式”和先采气后采煤的“三交模式”。

随着煤层气开采经济性的好转,煤层气企业和煤炭企业的合作意向将有所加强,未来矿权重叠问题也可能随之得到彻底解决。

2、效果问题(先示范,后开发)。

突出煤层是否可抽,效果如何,应根据煤层气地面抽采及选区评价条件包括地质背景、煤层特征、煤层气储层条件、资源条件、高产条件等,进行地面可抽性评价。许多井田虽然煤层气资源丰度中等,含气量较高,煤层气资源具备一定开发潜力。但是,由于煤层气储层渗透率低、单煤层资源丰度低、产能低,且受地形地貌条件、煤层渗透性和储层压力、煤层倾角和地质构造、煤层赋存条件和开采技术条件等因素制约,目前暂不具备地面经济规模化开发的条件。如贵州省部分煤田。为了取得最佳抽采效果,减少抽采时间,应该先示范,后开发。

《煤层气(煤矿瓦斯)开发利用“十三五”规划》指出,全国井工煤矿平均开采深度接近500米,开采深度超过800米的矿井达到200余处,千米深井47处。随着开采深度增加,地应力、瓦斯含量和压力增大,煤层透气性降低,瓦斯抽采难度进一步加大。为此,应实施煤矿瓦斯抽采示范工程,统筹布局煤层气管道,提升资源综合利用效果,设煤矿瓦斯利用示范工程,开展工程技术示范等。新建贵州毕水兴、新疆准噶尔盆地南缘煤层气产业化基地。在内蒙古、四川等地区建设煤层气开发试验区,实施一批开发利用示范工程。

3、工期问题(地面先行+井下同步)

对于许多煤层特别是较难抽煤层来说,预抽率达到30%不是件容易的事情。例如西南地区某井田,经预测,地面钻井抽采5年后压裂区域预抽率约20%,抽采8年后压裂区域预抽率约25%,抽采10年后压裂区域预抽率约32%。可见单纯地面抽采不会在很短时间内达到规定预抽率。

为什么不可以试验地面先抽、井下再同步抽采呢?例如可以在地面抽采3~5年后对煤矿进行建井,利用煤矿的建设期继续抽采3~5年,这样可能达到了30%的规定预抽率,然后继续实施地面与在井下同步抽采、保护层开采等措施,不仅更干净地抽采煤层瓦斯,而且节省3~5年的建设工期。即试点地面先抽、井上下同抽,提高效果,节省工期,也应该属于“先抽后建”(以煤矿安全监察部门解释为准)。

《煤层气(煤矿瓦斯)开发利用“十三五”规划》提出,根据不同省区煤层瓦斯地质赋存情况,有针对性地开展煤矿瓦斯抽采示范工程建设,突破并推广复杂地质条件下煤矿瓦斯高效抽采技术。在山西、内蒙古、陕西、新疆地区建设示范工程,推广原始煤层增透、采动区卸压瓦斯抽采、井上下联合抽采等技术。在山西、内蒙古、贵州、陕西、甘肃地区建设示范工程,推广地面抽采原始煤层瓦斯、采动区卸压瓦斯抽采、无煤柱煤与瓦斯共采等技术。

4、投资与效益(企业投资+国家补贴)。

地面抽采工程,投资少则几千万,多则上亿元甚至几亿元,在当前煤炭形势下企业负担较为困难。如果没有地面抽采工程,一个新建矿井经济效益可能基本满足投资基准要求。假如按照先抽后建模式,矿井投资增加,建设工期增加,那么投资回收期、收益率将可能达不到基准收益率要求。因此,一方面国家应继续加大投资补贴力度,提高企业投资积极性;另外尽可能将地面抽采提前推进,减少建设工期;还可以引进战略合作者,分摊成本与未来收益。

《全国矿产资源规划(2016-2020)》提出,继续实施煤层气(煤矿瓦斯)开发利用中央财政补贴政策。严格落实煤层气市场定价、财政补贴、税费优惠、瓦斯发电上网及加价等政策,鼓励煤层气(煤矿瓦斯)勘探、开发和利用工作。根据产业发展、抽采利用成本和市场销售价格变化等,适时研究调整补贴标准。结合电力体制改革推进,完善瓦斯发电上网电价政策。

5、利用问题(临时移动+永久管路)。

地面抽采的瓦斯浓度差异较大。高浓度的瓦斯向何处去?条件许可的话,可建设输送管道进行民用,但要考虑平衡民用气使用的间断性和气源本身不稳定供应的措施;可考虑在合理的地点建设储气柜、配备瓦斯发电机组,在煤层气钻井开采初期,管道工程还没有建成投用的时期使用移动式瓦斯发电机组,销毁和利用这部分瓦斯,同时为地面抽采提供动力等。低浓度瓦斯利用时,要通盘考虑内燃机发电和瓦斯氧化利用的关系,瓦斯总量大的可发电,小的可氧化后替代或部分燃煤锅炉。总之,地面设施应提前布置,莫让瓦斯直接排放。

《煤层气(煤矿瓦斯)开发利用“十三五”规划》提出,坚持“就近利用,余气外输”原则,依据资源分布、市场需求和天然气输气管网建设情况,统筹建设煤层气输气管道。鼓励煤层气就近接入管网,支持煤层气企业和天然气企业合资合作建设管道,节约管道路由和建设成本。因地制宜建设煤层气液化厂、压缩站、加气站,加快完善产业化基地区域性应急调峰储气设施。鼓励通过民用、CNG、LNG、浓缩、发电、乏风瓦斯氧化等方式,实现煤矿瓦斯安全利用、梯级利用和规模化利用。

有了以上措施,相信突出矿井更安全了。突出矿井,两栖资源,安全利用,利国利民,岂能一关了之!

(本文作者系煤炭工业规划设计研究院副总工程师,研究员,煤炭行业设计大师,主持完成数十项高瓦斯突出矿井项目及瓦斯抽采利用项目评估)

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