盤江礦區(qū)煤層氣資源及開發(fā)前景

【摘要】盤江礦區(qū)煤炭資源儲(chǔ)量豐富，2370ｋｍ?2井田范圍內(nèi)，有煤炭資源477?8億ｔ，煤層多，分布廣，可采煤層總厚15～３０ｍ。向斜翼部含煤帶寬緩平坦，利于煤層氣的富集，煤種以中變質(zhì)煙煤為主，煤層儲(chǔ)氣能力強(qiáng)，煤層甲烷含量為12?4～１５?０ｍ?３／t，甲烷資源總量為1092億ｍ?３。多年來，盤江礦區(qū)一直致力甲烷抽放工作，具有良好的煤層氣開發(fā)的基礎(chǔ)條件，目前盤江礦務(wù)局已制定了一套完整的煤層氣開發(fā)利用計(jì)劃。本區(qū)煤層埋藏較淺，結(jié)構(gòu)簡單，煤層滲透率較高，條件優(yōu)越，具有良好的煤層氣開發(fā)前景。

１  引言
    盤江礦務(wù)局是中國500家最大企業(yè)之一，是貴州省重要的煤炭企業(yè)，共
有職工25000名。盤江礦務(wù)局現(xiàn)有5座煤礦，其中3座為瓦斯突出礦井，年產(chǎn)煤炭
近500萬ｔ，計(jì)劃到2000年產(chǎn)煤1000萬ｔ，2010年產(chǎn)煤2100萬ｔ，所產(chǎn)煤炭為低
硫、低灰、高發(fā)熱量煙煤和無煙煤。盤江礦區(qū)儲(chǔ)煤面積2370ｋｍ?２，可采煤炭
儲(chǔ)量94?8億ｔ，遠(yuǎn)景儲(chǔ)量383億ｔ，煤炭儲(chǔ)量豐富，開發(fā)前景樂觀。盤江礦區(qū)為
高瓦斯礦區(qū)，上曾發(fā)生過瓦斯突出事故7次，瓦斯爆炸事故1次。1995年全礦
區(qū)甲烷涌出量為15900萬ｍ?３，甲烷抽放量為2800萬ｍ?３，抽放率約為17?7
%。礦區(qū)煤層氣儲(chǔ)量豐富，總儲(chǔ)量約為1092億ｍ?３，為一中型煤層氣資源區(qū)。
隨著盤江礦務(wù)局煤炭生產(chǎn)計(jì)劃(到2010年，年產(chǎn)煤炭2100萬ｔ)的實(shí)施，甲烷抽放
、利用工作的進(jìn)一步加強(qiáng)和提高已迫在眉睫，為了制定合理的甲烷開發(fā)利用計(jì)劃
，應(yīng)對盤江礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)、甲烷生儲(chǔ)特征及分布規(guī)律、目前甲烷抽放的技
術(shù)狀況、水平等進(jìn)行細(xì)致的研究。
2  盤江礦區(qū)地質(zhì)概況及煤層氣資源
2?1  礦區(qū)地質(zhì)、煤層條件
    盤江礦區(qū)位于云南--貴州--桂林復(fù)向斜內(nèi)，礦區(qū)內(nèi)的采掘工程都是沿著
與復(fù)向斜軸近似平行的向斜翼展布，四座煤礦位于盤官向斜西翼，一座煤礦位于
土城向斜北翼。向斜翼部的開采工作沿構(gòu)造線在極淺部進(jìn)行，翼部地層產(chǎn)狀平緩
，傾角為10°～３０°，翼部寬闊，使開采工作猶如在單斜構(gòu)造上進(jìn)行�？傮w來
說，礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡單，內(nèi)有大斷層和小型褶曲破壞了煤層的連續(xù)性。
    盤江礦區(qū)的開采煤層形成于晚二疊紀(jì)，含煤地層龍?zhí)督M下伏晚二疊紀(jì)玄武巖
組，與之成不整合接觸；上覆三疊紀(jì)飛仙官組，與之成整合接觸。龍?zhí)督M包括砂
巖、粉砂巖、頁巖和煤層，含煤地層由互層的砂巖、頁巖、煤層、薄層粉砂巖組
成，沉積序列自上到下明顯由陸相沉積為主過渡到濱海沉積，下伏玄武巖組由塊
狀石灰石層組成。
    含煤地層共含煤20～３０層，其中可采層10～１５層，可采煤層總厚度為15
～３０ｍ，煤層最大間距20ｍ，煤層傾角10°～３０°。
    根據(jù)我國煤質(zhì)牌號(hào)分類法，盤江礦區(qū)的煤種屬氣煤～無煙煤，以氣煤、肥煤
、氣肥煤為主。根據(jù)美國ASTM分類法，近75%的煤炭儲(chǔ)量屬于中揮發(fā)性煙煤和高
揮發(fā)性煙煤。煤炭總儲(chǔ)量中29%為煉焦煤，而69%為動(dòng)力煤。
２?２  煤層氣資源
２?２?１  煤層氣儲(chǔ)層特征
    盤江礦區(qū)大部分煤炭儲(chǔ)量是中揮發(fā)性煙煤，煤層儲(chǔ)氣能力很強(qiáng)，在世界各國
，中揮發(fā)性煙煤是眾多煤礦煤層氣開發(fā)項(xiàng)目的選擇煤種，盤江礦區(qū)煤層甲烷含量
為12?4～１５?０ｍ?３／ｔ，甲烷含量梯度為0?352～０?０８４４ｍ?３
／t／ｍ(埋深)。雖然無法取得與煤層互層的碎屑巖儲(chǔ)氣特征的有關(guān)具體參數(shù)，
但對碎屑巖的結(jié)果表明，這些巖石都沒有硅化，裂隙還處于開裂狀態(tài)，所有
這些都顯示了碎屑巖有利的潛在儲(chǔ)氣特征。
２?２?２  礦區(qū)各煤層滲透率
    盤江礦區(qū)煤層滲透率為0?10～１?６５ｍｄ，該數(shù)值反映了盤江礦務(wù)局各
礦實(shí)際煤層氣抽放條件的變化范圍，據(jù)盤江礦務(wù)局有關(guān)人員稱，3號(hào)煤層和5號(hào)煤
層滲透率低，屬于難抽放煤層；17、18、19、26號(hào)煤層滲透率中等，屬于可抽放
煤層；12、20號(hào)煤層的滲透率最大，屬于易抽放煤層。
2?2?3  儲(chǔ)氣層和圍巖的水文特征
    盤江礦區(qū)含煤地層出露的含水層是玄武巖組的碳酸巖巖層，它們處于含煤地
層的下部，不是煤礦的涌水源。由于含煤地層有非滲透性巖層，而且非滲透巖層
將含煤地層同含水層隔開，所以開采過程中，礦井涌水量非常小。
2?2?4  可回收的煤層氣資源儲(chǔ)量預(yù)測
    (1)現(xiàn)有條件下可回收的煤層氣資源量
    1995年盤江礦務(wù)局釋放煤層氣的總回收率為17?7%，甲烷回收總量為2800萬
ｍ?３，根據(jù)該回收率，盤江礦區(qū)可回收的煤層氣儲(chǔ)量為193億ｍ?３。
    (2)回收工藝改進(jìn)后的煤層氣資源可回收量
    人們相信，通過對現(xiàn)有甲烷抽放系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的研究，能夠找到大大提高甲
烷抽放技術(shù)和應(yīng)用工藝有效性的方法。僅僅為大量甲烷提供一種用法，就會(huì)使礦
井的甲烷抽放全天運(yùn)行，目前，盤江礦區(qū)甲烷抽放的平均周期僅占煤礦生產(chǎn)時(shí)間
的87?3%。通過實(shí)施更積極的沿煤層、穿層和采空區(qū)甲烷抽放技術(shù)，可以回收更
多的甲烷，目前盤江礦務(wù)局正在考慮實(shí)施末采煤層的甲烷地面抽放技術(shù)，該技術(shù)
能生產(chǎn)高質(zhì)量甲烷。同時(shí)，地面垂直井與定向水平長鉆孔瓦斯抽放技術(shù)也應(yīng)當(dāng)在
考慮之中。
    技術(shù)水平的提高和礦井甲烷抽放的不間斷進(jìn)行將使甲烷抽放率很容易達(dá)到50
%，甲烷抽放率的提高將使盤江礦務(wù)局每年生產(chǎn)8200萬ｍ?３甲烷。如果盤江礦
區(qū)實(shí)施甲烷抽放的各煤礦能夠通過甲烷管道輸送系統(tǒng)連成一體，而且甲烷的貯存
能夠適應(yīng)甲烷需求的季節(jié)性浮動(dòng)，那么甲烷的供給量能夠達(dá)到156ｍ?３／ｍｉ
ｎ。
2?2?5  礦區(qū)煤層氣儲(chǔ)量
    盤江礦區(qū)煤炭資源中的煤層氣資源量為1243億ｍ?３，其中，甲烷量為1092
億ｍ?３，占煤層氣總量的87?5%。通過制定先進(jìn)的甲烷回收戰(zhàn)略，甲烷回收率
至少可以達(dá)到50%，即可回收甲烷近546億ｍ?３。

3  盤江礦區(qū)煤層氣開發(fā)現(xiàn)狀
    盤江礦區(qū)屬高瓦斯礦區(qū)，區(qū)內(nèi)5對生產(chǎn)礦井有3對為瓦斯突出礦井，瓦斯涌出
超限現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，瓦斯問題嚴(yán)重地制約了煤礦的安全、高效生產(chǎn)，為了解決這
一問題，盤江礦務(wù)局多年來一直致力于煤層氣抽放工作，迄今為止，盤江礦務(wù)局
所屬5座煤礦中，有4座建立了煤層氣抽放站，5座礦井全部安裝了瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)
，但所有這些煤層氣抽放工作都不是以贏利為目的，都是為了保障煤礦安全生產(chǎn)
、減少人員傷亡事故、提高煤礦生產(chǎn)能力。煤層氣利用尚處于起步階段，目前還
沒有一項(xiàng)有效的煤層氣利用項(xiàng)目。
    盤江礦務(wù)局1995年抽放煤層氣2819萬ｍ?３，煤層氣總抽放率為17?7%，抽
放強(qiáng)度為61?28ｍ?３／ｍｉｎ，其中通過鉆孔抽放的強(qiáng)度為30?6ｍ?３／ｍ
ｉｎ，其余的是通過上伏煤層中的預(yù)排巷道抽放，抽放氣體中的甲烷濃度為31?
99%。
    由于盤江礦區(qū)沒有對抽放煤層氣進(jìn)行利用，所以各礦的煤層氣抽放時(shí)斷時(shí)續(xù)
，抽放氣體中的甲烷濃度時(shí)有變化。目前礦區(qū)各礦所用的抽放方法有兩種，一是
通過鉆孔抽放煤層氣，另一種是通過上伏煤層中的預(yù)排巷道抽放煤層氣。由于煤
層的滲透性低，煤層氣抽放效果不佳，采空區(qū)煤層氣抽放技術(shù)有望在該礦區(qū)應(yīng)用
成功。
4  煤層氣開發(fā)前景
    盤江礦區(qū)甲烷含量高，煤層氣儲(chǔ)量豐富，總儲(chǔ)量約有1092億ｍ?３，礦區(qū)內(nèi)
煤層多，分布廣，儲(chǔ)量大，煤層間距小，適合于多煤層的煤層氣聯(lián)合開發(fā)，煤種
以中、高變質(zhì)煙煤為主，含氣豐富，有利于煤層氣開發(fā)。
    雖然，盤江礦務(wù)局的煤層氣利用站迄今尚未開始運(yùn)行，但礦務(wù)局已經(jīng)對山腳
樹礦的城市煤層氣利用系統(tǒng)進(jìn)行了可行性研究，該系統(tǒng)擁有容量?10，000ｍ?
３?的煤層氣存儲(chǔ)設(shè)備，在老屋基礦、山腳樹礦和月亮田礦各有一個(gè)儲(chǔ)氣罐，同
時(shí)，該系統(tǒng)還有一套與3座礦井(老屋基礦、山腳樹礦和月亮田礦)?8，800?戶
居民相連的煤層氣輸送管道網(wǎng)，該工程第一階段完工后，甲烷需求量每天將達(dá)?
64，000ｍ?３。?
    盤江礦區(qū)煤層氣項(xiàng)目開發(fā)計(jì)劃如下：
    第一階段  開發(fā)利用老屋基礦、山腳樹礦和月亮田礦的煤層氣資源
    為城市居民和工業(yè)部門服務(wù)的城市煤層氣利用工程所需煤層氣總量為64，00
0ｍ?３／ｄ，其中?26，000ｍ?３?供給8，800戶居民，約36，000ｍ?３供
給電廠，這樣，該計(jì)劃第一階段的服務(wù)范圍將覆蓋12ｋｍ?２的面積，煤層氣供
給量為140ｍ?３／ｍｉｎ。
    在電廠方面，老屋基礦一座12MW的燃煤電廠正在正常生產(chǎn)，另一座18MW的燃
煤電廠正在建設(shè)中，燃煤層氣發(fā)電廠的選擇設(shè)計(jì)方案為10MW。根據(jù)1996年的資料
，電價(jià)為0?40元/kWh，從1997年開始，電價(jià)將為0?35～０?４0元／ｋWｈ。
    第二階段  開發(fā)利用火鋪礦、稼祥礦和山腳樹礦的煤層氣資源
    除第一階段已供煤層氣的8，800戶居民外，再為另外8，800戶居民提供民用
煤層氣，使煤層氣民用服務(wù)范圍覆蓋面積達(dá)20ｋｍ?２。
    在發(fā)電廠方面，1996年9月火鋪礦開始上馬50MW燃煤電廠項(xiàng)目，該電廠最終
的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為150MW，另外，準(zhǔn)備建一座10MW的燃煤層氣發(fā)電廠，其目的是
用煤層氣取代低發(fā)熱值的煤為發(fā)電廠所用，所發(fā)電能將滿足礦區(qū)內(nèi)部所需。
    第三階段  開發(fā)利用土城礦和另一座新建礦井的煤層氣資源
    計(jì)劃在土城礦建兩座10MW的燃煤層氣發(fā)電廠，并在新建礦井建一座10MW的燃
煤層氣發(fā)電廠。
5  結(jié)論
    盤江礦區(qū)煤層的低滲透性制約了開采層采前甲烷予抽放效果，目前正在使用
的采空區(qū)甲烷抽放技術(shù)最有望獲得成功。其它方法，例如在上順槽用可移動(dòng)隔流
鑲齒導(dǎo)管從采空區(qū)直接抽放甲烷，也應(yīng)被采用，這將使甲烷抽放量明顯增加。
    由于抽放的甲烷缺乏利用設(shè)施，目前盤江礦務(wù)局各礦甲烷抽放時(shí)斷時(shí)續(xù)，抽
放氣體中的甲烷濃度也時(shí)有變化，上述的甲烷利用計(jì)劃將促進(jìn)抽放甲烷質(zhì)量的提
高和數(shù)量的增加。
    目前，盤江礦務(wù)局甲烷抽放率約為19%，本年度甲烷抽放周期占全年煤礦生
產(chǎn)時(shí)間的87?3%，一項(xiàng)目標(biāo)為將瓦斯抽放率提高到50%的計(jì)劃將使盤江礦務(wù)局年
產(chǎn)甲烷8200萬ｍ?３。
    盤江礦區(qū)煤層氣開發(fā)的有利條件是，煤層氣資源豐富，回收率易于提高，煤
層氣利用市場大。其不利因素是，煤層氣開發(fā)利用尚處于煤層氣開發(fā)的起步階段
，煤層氣利用基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，抽放氣體中甲烷濃度低，資金缺乏。

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