盤江礦區煤層氣資源及開發前景

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盤江礦區煤層氣資源及開發前景

【摘要】盤江礦區煤炭資源儲量豐富，2370ｋｍ?2井田范圍內，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，煤種以中變質煙煤為主，煤層儲氣能力強，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，盤江礦區一直致力甲烷抽放工作，具有良好的煤層氣開發的基礎條件，目前盤江礦務局已制定了一套完整的煤層氣開發利用計劃。本區煤層埋藏較淺，結構簡單，煤層滲透率較高，條件優越，具有良好的煤層氣開發前景。

１  引言
    盤江礦務局是中國500家最大企業之一，是貴州省重要的煤炭企業，共
有職工25000名。盤江礦務局現有5座煤礦，其中3座為瓦斯突出礦井，年產煤炭
近500萬ｔ，計劃到2000年產煤1000萬ｔ，2010年產煤2100萬ｔ，所產煤炭為低
硫、低灰、高發熱量煙煤和無煙煤。盤江礦區儲煤面積2370ｋｍ?２，可采煤炭
儲量94?8億ｔ，遠景儲量383億ｔ，煤炭儲量豐富，開發前景樂觀。盤江礦區為
高瓦斯礦區，上曾發生過瓦斯突出事故7次，瓦斯爆炸事故1次。1995年全礦
區甲烷涌出量為15900萬ｍ?３，甲烷抽放量為2800萬ｍ?３，抽放率約為17?7
%。礦區煤層氣儲量豐富，總儲量約為1092億ｍ?３，為一中型煤層氣資源區。
隨著盤江礦務局煤炭生產計劃(到2010年，年產煤炭2100萬ｔ)的實施，甲烷抽放
、利用工作的進一步加強和提高已迫在眉睫，為了制定合理的甲烷開發利用計劃
，應對盤江礦區的地質構造特點、甲烷生儲特征及分布規律、目前甲烷抽放的技
術狀況、水平等進行細致的研究。
2  盤江礦區地質概況及煤層氣資源
2?1  礦區地質、煤層條件
    盤江礦區位于云南--貴州--桂林復向斜內，礦區內的采掘工程都是沿著
與復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造線在極淺部進行，翼部地層產狀平緩
，傾角為10°～３０°，翼部寬闊，使開采工作猶如在單斜構造上進行�？傮w來
說，礦區地質構造簡單，內有大斷層和小型褶曲破壞了煤層的連續性。
    盤江礦區的開采煤層形成于晚二疊紀，含煤地層龍潭組下伏晚二疊紀玄武巖
組，與之成不整合接觸；上覆三疊紀飛仙官組，與之成整合接觸。龍潭組包括砂
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°。
    根據我國煤質牌號分類法，盤江礦區的煤種屬氣煤～無煙煤，以氣煤、肥煤
、氣肥煤為主。根據美國ASTM分類法，近75%的煤炭儲量屬于中揮發性煙煤和高
揮發性煙煤。煤炭總儲量中29%為煉焦煤，而69%為動力煤。
２?２  煤層氣資源
２?２?１  煤層氣儲層特征
    盤江礦區大部分煤炭儲量是中揮發性煙煤，煤層儲氣能力很強，在世界各國
，中揮發性煙煤是眾多煤礦煤層氣開發項目的選擇煤種，盤江礦區煤層甲烷含量
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氣特征的有關具體參數，
但對碎屑巖的結果表明，這些巖石都沒有硅化，裂隙還處于開裂狀態，所有
這些都顯示了碎屑巖有利的潛在儲氣特征。
２?２?２  礦區各煤層滲透率
    盤江礦區煤層滲透率為0?10～１?６５ｍｄ，該數值反映了盤江礦務局各
礦實際煤層氣抽放條件的變化范圍，據盤江礦務局有關人員稱，3號煤層和5號煤
層滲透率低，屬于難抽放煤層；17、18、19、26號煤層滲透率中等，屬于可抽放
煤層；12、20號煤層的滲透率最大，屬于易抽放煤層。
2?2?3  儲氣層和圍巖的水文特征
    盤江礦區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量預測
    (1)現有條件下可回收的煤層氣資源量
    1995年盤江礦務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，根據該回收率，盤江礦區可回收的煤層氣儲量為193億ｍ?３。
    (2)回收工藝改進后的煤層氣資源可回收量
    人們相信，通過對現有甲烷抽放系統進行系統的研究，能夠找到大大提高甲
烷抽放技術和應用工藝有效性的方法。僅僅為大量甲烷提供一種用法，就會使礦
井的甲烷抽放全天運行，目前，盤江礦區甲烷抽放的平均周期僅占煤礦生產時間
的87?3%。通過實施更積極的沿煤層、穿層和采空區甲烷抽放技術，可以回收更
多的甲烷，目前盤江礦務局正在考慮實施末采煤層的甲烷地面抽放技術，該技術
能生產高質量甲烷。同時，地面垂直井與定向水平長鉆孔瓦斯抽放技術也應當在
考慮之中。
    技術水平的提高和礦井甲烷抽放的不間斷進行將使甲烷抽放率很容易達到50
%，甲烷抽放率的提高將使盤江礦務局每年生產8200萬ｍ?３甲烷。如果盤江礦
區實施甲烷抽放的各煤礦能夠通過甲烷管道輸送系統連成一體，而且甲烷的貯存
能夠適應甲烷需求的季節性浮動，那么甲烷的供給量能夠達到156ｍ?３／ｍｉ
ｎ。
2?2?5  礦區煤層氣儲量
    盤江礦區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%。通過制定先進的甲烷回收戰略，甲烷回收率
至少可以達到50%，即可回收甲烷近546億ｍ?３。

3 盤江礦區煤層氣開發現狀
    盤江礦區屬高瓦斯礦區，區內5對生產礦井有3對為瓦斯突出礦井，瓦斯涌出
超限現象時有發生，瓦斯問題嚴重地制約了煤礦的安全、高效生產，為了解決這
一問題，盤江礦務局多年來一直致力于煤層氣抽放工作，迄今為止，盤江礦務局
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測系統
，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
、減少人員傷亡事故、提高煤礦生產能力。煤層氣利用尚處于起步階段，目前還
沒有一項有效的煤層氣利用項目。
    盤江礦務局1995年抽放煤層氣2819萬ｍ?３，煤層氣總抽放率為17?7%，抽
放強度為61?28ｍ?３／ｍｉｎ，其中通過鉆孔抽放的強度為30?6ｍ?３／ｍ
ｉｎ，其余的是通過上伏煤層中的預排巷道抽放，抽放氣體中的甲烷濃度為31?
99%。
    由于盤江礦區沒有對抽放煤層氣進行利用，所以各礦的煤層氣抽放時斷時續
，抽放氣體中的甲烷濃度時有變化。目前礦區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，采空區煤層氣抽放技術有望在該礦區應用
成功。
4 煤層氣開發前景
    盤江礦區甲烷含量高，煤層氣儲量豐富，總儲量約有1092億ｍ?３，礦區內
煤層多，分布廣，儲量大，煤層間距小，適合于多煤層的煤層氣聯合開發，煤種
以中、高變質煙煤為主，含氣豐富，有利于煤層氣開發。
    雖然，盤江礦務局的煤層氣利用站迄今尚未開始運行，但礦務局已經對山腳
樹礦的城市煤層氣利用系統進行了可行性研究，該系統擁有容量?10，000ｍ?
３?的煤層氣存儲設備，在老屋基礦、山腳樹礦和月亮田礦各有一個儲氣罐，同
時，該系統還有一套與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，該工程第一階段完工后，甲烷需求量每天將達?
64，000ｍ?３。?
    盤江礦區煤層氣項目開發計劃如下：
    第一階段開發利用老屋基礦、山腳樹礦和月亮田礦的煤層氣資源
    為城市居民和工業部門服務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，該計劃第一階段的服務范圍將覆蓋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，另一座18MW的燃
煤電廠正在建設中，燃煤層氣發電廠的選擇設計方案為10MW。根據1996年的資料
，電價為0?40元/kWh，從1997年開始，電價將為0?35～０?４0元／ｋWｈ。
    第二階段開發利用火鋪礦、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，使煤層氣民用服務范圍覆蓋面積達20ｋｍ?２。
    在發電廠方面，1996年9月火鋪礦開始上馬50MW燃煤電廠項目，該電廠最終
的設計生產能力為150MW，另外，準備建一座10MW的燃煤層氣發電廠，其目的是
用煤層氣取代低發熱值的煤為發電廠所用，所發電能將滿足礦區內部所需。
    第三階段開發利用土城礦和另一座新建礦井的煤層氣資源
    計劃在土城礦建兩座10MW的燃煤層氣發電廠，并在新建礦井建一座10MW的燃
煤層氣發電廠。
5 結論
    盤江礦區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
的采空區甲烷抽放技術最有望獲得成功。其它方法，例如在上順槽用可移動隔流
鑲齒導管從采空區直接抽放甲烷，也應被采用，這將使甲烷抽放量明顯增加。
    由于抽放的甲烷缺乏利用設施，目前盤江礦務局各礦甲烷抽放時斷時續，抽
放氣體中的甲烷濃度也時有變化，上述的甲烷利用計劃將促進抽放甲烷質量的提
高和數量的增加。
    目前，盤江礦務局甲烷抽放率約為19%，本年度甲烷抽放周期占全年煤礦生
產時間的87?3%，一項目標為將瓦斯抽放率提高到50%的計劃將使盤江礦務局年
產甲烷8200萬ｍ?３。
    盤江礦區煤層氣開發的有利條件是，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，煤層氣開發利用尚處于煤層氣開發的起步階段
，煤層氣利用基礎設施薄弱，抽放氣體中甲烷濃度低，資金缺乏。

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