【摘要】盤江礦區(qū)煤炭資源儲量豐富，2370ｋｍ2井田范圍內(nèi)，有煤炭資源477.8億噸，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，煤層儲氣能力強，煤層甲烷含量為12.4～１５.０立方米／t，甲烷資源總量為1092億立方米。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)的基礎條件，目前盤江礦務局已制定了一套完整的煤層氣開發(fā)利用計劃。本區(qū)煤層埋藏較淺，地質(zhì)結(jié)構簡單，煤層滲透率較高，市場條件優(yōu)越，具有良好的煤層氣開發(fā)前景。
１ 引言
盤江礦務局是中國500家最大工業(yè)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500萬噸，計劃到2000年產(chǎn)煤1000萬噸，2010年產(chǎn)煤2100萬噸，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)儲煤面積2370ｋ平方米，可采煤炭儲量94.8億噸，遠景儲量383億噸，煤炭儲量豐富，開發(fā)前景樂觀。盤江礦區(qū)為高瓦斯礦區(qū)，歷史上曾發(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15900萬立方米，甲烷抽放量為2800萬立方米，抽放率約為17.7%。礦區(qū)煤層氣儲量豐富，總儲量約為1092億立方米，為一中型煤層氣資源區(qū)。隨著盤江礦務局煤炭生產(chǎn)計劃(到2010年，年產(chǎn)煤炭2100萬噸)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(fā)利用計劃，應對盤江礦區(qū)的地質(zhì)構造特點、甲烷生儲特征及分布規(guī)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(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--桂林復向斜內(nèi)，礦區(qū)內(nèi)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(chǎn)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。總體來說，礦區(qū)地質(zhì)構造簡單，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，含煤地層龍?zhí)督M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?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。根美國ASTM分類法，近75%的煤炭儲量屬于中揮發(fā)性煙煤和高揮發(fā)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(qū)大部分煤炭儲量是中揮發(fā)性煙煤，煤層儲氣能力很強，在世界各國，中揮發(fā)性煙煤是眾多煤礦煤層氣開發(fā)項目的選擇煤種，盤江礦區(qū)煤層甲烷含量為12.4～１５.０立方米／噸，甲烷含量梯度為0.352～０.０８４４立方米／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(shù)，但對碎屑巖的調(diào)查結(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)值反映了盤江礦務局各礦實際煤層氣抽放條件的變化范圍，據(jù)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(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量預測
(1)現(xiàn)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2800萬立方米，根據(jù)該回收率，盤江礦區(qū)可回收的煤層氣儲量為193億立方米。
(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(xiàn)有甲烷抽放系統(tǒng)進行系統(tǒng)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(qū)甲烷抽放的平均周期僅占煤礦生產(chǎn)時間的87.3%。通過實施更積極的沿煤層、穿層和采空區(qū)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(chǎn)高質(zhì)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(chǎn)8200萬立方米甲烷。如果盤江礦區(qū)實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甲烷需求的季節(jié)性浮動，那么甲烷的供給量能夠達到156立方米／ｍｉｎ。
2.2.5 礦區(qū)煤層氣儲量
盤江礦區(qū)煤炭資源中的煤層氣資源量為1243億立方米，其中，甲烷量為1092億立方米，占煤層氣總量的87.5%。通過制定先進的甲烷回收戰(zhàn)略，甲烷回收率至少可以達到50%，即可回收甲烷近546億立方米。
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)象時有發(fā)生，瓦斯問題嚴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(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，目前還沒有一項有效的煤層氣利用項目。
盤江礦務局1995年抽放煤層氣2819萬立方米，煤層氣總抽放率為17.7%，抽放強度為61.28立方米／ｍｉｎ，其中通過鉆孔抽放的強度為30.6立方米／ｍｉｎ，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(qū)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(xù)，抽放氣體中的甲烷濃度時有變化。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)煤層氣抽放技術有望在該礦區(qū)應用成功。
4 煤層氣開發(fā)前景
盤江礦區(qū)甲烷含量高，煤層氣儲量豐富，總儲量約有1092億立方米，礦區(qū)內(nèi)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(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，盤江礦務局的煤層氣利用站迄今尚未開始運行，但礦務局已經(jīng)對山腳樹礦的城市煤層氣利用系統(tǒng)進行了可行性研究，該系統(tǒng)擁有容量10，000立方米的煤層氣存儲設備，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(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64，000立方米。
盤江礦區(qū)煤層氣項目開發(fā)計劃如下：
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)部門服務的城市煤層氣利用工程所需煤層氣總量為64，000立方米／ｄ，其中26，000立方米供給8，800戶居民，約36，000立方米供給電廠，這樣，該計劃第一階段的服務范圍將覆蓋12ｋ平方米的面積，煤層氣供給量為140立方米／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中，燃煤層氣發(fā)電廠的選擇設計方案為10MW。根據(jù)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(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，使煤層氣民用服務范圍覆蓋面積達20ｋ平方米。
在發(fā)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(chǎn)能力為150MW，另外，準備建一座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(qū)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(xù)，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(zhì)量的提高和數(shù)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(chǎn)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(chǎn)甲烷8200萬立方米。
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，煤層氣利用基礎設施薄弱，抽放氣體中甲烷濃度低，資金缺乏。
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