煤与煤层气共采技术——在晋煤集团的应用研究 煤与煤层气共采技术——在晋煤集团的应用研究

煤与煤层气共采技术——在晋煤集团的应用研究

  • 期刊名字:洁净煤技术
  • 文件大小:279kb
  • 论文作者:都海龙
  • 作者单位:中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,晋城无烟煤矿业集团有限责任公司
  • 更新时间:2020-09-18
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论文简介

转化利用, 如R1中胞=好.1in4 wr堞与煤层气共采技术在胥煤集团的应用研究都海龙1,21.中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院,北京100083;2.晋城无烟煤矿业集团有限责任公司,山西晋城048006)摘要:介绍了煤与煤层气共采技术的形成与发展,阐述了煤与煤层气共采技术的内涵与外延,并以晋城煤业集团经验及成果为例对实现煤气共采的技术进行了详细论述,对今后煤炭开采与煤层气开发的紧密结合提出了建议。关键词:煤;煤层气共采;应用研究中图分类号:TD845文献标识码:A文请编号:1006-6772(2007 )06-0032 -03煤炭工业以采煤为主的产业理念根深蒂固,尽1煤与煤层 气共采技术的内涵和外延管煤矿瓦斯抽放已有半个多世纪悠久历史,但煤炭工业界总是习惯地将瓦斯抽采作为煤矿瓦斯治理的1.1技术体系一项专项措 施,其出发点是治理煤矿瓦斯,保障煤矿按卸压瓦斯的来源及卸压瓦斯抽放方法的不安全生产。通常情况下,煤矿瓦斯抽采只注重瓦斯同,构建了“煤与煤层气共采”技术体系如图1所治理效果,很少关注所谓的资源与环境,因此导致许示。煤、气共采为有效地开发和利用同源同体的煤多煤矿抽采出的煤层气未被利用。而煤层气开发则炭资源和煤层气资源,必须坚持统筹规划,煤炭资源相反,多数项目只注重采取获利,没有真正考虑未来和煤层气资源共采的原则。切实做到以煤炭开采为煤矿开采的安全问题,无论是区块优选还是开发技中心,建立采煤采气一体化开发模式。术方案都没有真正体现所谓的安全与环境。深层开来.晋煤集团在国内率先在寺河煤矿完成了煤层气开发的商业化过程,从勘探、开发试验、大规模开发尿动形成裂明到集输和利用。由于晋煤集团实施寺河煤矿煤层气厂 采动区「. 相邻未采店覆煤园采空区]开发的初衷是所谓的煤矿瓦斯超前地面预抽,因此瓦斯卸压动瓦斯卸压 瓦斯卸压 积聚瓦斯项目的本质是-一个地地道道的采煤采气一体化示范地面钻井抽放进下钻孔抽放工程项目。这一示范工程的成功,为中国能源工业谋层气开采创立了一种资源高效开发模式。采煤采气- -体化的圈1“煤与煤层 气共采”技术体系实施,从根本上改变了以往的煤层气开发和煤炭开采的传统做法。煤炭工业不再将瓦斯抽采作为专项1.2煤与煤层气共采措施,煤层气地面开发也不再作为单纯的可燃烃类煤层普遍具有变质程度高、渗透率低、压力小和气体资源的开发,而是将瓦斯抽采和煤层气开发视含气饱和度低的特点,70%以上煤层的渗透率小,这为煤矿安全生产体系的重要组成部分。对开展煤尼气采前预地极为不利_实践表明, -且中国煤化工收稿日期:2007-08 -02YHCNMHG作者简介:都海龙(1977 -),男,山西沁水人,1997年毕业于中国矿业大学采矿工程专业,采矿工程师,山西晋城煤业集团技术中心工作,现于中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院就读工程硕土。3《洁净煤技术)2007年第13卷第6期转化利用. 全国中文核心期刊矿业类核心期刊(CAJ-CD规范}执行优秀期刊-煤层开采引起岩层移动,即使是渗透率很低的煤层,有一定优越性。一是从安全角度讲,因为人不直接其渗透率也将增大数十倍至数百倍,这就为煤层气接触瓦斯,地面压裂抽放比井下打钻抽放更安全。运移和开采创造了条件.因而,卸压煤层气抽放将是二是经济方面讲,虽然初期投人较大,一口抽气井的煤层气开采的重要途径。目前,卸压瓦斯抽放总体施工预算为130万元。但是节省了井下通风及瓦斯上仍存在抽出率低及钻孔工程量大的问题,瓦斯总抽放的巨额费用,保证了矿井的安全开采,所产生的体抽出率仅为23%。如何基于岩层移动规律进行安全效益和社会效益是井下抽采不可比拟的。卸压瓦斯抽放方案的优化、提高瓦斯采出率将是中尽管煤层气开发的目的不同,但从技术层面看国煤矿卸压瓦斯抽放进- -步研究的主要方向。 基于煤矿瓦斯地面预抽与煤层气地面开发完全是一样煤矿绿色开采思想提出的“煤与煤层气共采"的基的,其区别在于开发的位置。煤矿瓦斯地面预抽是本观点为:将煤层气作为一种资源,充分利用采煤过在未来3 ~5a将要采煤的区域抽采煤层气,煤层气程中岩层移动对瓦斯卸压作用并根据岩层移动规律地面开发则是在远离煤矿的煤层气富集区开采煤层来优化抽放方案、提高抽出率,在煤层开采时形成采气资源。随着多分支水平井技术的发展,为煤层气煤和采煤层气2个完整的开采系统,即形成“煤与开发提供了更多的开发方式选择。煤层气共采"技术,从采掘部署上把瓦斯抽放当作(1)根据直井压裂开采所特有的生产年限长、正规的开采工艺流程,从时间、空间与资金上给予保日产量低的特点,可以利用直井压裂开发模式形成证,对抽放瓦斯进行利用。长时期的稳定产能。1.3 井下抽采与地面开发并举、分区实施(2)根据多分支水平井具有单井产量高特点,从煤气共采的角度,可根据煤矿开采规划的区实现短时期提升煤层气开发项目产能的目的。根据划,可分为采空区、煤矿生产区、近期煤炭开采区和开发区的煤层气地质条件、地形地貌特征、国内目前煤矿规划区。由于不同区域的煤层气资源条件和开具备的设备条件和工艺技术水平,可根据每口井的发条件差异较大,因此煤层气开发应采取不同的开具体条件设计单翼、双翼、三翼、四翼等各种类型多发模式和开发技术如图2所示。分支水平井。2004年,寺河矿在全国首次采用煤与煤层气共采空区抽采井下钻孔抽采采技术,采用网格布置方式,成功地完成了寺河矿井煤矿采空生产区北区30口新气井的钻井、压裂工作,开始产气,全年区I排采气量538万m'。到2006年5月20日,煤层气近期规划区地面钻井开采开采区煤层气地面开采井总数为443口,累计抽放总量达到6185. 17万m',其中目前日抽放量在13000m'左右。图2煤与煤层气共采阶段划分及开发模式2.2井 下煤层气抽采煤矿井下瓦斯抽采是一种重要的“煤层气开发"方式,早已被广泛应用于众多的高瓦斯矿井。,2煤与煤层气共采技术通过半个多世纪的发展,煤矿井下瓦斯抽采技术已无论是为了治理煤矿瓦斯而实施的煤矿井下煤形成了较为完善的系列技术。层气抽采、采动区抽采和地面预抽,还是煤层气商业2.2.1巷道 掘进抽采开采,都必须纳人到煤与煤层气共采的轨道。由于在巷道掘进过程中,进行有计划的煤层气抽采煤层气抽采目的、抽采对象、抽采条件和资源条件的不仅可以有效解决高瓦斯矿井掘进过程中的瓦斯超不同,煤层气开发(瓦斯抽采)可分为煤矿井下抽限现象,而且为以后工作面回采和抽采做好了准备采、采动区抽采和地面开发。工作,在安全和效益上都有益处。2.1 地面抽采以寺河矿为例,该矿为高瓦斯矿井,新暴露的煤在井田采动之前,布置地面钻孔,对原始煤体进体百米巷道瓦斯涌出量0.3 ~0.6 m'/min。如遇地行预抽放。主要工艺流程是钻井、压裂和排采。通质构中国煤化工斯涌出可达10~过在地面打垂直井穿透所抽煤体,采取增产强化措5mMHCN M H ?m顺槽掘进仅靠施(压裂)手段使煤体裂隙增加,可抽放半径加大,通风根本兀法解决凡斯问题,必须采取抽采措施来预抽煤体中的瓦斯。相对于井下抽采,地面抽采具降低瓦斯涌出量。在巷道帮上每隔200 m布置钻煤与煤层气共采技术在晋煤集团的应用研究.转化利用场,钻场内扇型布置钻孔,钻孔布置示意图如图3所示,减少掘进头瓦斯涌出和巷道煤壁的瓦斯涌出实煤层5煤层气煤层气电力践证明,抽采效果明显,独头巷瓦斯涌出量由最大9采家图抽放系统-气相(-[地面风井热风坍~ 10 m'/min降到S m'/min以下,保证了安全掘进。民用]圈4煤层气利用工艺流程采动区瓦斯抽采是- -种特殊的抽采方式,其技术要点包括;采煤前在采煤工作面中央施工大口径直井(非抽采层段和含水层段套管固井,抽采层段采用筛管完井或裸眼完井),充分利用采煤后在采煤上圉3钻孔布置示意方的采动影响区来抽采主采煤层和上覆煤层及上覆2N,3N,4N-巷道编号:1一 抽放钻孔;地层中的煤层气,从而降低采煤工作面和井下巷道2一阀门;3- -抽放管路;4- 负压放水器的瓦斯浓度,以获得防治煤矿瓦斯灾害和开发煤层2.2.2回采 工作面抽采气资源的双重效益。晋煤集团的主采煤层为3号煤层,该煤层的可3结论与建议抽性较好,加上矿井煤层气主要来自煤体本身,3号煤层又是厚煤层,所以工作面抽采以本煤层顺层布通过煤与煤层气共采技术的应用研究,形成如置钻孔抽采为主,采空区抽采为辅。通过提高封孔下结论和建议:质量增加孔口抽采负压,加强卸压布置瓦斯抽采。(1)由于能源形势和煤矿安全生产的需要,全寺河矿仅- -个综采大采高工作面抽采煤层气量就可面推广 煤与煤层气共采势在必行。达60 ~70 m'/min,抽出率高达40%。(2)煤与煤层气共采的理念是“安全一资2.2.3采空区抽采源一环境”。采面回采过程中随着工作面推进,采空区面积(3)煤层气开发必须坚持地面开发与井下抽采不断扩大,采空区丢煤瓦斯及邻近煤层瓦斯的涌入并举的方针,确保煤矿安全生产。等使采空区瓦斯浦出量也迅速增加,不仅严重影响(4)尽可能实施一井多用战略(采前抽、采动正常生产,而且造成资源浪费。,抽、采后抽) ,实现煤层气高效抽采。根据对成庄矿回采工作面瓦斯涌出分析,采空(5)建议各个煤矿根据当地的煤层特征和煤层区瓦斯涌出占到工作面总瓦斯涌出量的54. 73% ~气资源条件,选用合适的煤层气抽采技术进行抽采,77.1 1% ,平均66.5%。成庄矿在3308工作面进切莫盲目仿效。行了封闭尾巷抽放采空区瓦斯试验。在工作面尾巷(6)建议煤层气地面开发企业认真考察地面开敷设D300mm玻璃钢管,抽放管路与矿井抽放系统发条件,采取适宜的开发技术,应尽可能地考虑未来连通,将尾巷分段密闭,通过尾巷深部联络巷对采空煤矿开采问题。区瓦斯进行抽放。3308 工作面风排瓦斯涌出量下参考文献:降34% ,工作面配风量也分别下降25. 2%。目前,成庄煤层气抽放系统就分为煤层气抽放[1]钱鸣高,许家林,缪协兴. 煤矿绿色开采技术[J].中国和采空区煤层气抽放2套系统,抽放浓度达55%,矿业大学学报,2003.目前纯煤层气抽放量为56. 6 m'/min,每天纯煤层[2]许家林,钱鸣高. 地面钻井抽放上覆远距离卸压煤层气抽放量大约为10万m'左右,既能满足矿井安全气试验研究[J].中国矿业大学学报2000生产的需要,又能为煤层气利用系统提供高纯度煤[3]钱鸣高,缪 协兴,许家林,等.岩层控制的关键层理论[M].徐州:中国矿业大学出版社,0030层气量。其利用工艺流程图如图4所示。[4]许家林,钱鸣高.金宏伟基于岩层移动的“煤与煤层2.3 - -井 多用、高效抽采与采动区抽采中国煤化工,2004.4通过地面煤层气开发与井下瓦斯抽采相结合和一井多用(采前抽 采动抽采后抽) ,实现煤层气高PHCNMH G效抽采,以建立先进的安全高效的绿色矿山。煤矿. (下转第69页)34《法净煤技术)2007年第13卷第6期煤质技术全国中文核心期刊矿业类核心期刊《CA- CD规范}执行优秀期刊一3] Anne-Gaelle Collot. Matching gasication technologiee toI Research and development on high-temperature gsif-coal properties [J]. International Joumal of Coal Geolo-cation technology of woody biomass for fuel cell powergy, 2006, 65(3-4): 191 ~212. .generation proces [M], Kagaku Ronbunshu, 2004,[4] Xiagjang wU, Nobusuke KOBAYASHI, Guilin PIAO,Vol.30, No.3 :385 -390.Yochinoni ITAYA, Shigekatsu MORI. Discusion of Chi- [6]Guilin PIAO, Michihiko HAMAI, Motohiro KONDO,nese coal resources and coal gasifcation process with highYoshinori ITAYA, Shigekatsu MORI. Research and de~ash fusion temperature coal [J]. The 43th coal confer-velopment on gasification technology of organic waste ma-ence in Japan. KAOCL. 2006,10:53 ~54.terial( 0WM)by using entrained-Low [J]. Jourmal of the[5] Guilin Piao, Agung Sri HENDARSA, Yasuo ADACHI,Japan Instiute of Energy, 2003 ,82 : 671 -678.Yoshinoni ITAYA, Michihiko HAMAI, Shigekatsu MOR-Change of ash fusing characteristic in char gasificationWEI Liang' , ZHANG Zhong xiao' , WU Xa-jang'2 , PIAO Gui-lin2 ,Nobusuke Kobayashi' , Shigekatsu Mori? ,Yoshinori Iatya2(1. Deartment of Poner Energy( University of Shanghai for Science and Tehnlogy) , Shanghai 20093, China; .2. Department of Chemical Enginering(Nagoya Unitersity) , Nagoya 464 - 8603, Japan)Abstract:Two typical coals which one is high ash fusion temperature coal and the other is low ash fusion tempera-ture, were selected for being gasified in oxygen , carbon dioxide and steam separately with using TGA - 51H. Theprocess of melting char was studied under various gasification conditions with SEM and mechanism of that was ana-lyzed with EDX. The results showed that ash melting point in deoxidized atmosphere was lower than that in oxida-tion atmosphere; Comparison on ash fusibility temperature was made between gasification in coal-COz reducing at-mosphere and in coal-H20 reducing atmosphere, of which result showed that ash fusibility temperature in coal-CO2reducing atmosphere is lower. Due to the intense decalescence that most of heat was supplied to gasification, it isthe reason of high ash fusibility temperature that there is hardly any Ca and Fe can be deoxidized in gasification.Keywords: coal gasification; gasification reagent; ash fusibility(上接第 34页)The application research about the coal and coalseam gas technology in Jinmei GroupDU Hai-long'"(1. Resource and sofety enginering cllge of Chinese Mining University( Beijing) , Bejing 10083 ,China;2. Jincheng anthracie mining group limied labliy company, Jincheng 048006 ,China)Abstract: The text explains the form, development and connotation and extension of the coal and coal seam gastechnology, and ilustrates the technology of coal and gas picki中国煤化工rience and fruit ofJincheng Coal Group, at the same time, it also brings forward suYHCN M H Gation of the coal 0-pening and coal gas opening.Keywords:coal and coal gas opening together; technology; application research煤焦气化反应过程中灰的熔融特性变化59.

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