盘江矿区煤层气资源及开发前景

      １ 引言

      盘江矿务局是中国500家最大工业企业之一，是贵州省重要的煤炭企业，共有职工25000名。盘江矿务局现有5座煤矿，其中3座为瓦斯突出矿井，年产煤炭近500万ｔ，计划到2000年产煤1000万ｔ，2010年产煤2100万ｔ，所产煤炭为低硫、低灰、高发热量烟煤和无烟煤。盘江矿区储煤面积2370ｋｍ２，可采煤炭储量948亿ｔ，远景储量383亿ｔ，煤炭储量丰富，开发前景乐观。盘江矿区为高瓦斯矿区，历史上曾发生过瓦斯突出事故7次，瓦斯爆炸事故1次。1995年全矿区甲烷涌出量为15900万ｍ３，甲烷抽放量为2800万ｍ３，抽放率约为17 7%。矿区煤层气储量丰富，总储量约为1092亿ｍ３，为一中型煤层气资源区。随着盘江矿务局煤炭生产计划(到2010年，年产煤炭2100万ｔ)的实施，甲烷抽放、利用工作的进一步加强和提高已迫在眉睫，为了制定合理的甲烷开发利用计划，应对盘江矿区的地质构造特点、甲烷生储特征及分布规律、目前甲烷抽放的技术状况、水平等进行细致的研究。

      2 盘江矿区地质概况及煤层气资源

      21 矿区地质、煤层条件

      盘江矿区位于云南--贵州--桂林复向斜内，矿区内的采掘工程都是沿着与复向斜轴近似平行的向斜翼展布，四座煤矿位于盘官向斜西翼，一座煤矿位于土城向斜北翼。向斜翼部的开采工作沿构造线在极浅部进行，翼部地层产状平缓，倾角为10°～３０°，翼部宽阔，使开采工作犹如在单斜构造上进行。总体来说，矿区地质构造简单，内有大断层和小型褶曲破坏了煤层的连续性。盘江矿区的开采煤层形成于晚二叠纪，含煤地层龙潭组下伏晚二叠纪玄武岩组，与之成不整合接触；上覆三叠纪飞仙官组，与之成整合接触。龙潭组包括砂岩、粉砂岩、页岩和煤层，含煤地层由互层的砂岩、页岩、煤层、薄层粉砂岩组成，沉积序列自上到下明显由陆相沉积为主过渡到滨海沉积，下伏玄武岩组由块状石灰石层组成。含煤地层共含煤20～３０层，其中可采层10～１５层，可采煤层总厚度为15～３０ｍ，煤层最大间距20ｍ，煤层倾角10°～３０°。根据我国煤质牌号分类法，盘江矿区的煤种属气煤～无烟煤，以气煤、肥煤、气肥煤为主。根据美国ASTM分类法，近75%的煤炭储量属于中挥发性烟煤和高挥发性烟煤。煤炭总储量中29%为炼焦煤，而69%为动力煤。

      ２２ 煤层气资源

      ２２１ 煤层气储层特征盘江矿区大部分煤炭储量是中挥发性烟煤，煤层储气能力很强，在世界各国，中挥发性烟煤是众多煤矿煤层气开发项目的选择煤种，盘江矿区煤层甲烷含量为124～１５０ｍ３／ｔ，甲烷含量梯度为0352～００８４４ｍ３／t／ｍ(埋深)。虽然无法取得与煤层互层的碎屑岩储气特征的有关具体参数，但对碎屑岩的调查结果表明，这些岩石都没有硅化，裂隙还处于开裂状态，所有这些都显示了碎屑岩有利的潜在储气特征。

      ２２２ 矿区各煤层渗透率盘江矿区煤层渗透率为010～１６５ｍｄ，该数值反映了盘江矿务局各矿实际煤层气抽放条件的变化范围，据盘江矿务局有关人员称，3号煤层和5号煤层渗透率低，属于难抽放煤层；17、18、19、26号煤层渗透率中等，属于可抽放煤层；12、20号煤层的渗透率最大，属于易抽放煤层。

      223 储气层和围岩的水文特征盘江矿区含煤地层出露的含水层是玄武岩组的碳酸岩岩层，它们处于含煤地层的下部，不是煤矿的涌水源。由于含煤地层有非渗透性岩层，而且非渗透岩层将含煤地层同含水层隔开，所以开采过程中，矿井涌水量非常小。

      224 可回收的煤层气资源储量预测(1)现有条件下可回收的煤层气资源量1995年盘江矿务局释放煤层气的总回收率为177%，甲烷回收总量为2800万ｍ３，根据该回收率，盘江矿区可回收的煤层气储量为193亿ｍ３。(2)回收工艺改进后的煤层气资源可回收量人们相信，通过对现有甲烷抽放系统进行系统的研究，能够找到大大提高甲烷抽放技术和应用工艺有效性的方法。仅仅为大量甲烷提供一种用法，就会使矿井的甲烷抽放全天运行，目前，盘江矿区甲烷抽放的平均周期仅占煤矿生产时间的873%。通过实施更积极的沿煤层、穿层和采空区甲烷抽放技术，可以回收更多的甲烷，目前盘江矿务局正在考虑实施末采煤层的甲烷地面抽放技术，该技术能生产高质量甲烷。同时，地面垂直井与定向水平长钻孔瓦斯抽放技术也应当在考虑之中。技术水平的提高和矿井甲烷抽放的不间断进行将使甲烷抽放率很容易达到50%，甲烷抽放率的提高将使盘江矿务局每年生产8200万ｍ３甲烷。如果盘江矿区实施甲烷抽放的各煤矿能够通过甲烷管道输送系统连成一体，而且甲烷的贮存能够适应甲烷需求的季节性浮动，那么甲烷的供给量能够达到156ｍ３／ｍｉｎ。

      225 矿区煤层气储量盘江矿区煤炭资源中的煤层气资源量为1243亿ｍ３，其中，甲烷量为1092亿ｍ３，占煤层气总量的875%。通过制定先进的甲烷回收战略，甲烷回收率至少可以达到50%，即可回收甲烷近546亿ｍ３。

      3 盘江矿区煤层气开发现状

      盘江矿区属高瓦斯矿区，区内5对生产矿井有3对为瓦斯突出矿井，瓦斯涌出超限现象时有发生，瓦斯问题严重地制约了煤矿的安全、高效生产，为了解决这一问题，盘江矿务局多年来一直致力于煤层气抽放工作，迄今为止，盘江矿务局所属5座煤矿中，有4座建立了煤层气抽放站，5座矿井全部安装了瓦斯监测系统，但所有这些煤层气抽放工作都不是以赢利为目的，都是为了保障煤矿安全生产、减少人员伤亡事故、提高煤矿生产能力。煤层气利用尚处于起步阶段，目前还没有一项有效的煤层气利用项目。盘江矿务局1995年抽放煤层气2819万ｍ３，煤层气总抽放率为177%，抽放强度为6128ｍ３／ｍｉｎ，其中通过钻孔抽放的强度为306ｍ３／ｍｉｎ，其余的是通过上伏煤层中的预排巷道抽放，抽放气体中的甲烷浓度为3199%。由于盘江矿区没有对抽放煤层气进行利用，所以各矿的煤层气抽放时断时续，抽放气体中的甲烷浓度时有变化。目前矿区各矿所用的抽放方法有两种，一是通过钻孔抽放煤层气，另一种是通过上伏煤层中的预排巷道抽放煤层气。由于煤层的渗透性低，煤层气抽放效果不佳，采空区煤层气抽放技术有望在该矿区应用成功。

      4 煤层气开发前景

      盘江矿区甲烷含量高，煤层气储量丰富，总储量约有1092亿ｍ３，矿区内煤层多，分布广，储量大，煤层间距小，适合于多煤层的煤层气联合开发，煤种以中、高变质烟煤为主，含气丰富，有利于煤层气开发。虽然，盘江矿务局的煤层气利用站迄今尚未开始运行，但矿务局已经对山脚树矿的城市煤层气利用系统进行了可行性研究，该系统拥有容量10，000ｍ３的煤层气存储设备，在老屋基矿、山脚树矿和月亮田矿各有一个储气罐，同时，该系统还有一套与3座矿井(老屋基矿、山脚树矿和月亮田矿)8，800户居民相连的煤层气输送管道网，该工程第一阶段完工后，甲烷需求量每天将达64，000ｍ３。盘江矿区煤层气项目开发计划如下：第一阶段 开发利用老屋基矿、山脚树矿和月亮田矿的煤层气资源为城市居民和工业部门服务的城市煤层气利用工程所需煤层气总量为64，000ｍ３／ｄ，其中26，000ｍ３供给8，800户居民，约36，000ｍ３供给电厂，这样，该计划第一阶段的服务范围将覆盖12ｋｍ２的面积，煤层气供给量为140ｍ３／ｍｉｎ。在电厂方面，老屋基矿一座12MW的燃煤电厂正在正常生产，另一座18MW的燃煤电厂正在建设中，燃煤层气发电厂的选择设计方案为10MW。根据1996年的资料，电价为040元/kWh，从1997年开始，电价将为035～０４0元／ｋWｈ。第二阶段 开发利用火铺矿、稼祥矿和山脚树矿的煤层气资源除第一阶段已供煤层气的8，800户居民外，再为另外8，800户居民提供民用煤层气，使煤层气民用服务范围覆盖面积达20ｋｍ;在发电厂方面，1996年9月火铺矿开始上马50MW燃煤电厂项目，该电厂最终的设计生产能力为150MW，另外，准备建一座10MW的燃煤层气发电厂，其目的是用煤层气取代低发热值的煤为发电厂所用，所发电能将满足矿区内部所需。第三阶段 开发利用土城矿和另一座新建矿井的煤层气资源计划在土城矿建两座10MW的燃煤层气发电厂，并在新建矿井建一座10MW的燃煤层气发电厂。

      5 结论

      盘江矿区煤层的低渗透性制约了开采层采前甲烷予抽放效果，目前正在使用的采空区甲烷抽放技术最有望获得成功。其它方法，例如在上顺槽用可移动隔流镶齿导管从采空区直接抽放甲烷，也应被采用，这将使甲烷抽放量明显增加。由于抽放的甲烷缺乏利用设施，目前盘江矿务局各矿甲烷抽放时断时续，抽放气体中的甲烷浓度也时有变化，上述的甲烷利用计划将促进抽放甲烷质量的提高和数量的增加。目前，盘江矿务局甲烷抽放率约为19%，本年度甲烷抽放周期占全年煤矿生产时间的873%，一项目标为将瓦斯抽放率提高到50%的计划将使盘江矿务局年产甲烷8200万ｍ３。盘江矿区煤层气开发的有利条件是，煤层气资源丰富，回收率易于提高，煤层气利用市场大。其不利因素是，煤层气开发利用尚处于煤层气开发的起步阶段，煤层气利用基础设施薄弱，抽放气体中甲烷浓度低，资金缺乏。