瓦斯綜合治理及開發利用技術

摘 要：本文介紹了陽煤集團近年來堅持以抽采鄰近層瓦斯為主，強化推行抽采本煤層瓦斯的綜合治理技術，并不斷探索瓦斯綜合利用的途徑，擴大利用范圍和規模的經驗。

關鍵詞：瓦斯 抽采 鄰近層 綜合治理 利用 CDM

前言

陽泉煤業（集團）有限責任公司是我國最大的無煙煤礦區之一，也是我國著名的高瓦斯礦區。2007年陽煤集團生

產原煤3344萬噸，礦井瓦斯絕對涌出量7.7億m3/a。抽采瓦斯量4.44億m3。

陽泉礦區共含煤15層，煤種以無煙煤為主，煤層傾角10度左右，各煤層均富含瓦斯，噸煤瓦斯含量為7.13～21.73m3/t，煤層瓦斯壓力0.25～2.3Mpa。煤層透氣系數僅為0.017m2/MPa2·d，百米鉆孔自然瓦斯涌出量0.004m3/min，屬低透氣性煤層且有煤與瓦斯突出危險性。

陽煤集團開采煤層瓦斯含量高，煤層自然發火嚴重，煤與瓦斯突出頻繁，建企以來瓦斯累計突出次數6672次，煤與瓦斯突出2972次、噴出3700次。

近年來，隨著開采強度的增大，綜放工作面絕對瓦斯涌出量由原來的30～70m3/min上升到了70～130m3/min，最大達到200 m3/min以上。瓦斯對煤礦安全生產的影響特別嚴重，瓦斯治理的難度非常大。

多年來，陽煤集團形成了一整套比較完整的瓦斯治理技術管理體系，制定并嚴格執行“十大管理制度”，長期堅持“只認瓦斯不認人”安全管理理念。最近我們又提出了“只認預防效果不認人”、“多抽一方瓦斯，多保一份平安”的安全績效理念。

堅持以鄰近層抽采為主的瓦斯綜合治理技術

近年來，陽煤集團全面貫徹國家安全生產標準，堅持“以風定產、先抽后采、監測監控”瓦斯治理“十二字”方針，積極推進“煤與瓦斯共采”模式，不斷優化鄰近層抽采方式，強化本煤層預抽，并開始實施地面抽采。陽煤集團所屬的3、6、8、9號煤層綜采面均采取了以200mm大直徑頂板穿層鉆孔為主、89mm密集頂板穿層鉆孔為附和頂板巖石傾斜高抽巷等抽采技術。

15號厚煤層綜放面采用走向高抽巷和初采期偽傾斜后高抽巷立體抽采鄰近層瓦斯技術。利用“U+I”型通風方式，布置內錯尾巷，治理綜放面回風落山角瓦斯。有效的解決了涉及綜采放頂煤開采技術中有關瓦斯抽采重大關鍵技術難題，技術獨特，適用性強，在陽泉礦區特大瓦斯條件下，綜放工作面達到了年產400萬噸的水平。

通過采用上述抽采技術，鉆孔抽采的單一煤層工作面鄰近層瓦斯抽出率可達50%以上，巷道抽采的厚煤層綜放工作面鄰近層瓦斯抽出率可達85%以上。為了保證抽采措施的落實，每年施工89mm直徑鉆孔14000m，200mm直徑鉆孔22000m，抽采用頂板專用巖石巷道15000m以上。瓦斯抽采系統經過多年努力，井下瓦斯抽采系統正在形成全方位立體綜合抽采格局。全公司共建地面瓦斯抽采泵站12座，井下移動泵站15座，總裝機容量6905KW，單機運行時的最大抽采能力達2954m3/min以上。共鋪設抽采系統管路150Km；截止2007年底，全公司已累計抽采瓦斯45.88億立方米，2005年抽采量3.18億立方米；2006年抽采量3.76億立方米，2007年抽采量達到4.44億立方米（含本煤層抽采0.1023億立方米）。瓦斯抽采量見下圖。積極研究和強化進行高瓦斯低透氣性本煤層預抽。根據國家關于煤礦瓦斯治理“十二字”方針，通過2005和2006年對本煤層瓦斯有效排放影響半徑以及預抽效果科研試驗，從2007年開始，我們對高瓦斯低透氣性煤層回采工作面按照“高起點、正規化、規范化”原則實施強制預抽。凡未按規定進行本煤層打鉆預抽的回采面一律不得生產。

本煤層瓦斯抽采工藝主要是在生產采區建立移動泵站，在工作面專門增設一趟瓦斯管路與本煤層瓦斯抽采鉆孔連通，通過采用井下移動泵利用高負壓對瓦斯鉆孔進行瓦斯預抽。

本煤層瓦斯預抽鉆孔在回風順槽內向工作面打鉆，布置方式分平行布置和扇形布置兩種，孔徑不小于100mm，平行布置孔間距不大于5 m，垂直于順槽。選用單側布孔時，鉆孔深度小于采長15～20m。若采用雙側布孔時，鉆孔深度應大于工作面采長，中部要重疊15～20 m。

2007年度16個回采面進行了本煤層預抽，共打鉆進尺65.8097萬米，平均百米鉆孔抽采量0.051m3/min，瓦斯抽采總量1023萬立方米。

2008年本煤層預抽鉆孔進尺要達到124萬米。抽采量要達到2000萬立方米，抽采水平要上一個大的臺階。

大規模開發建設煤層氣綜合利用工程

陽煤集團抽采并利用煤層氣已有近50年的歷史。經過了局部試用、逐步發展推廣城市燃氣民用和工業應用等三個階段。陽煤集團抽采煤層氣作為主要氣源供給陽泉城市燃氣系統。供氣濃度35%～40%，氣體成分為：甲烷占40.78%，氧氣占11.94%，氮氣占47.28%，熱值為14.65MJ/Nm3，密度為1.052Kg/m3，屬熱值高、雜質少，無腐蝕性的潔凈能源，符合《城市燃氣設計規范》規定的燃氣質量標準。

現建設有六座儲配站，其中50000m3儲氣柜2座、30000m3儲氣柜和20000m3儲氣柜各1座，5000m3儲氣柜2座，總儲配能力16萬立方米。安裝加壓機22臺，加壓機總裝機容量2140KW，最大輸配能力1570m3/d，穩定輸配能力58萬m3/d，敷設中低壓輸配管路791km，建設區域調壓站45座。主要民用煤層氣用戶覆蓋了整個陽泉市區，總數達到12萬戶以上。

2005年建設了我國第一條利用煤層氣作為燃料，年產1200噸永久性磁鐵材料的現代化生產線。2006年開工建設了三個煤層氣發電廠，總發電能力29MW，年發電近2億度。2006年開工還建設了利用礦井煤層氣氧化鋁焙燒項目，年產80萬t/a氧化鋁。2006年開始進行大型工業鍋爐技術改造。首先對陽煤集團二礦2臺20噸鍋爐，由燃煤鍋爐改為煤層氣燃氣鍋爐，有效的改善了陽泉市礦區大氣環境。2006年開始，在陽煤集團辦公大樓、陽煤總院急救中心大樓安裝煤層氣燃氣中央空調。2007年與中科院理化所一起成功的進行了陽煤集團礦井瓦斯液化提純工業性試驗，采用低溫精餾法低溫分離技術，直接生產出高純度液態瓦斯。

陽煤集團煤層氣抽采量已經由2000年的1億立方米發展到2007年的4.44億立方米，民用煤層氣利用量9554.24萬立方米，發電煤層氣利用量1550.95萬立方米，氧化鋁煤層氣利用量7236.29萬立方米，其他工業用戶煤層氣利用量1500萬立方米，所有已經建成和已經改造的煤層氣利用工程項目年利用量達到1.98億立方米，利用率44.6%，是目前國內綜合利用煤層氣（瓦斯）技術領域最多最廣泛，綜合利用量最大的煤礦企業。

陽煤集團在國際二氧化碳減排交易市場，已成功注冊CDM減排項目：已經建設投運的利用煤層氣作燃料的80萬噸/年氧化鋁項目，一個減排期（6年）可實現二氧化碳減排交易收入2700萬歐元，每年可獲得減排效益4500萬元人民幣；已經投運三個煤層氣發電項目，一個減排期（6年）可獲得二氧化碳減排交易收入3300萬歐元，每年可獲得5500萬元人民幣。經濟和社會效益非常明顯。

不斷加強煤層氣開發利用創新技術

為促進陽煤集團企業持續健康發展，堅持以企業和社會需要為導向，加快煤層氣抽采和利用產業化步伐，積極開展煤層氣液化，提純壓縮等技術攻關，拓展煤層氣深加工利用途徑。

2007年陽煤集團投資2300萬元，在石港礦井研究地面羽狀水平井抽采煤層瓦斯試驗研究，探索陽泉礦區主采煤層地面抽采的可實施性及其抽采效果，以實現真正意義上的先抽后采的目標，保證回采時煤層瓦斯含量達到國家要求的標準。2008年投資1.2億元在石港礦建設年產2萬噸液化（LNG）瓦斯氣工廠，形成產業化規模，可向周邊地區提供優質液化煤層氣。為陽泉市及周邊地區城市公交車、出租車提供低成本液化瓦斯氣，以氣代油。2008年利用ECU智能電子控制、正壓、單點噴射供氣技術，將集團公司部分排矸用和大型客運用柴油車改裝為“柴油、煤層氣”（LCNG）雙燃料汽車。

結束語

近幾年，陽煤集團高度重視瓦斯治理工作，不斷創新瓦斯抽采和利用技術，不僅對充分利用陽煤集團煤瓦斯資源，優化能源消費結構，減少溫室氣體(甲烷)排放，保護大氣環境，提高人民生活質量，避免煤礦瓦斯事故具有極其重要意義。同時對推動我國煤層氣（瓦斯）資源的大規模商業化利用也將起到積極的示范作用，具有顯著的經濟效益、社會效益和環境效益。

作者簡介：游浩，1983年畢業于阜新礦院礦建專業，現任陽煤集團總工程師、高級工程師。