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盤江礦區(qū)煤層氣資源及開發(fā)前景
【摘要】盤江礦區(qū)煤炭資源儲(chǔ)量豐富,2370km?2井田范圍內(nèi),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(zhì)煙煤為主,煤層儲(chǔ)氣能力強(qiáng),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(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(chǔ)條件,目前盤江礦務(wù)局已制定了一套完整的煤層氣開發(fā)利用計(jì)劃。本區(qū)煤層埋藏較淺,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,煤層滲透率較高,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(wù)局是中國500家最大企業(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(wù)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t,計(jì)劃到2000年產(chǎn)煤1000萬t,2010年產(chǎn)煤2100萬t,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(chǔ)煤面積2370km?2,可采煤炭 儲(chǔ)量94?8億t,遠(yuǎn)景儲(chǔ)量383億t,煤炭?jī)?chǔ)量豐富,開發(fā)前景樂觀。盤江礦區(qū)為 高瓦斯礦區(qū),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m?3,甲烷抽放量為2800萬m?3,抽放率約為17?7 %。礦區(qū)煤層氣儲(chǔ)量豐富,總儲(chǔ)量約為1092億m?3,為一中型煤層氣資源區(qū)。 隨著盤江礦務(wù)局煤炭生產(chǎn)計(jì)劃(到2010年,年產(chǎn)煤炭2100萬t)的實(shí)施,甲烷抽放 、利用工作的進(jìn)一步加強(qiáng)和提高已迫在眉睫,為了制定合理的甲烷開發(fā)利用計(jì)劃 ,應(yīng)對(duì)盤江礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)、甲烷生儲(chǔ)特征及分布規(guī)律、目前甲烷抽放的技 術(shù)狀況、水平等進(jìn)行細(xì)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(fù)向斜內(nèi),礦區(qū)內(nèi)的采掘工程都是沿著 與復(fù)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(gòu)造線在極淺部進(jìn)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(gòu)造上進(jìn)行?傮w來 說,礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)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(jì),含煤地層龍?zhí)督M下伏晚二疊紀(jì)玄武巖 組,與之成不整合接觸;上覆三疊紀(jì)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(hào)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。根據(jù)美國ASTM分類法,近75%的煤炭?jī)?chǔ)量屬于中揮發(fā)性煙煤和高 揮發(fā)性煙煤。煤炭總儲(chǔ)量中29%為煉焦煤,而69%為動(dòng)力煤。 2?2 煤層氣資源 2?2?1 煤層氣儲(chǔ)層特征 盤江礦區(qū)大部分煤炭?jī)?chǔ)量是中揮發(fā)性煙煤,煤層儲(chǔ)氣能力很強(qiáng),在世界各國 ,中揮發(fā)性煙煤是眾多煤礦煤層氣開發(fā)項(xiàng)目的選擇煤種,盤江礦區(qū)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(chǔ)氣特征的有關(guān)具體參數(shù), 但對(duì)碎屑巖的結(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(chǔ)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(wù)局各 礦實(shí)際煤層氣抽放條件的變化范圍,據(jù)盤江礦務(wù)局有關(guān)人員稱,3號(hào)煤層和5號(hào)煤 層滲透率低,屬于難抽放煤層;17、18、19、26號(hào)煤層滲透率中等,屬于可抽放 煤層;12、20號(hào)煤層的滲透率最大,屬于易抽放煤層。 2?2?3 儲(chǔ)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(chǔ)量預(yù)測(cè) (1)現(xiàn)有條件下可回收的煤層氣資源量 1995年盤江礦務(wù)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(jù)該回收率,盤江礦區(qū)可回收的煤層氣儲(chǔ)量為193億m?3。 (2)回收工藝改進(jìn)后的煤層氣資源可回收量 人們相信,通過對(duì)現(xiàn)有甲烷抽放系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的研究,能夠找到大大提高甲 烷抽放技術(shù)和應(yīng)用工藝有效性的方法。僅僅為大量甲烷提供一種用法,就會(huì)使礦 井的甲烷抽放全天運(yùn)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(shí)間 的87?3%。通過實(shí)施更積極的沿煤層、穿層和采空區(qū)甲烷抽放技術(shù),可以回收更 多的甲烷,目前盤江礦務(wù)局正在考慮實(shí)施末采煤層的甲烷地面抽放技術(shù),該技術(shù) 能生產(chǎn)高質(zhì)量甲烷。同時(shí),地面垂直井與定向水平長(zhǎng)鉆孔瓦斯抽放技術(shù)也應(yīng)當(dāng)在 考慮之中。 技術(shù)水平的提高和礦井甲烷抽放的不間斷進(jìn)行將使甲烷抽放率很容易達(dá)到50 %,甲烷抽放率的提高將使盤江礦務(wù)局每年生產(chǎn)8200萬m?3甲烷。如果盤江礦 區(qū)實(shí)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(yīng)甲烷需求的季節(jié)性浮動(dòng),那么甲烷的供給量能夠達(dá)到156m?3/mi n。 2?2?5 礦區(qū)煤層氣儲(chǔ)量 盤江礦區(qū)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(jìn)的甲烷回收戰(zhàn)略,甲烷回收率 至少可以達(dá)到50%,即可回收甲烷近546億m?3。
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(duì)生產(chǎn)礦井有3對(duì)為瓦斯突出礦井,瓦斯涌出
超限現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,瓦斯問題嚴(yán)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(wù)局多年來一直致力于煤層氣抽放工作,迄今為止,盤江礦務(wù)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(cè)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(xiàng)有效的煤層氣利用項(xiàng)目。
盤江礦務(wù)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(qiáng)度為61?28m?3/min,其中通過鉆孔抽放的強(qiáng)度為30?6m?3/m
in,其余的是通過上伏煤層中的預(yù)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(duì)抽放煤層氣進(jìn)行利用,所以各礦的煤層氣抽放時(shí)斷時(shí)續(xù)
,抽放氣體中的甲烷濃度時(shí)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(yù)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(shù)有望在該礦區(qū)應(yīng)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(chǔ)量豐富,總儲(chǔ)量約有1092億m?3,礦區(qū)內(nèi)
煤層多,分布廣,儲(chǔ)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(wù)局的煤層氣利用站迄今尚未開始運(yùn)行,但礦務(wù)局已經(jīng)對(duì)山腳
樹礦的城市煤層氣利用系統(tǒng)進(jìn)行了可行性研究,該系統(tǒng)擁有容量?10,000m?
3?的煤層氣存儲(chǔ)設(shè)備,在老屋基礦、山腳樹礦和月亮田礦各有一個(gè)儲(chǔ)氣罐,同
時(shí),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(dá)?
64,000m?3。?
盤江礦區(qū)煤層氣項(xiàng)目開發(fā)計(jì)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(wù)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(jì)劃第一階段的服務(wù)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(chǎn),另一座18MW的燃
煤電廠正在建設(shè)中,燃煤層氣發(fā)電廠的選擇設(shè)計(jì)方案為10MW。根據(jù)1996年的資料
,電價(jià)為0?40元/kWh,從1997年開始,電價(jià)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(wù)范圍覆蓋面積達(dá)20km?2。
在發(fā)電廠方面,1996年9月火鋪礦開始上馬50MW燃煤電廠項(xiàng)目,該電廠最終
的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為150MW,另外,準(zhǔn)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(jì)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(shù)最有望獲得成功。其它方法,例如在上順槽用可移動(dòng)隔流
鑲齒導(dǎo)管從采空區(qū)直接抽放甲烷,也應(yīng)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(shè)施,目前盤江礦務(wù)局各礦甲烷抽放時(shí)斷時(shí)續(xù),抽
放氣體中的甲烷濃度也時(shí)有變化,上述的甲烷利用計(jì)劃將促進(jìn)抽放甲烷質(zhì)量的提
高和數(shù)量的增加。
目前,盤江礦務(wù)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(shí)間的87?3%,一項(xiàng)目標(biāo)為將瓦斯抽放率提高到50%的計(jì)劃將使盤江礦務(wù)局年
產(chǎn)甲烷8200萬m?3。
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(chǎng)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(chǔ)設(shè)施薄弱,抽放氣體中甲烷濃度低,資金缺乏。
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