浅谈影响煤层气利用率的因素

科技情报开发与经济　文章编号：ｌ００５—６０３３（２叭Ｏ）０７—０１４０—０３　ＳＣＩ—ＴＥＣＨ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ＆ＥＣＯＮＯＭＹ　２０１０年第２Ｏ卷第７期　收稿日期：２０１０—０２—２６　浅谈影响煤层气利用率的因素　郑晓冉　（太原理工大学矿业工程学院，山两太原，０３０ｏ２４）　摘要：在介绍世界煤层气以及我国煤层气开采现状的基础上，探讨了我国煤层气开采　利用率低的问题，并分析了影响煤层气利用率的相关因素。　关键词：煤层气；瓦斯抽放；瓦斯利用；利用率　中图分类号：ＴＤ７１２　文献标识码：Ａ　５０　４０　随着世界经济的迅猛发展，能源的需求量也日益增大，利　益的驱使使许多能源的开发属于掠夺式开采使用，忽视了伴生　能源的开发与利用。本文针对煤炭资源的开发现状进行分析研　究。由于煤炭开采量越来越大，煤层开采的深度也逐渐增加，煤　谪　３０　体内的瓦斯赋存量也相应增大，这给煤炭的开发带来了新的挑　战。如果这些方面不能弓ｌ起人们的足够重视，仍使用传统的瓦　斯治理方法，不但提高了煤与瓦斯突出的危险性，还造成大量　煤层气资源的浪费，同时排放气体属于温室效应气体，对环境　污染严重，也违背了可持续发展的科学发展观。因此，研究如何　提高煤矿瓦斯利用率的问题已经成为了目前能源产业迫在眉　睫的新课题。本文主要对目前煤层气的开发利用现状及其在开　发过程巾的存在的问题及影响因素进行分析，为煤层气的开发　提供思路。　粪２０　凄１０　０　舳　年份　印∞∞∞加ｍ　Ｏ图１　１９９３－－２００７年我国瓦斯抽采量　瓦斯抽采量的递增是由于我国煤炭开采量的递增所引起　的。随着开采深度的增加，瓦斯的赋存量也在增加，同时由于我　国煤炭监管体系的１３渐完善，煤层气抽采技术的不断改进，煤炭　通风安全设施的投入加大等相关因素，煤层气抽采取得了可喜　的成绩。与此同时，我国煤层气的利用率却呈现下降趋势（见图　２）。　１煤层气开采现状　１．１世界煤层气开采　北美洲以及澳洲国家在煤层气开采技术方面走在了世界的　前列，煤层气俗称煤层瓦斯，成分主要是甲烷，它是成煤过程中　生成的以吸附或游离状态赋存于煤层的自储式天然气。世界煤　瓣　层气总资源量为（１００—２６０）ｘｌＯ　ｍ　，约为常规天然气资源量的　５０％，其中俄罗斯、加拿大、中国、美国、澳大利亚５国合计煤层气　总资源量为（９０～２５０）ｘｌＯ　ｎｌ，，占世界煤层气总资源量的９Ｏ％。目　前，美国、加拿大、澳大利亚３国煤层气开发已形成工业化规模，　２００７年煤层气产量分别达到了４９６ｘ１０。ｍ３、ｌＯＯｘ１０　ｍ３和２９￣１０８　ｍ３。　壕　、　　．、　、　、　、。、　～　ｒ　ｖ　～　年份　１．２中国煤层气开采　图２　１９９３－－２００７年我国瓦斯利用率　中国作为能源大国具有非常丰富的煤层气资源，尤其是我　国的中部、东部、西部、西南以及两北等地区的煤层气资源适合　开采。据有关数据显示，我国埋深２　０００　ＩＴＩ以内的煤层气量３６．８ｌ　２影响因素分析　现在的瓦斯抽放系统是能够满足煤矿开采安全需求的。但　从煤层气的利用来看，其开采技术的应刚对于抽采量的多少影　响重大，所以改变抽放的相关方法显得十分重要。抽放技术的选　万亿ｆｎ３，相当于５２０亿ｔ标准煤，与陆地上常规天然气相当，位　于世界前三位，占世界前１２个国家煤层气资源总量的１３％。截　至２００７年，经国家认定的煤层气探明地质储存量约为ｌ　３４０亿　ｍ　，可采储量约为４７０亿ｍ　。虽然我国有着丰富的资源．但我们　却把资源白白地浪费掉了，我国２００年来煤层气的排放量为１８０　亿ｍ’，并以每年ｌ３亿ｍ，的速度递增，这不仅造成资源的巨大浪　费，同时煤层气作为温室气体被排放也造成了不可忽视的温室　效应。煤层气抽采是我国煤矿瓦斯治理的主要措施。１９９３－－２００７　年我国瓦斯抽采量见图１。　１４０　择要与瓦斯的抽采量相协调，瓦斯抽采量的调整目的如下：提高　抽放系统获取甲烷的比例，而不是将甲烷排放到矿井通风气体　中；优化提前抽放和采空区抽放的甲烷比例以满足煤矿开采和　瓦斯利用的需求；优化抽采系统，减少甲烷供应的不稳定波动。　２．１矿井下抽放　在操作过程巾有时很难平衡影响瓦斯流动的所有因素，很　难收集到变量瓦斯的详细数据，所有的瓦斯一般被收集到相同　郑晓冉浅谈影响煤层气利用牢的因素　本刊Ｅ－ｍａｉｌ：ｂｊｂ＠ｓｘｉｎｆｏ．ｎｅｔ　综述　的管道，所以很难定义随时问变化的影响量。地下抽放受许多重　本质上都会对采空区域产生影响。　（２）采空区钻井的补充设计。钻孔的深度或终止深度对于混　要闵素的影响，但在多数情况下掌控已存瓦斯的含量和流速需　要相关技术的革新，但这并没有作为一个完整的体系加以阐述。　２．１．Ｉ抽放目的　合瓦斯气的抽取至关重要。采空区内各种不同的气体从一定程　度上讲可以通过气体密度区别开来，气体密度大的在下面，密度　小的在上面，相关气体可以在升底的不同水平找到。　（３）采空区瓦斯流动的动态性。采空区的瓦斯要么来源于煤　炭释放，要么来源于综采面的煤矿通风。不合适的钻孔可能使气　体形成负压流向采空区，稀释了抽取的煤层气。远离综采面的钻　钻孔的设计模式需要对由煤矿开采过程巾煤缝的渗透性、　瓦斯成分、地质变化、变形所引起的煤体渗透性变化有深人的了　解，煤缝巾的瓦斯特性决定着钻孔的布局以及有效瓦斯抽放的　流程，在断裂带区域，钻孔的设置点必须不断调整以适应断裂Ⅸ　域的变化。　２．１．２钻孔　孔可能引起更多的瓦斯从煤隙流向排气孔，但这并不能减少或　控制煤层气流向工作面。通风压力、钻孔的吸力以及煤层气的气　体压力相互作刚影响采空区的瓦斯流动。　这些钻孔用来抽采煤层中的瓦斯。这些原态瓦斯随开采的　进行，煤层渗透发生变化使瓦斯产生流动，抽放的设计、钻孔的　定位决定着瓦斯的抽放效率。钻井技术与实践在最近几年取得　了飞速发展，当定点钻井监测技术使用时，钻孔将更加精准。旋　转式钻孔更加难以控制，主要应用于短孔和非关键位置的钻探。　（４）计算机模拟技术应用。不同计算流体力学的模型已经应用　到了采空区的瓦斯流动，流体力学模型技术的开发用以预测瓦斯　的开采、采空区钻孑Ｌ的位置设计以及需要达到的吸收压力的效果。　到目前为止，这些技术已经被应用到采空区瓦斯到工作面流动的　另外，封孑Ｌ质量对木煤层抽采煤层气影响很大，膨胀水泥封孔技　术十分有效，比聚氨酯封孔瓦斯流量提高３—４倍，瓦斯浓度提高　５倍左右，这对于瓦斯的抽采以及提高瓦斯的利用率具有十分重　要的影响。　２．１．３管道　管理，在瓦斯开采过程巾确定提取气体的性质同样有效。　２．３控制甲烷供应流量的稳定性　所有甲烷气流浮动最主要是由于煤炭中瓦斯分布、煤矿开　采活动、所采用的混合排放以及其他外部因素所决定。由于引起　波动的因素有很多，所以需要逐一确定哪些可以作为影响甲烷　供应的条件以满足特定需求，有些引起变化的原因可以解决，但　是许多是煤矿开采方法或自然条件所固有的。影响浮动的主要　因素如下：　瓦斯通过抽吸提取，瓦斯的流动主要由管道的设计来控制，　而管道的设计必须能够确保从煤矿中的钻孔巾最大化地抽取瓦　斯，在钻孔处需要有效地实施负压抽放。管道的系统能力必须符　合预期的流量以优化输送甲烷的含量和流量。空气渗透到管道　巾稀释了瓦斯的供应量，通过对管道系统进行系统化维护以及　对钻孔的连接性和钻孔设施安装气密性的加强，能够减少空气　的深入和甲烷的流出。已经开发了相关安全装置在煤矿发生事　（１）采煤和采矿周期。采煤过程和远距离相关煤层的释放增加　了瓦斯流量。在煤矿开采前，瓦斯流动量处于最小状态。通过综采　过程瓦斯开始释放，然后逐渐下降。在日循环中，瓦斯在煤炭开采　的最活跃时段产生量大，开采量小或不开采时瓦斯量减少。　（２）瓦斯成分的变化。在一个单一的综采区域煤隙间瓦斯的　成分以及种类存在很大的变化。如果采煤区域转变到一个新的　故的时候关闭管道系统。　２．１．４监测　现在的相关设施已经能够实现实时监测瓦斯的含量和流　工作面，同时此工作面释放的瓦斯与前工作面不同，那么开采过　程将会产生巨大不同，被成功地应用到煤矿的某一区域的瓦斯　控制技术将有可能不再适用。　量，并且能够监测整个系统。这种监测装置对于系统化管理瓦斯　的含量和流量是十分有必要的，一个简单的装置就是当瓦斯的　浓度低于特定量的时候，设置的钻孔开关就会关闭。　２．２从地面进行抽放　从地面钻孔进行提前抽放与煤矿开采无直接联系的煤层气　（３）抽放效果。抽放系统的有效性取决于抽放钻孔是否安置　在设计位置以及抽放点的正确预测。甲烷抽放网点的设计与操　控由地质条件和采矿方法的变化所影响。一个细心的抽放工程　师把他的抽放系统调整一下就会对抽放系统的效果产生巨大影　响。如果抽放钻孔和其标地存在误差，那么瓦斯流量不可避免地　会减少。　商业化生产有本质的联系。回收的甲烷具有高纯度，每个钻孔的　甲烷量遵循典型的循环规律。地面提前钻孔抽放并不常见。在煤　矿大多数表面抽放是采空区抽放，最初的目的是为了防止瓦斯　从采空区进入工作面。采空区瓦斯的来源是多方面的，最主要的　来源是从煤缝隙释放到采空区而没有被完全抽采滞留在采空　Ⅸ。在一些矿井中大量的瓦斯来源于巷道变形破坏了上层和下　（４）压力影响。瓦斯流量对压力的变化特别敏感，这是由于　昼夜温差的变化、偶尔的特殊气候引起的。虽然其中的一些因素　会对瓦斯流量产生影响．但通过完善通风和抽放系统可以弥补　这些闪素产生的影响。　层的缝隙，致使瓦斯大量释溢通过矿井可渗透区域到达采空区。　现在的综采区和以前的综采区作为瓦斯储蓄两者之间存在一定　联系，影响采空区甲烷排放的　素包括：　（１）采掘和诱导渗透性。采空　的钻孑Ｌ的设置必须保证穿透　３结语　在国际能源局势趋紧的情况下，作为一种优质高效的清洁　采空区的渗透区，并且能够确保采空区的瓦斯排放进钻孔中。但　是很难知道在开采工作时会发生什么，实验表明采空区的边缘　具有较高的渗透性，采空区的中心区域瓦斯更为聚集，因而负载　也最大。渗透性的负载和释放并不对称，会被相邻的综采所破　坏。采掘采用单排放钻孔或多排放钻孔需要占川空问，排空采空　能源，瓦斯的大规模高效利用可以防止排放到大气巾造成污染。　另外，山西、重庆等地区的煤层气资源分布集巾，可采性好，甲烷　含量高，具备大规模开发的资源优势，煤层气发电、煤层气液化　等项目存在广阔前景，所以煤层气的高效利用成为突破的重点。　对于影响煤层气高效利用因素的分析，可以从开采环节注重技　Ｉ４Ｉ　科技情报开发与经济　文章编号：１００５—６０３３（２０１０）０７—０１４２—０３　ＳＣ１一ＴＥＣＨ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ＆ＥＣＯＮＯＭＹ　２０１０年第２Ｏ卷第７期　收稿日期：２０１０—１—１２　水泥土搅拌桩复合土钉墙在深基坑　支护中的应用研究　梁仁旺，张学飞，孙广灿　（太原理工大学建筑与土木工程学院，山西太原，０３００２４）　摘要：介绍了水泥土搅拌桩复合土钉墙的设计方法及构造形式，并结合工程实例对　复合土钉墙在深基坑支护中的应用进行了阐述。　关键词：深基坑支护；水泥土搅拌桩；复合土钉墙　中图分类号：ＴＵ４７３．２　文献标识码：Ａ　随着我国经济的持续发展，城市建设速度越来越快，面对土　地越来越匮乏的问题，地下空间的开发和利用已成为一种趋势。　水帷幕体系，若含水层较厚也可以进行局部隔断，但是帷幕的深　度要根据抗渗稳定、抗管涌等进行计算确定。止水帷幕可以起到　隔水和先期对边坡土体进行加固的双重作用。　１．２土钉　●　然而在地下水位较高的沿海或者离河道比较近的地区，基坑支　护由于要考虑地下水渗流等因素的影响，支护难度加大，传统的　支护方式已不再适用。水泥土搅拌桩复合土钉就是近年来针对　这种情况逐步发展起来的一种将深层搅拌桩、高压旋喷桩、钢管　土钉及预应力锚杆等结合起来，根据具体工程进行多种组合的　一在复合土钉支护中，为了解决在含水率较高的砂层或者软　土中成孔时因穿透止水帷幕产生的漏水问题常采用打人注浆的　钢管土钉。其构造及面层连接形式与普通土钉相同，长度一般为　６ｍ～１２ｍ，间距１　ｍ一２ｍ。　种新型支护方式。　１　水泥土搅拌桩复合土钉墙的结构形式　Ｉ．１止水帷幕　１．３预应力锚索　当基坑开挖较深时会产生很大的土压力，因此经常在复合　土钉墙的中部设置几排预应力锚索，用以产生一个初始抗力来　止水帷幕采用互相搭接的水泥土搅拌桩，在含水层较薄的　情况下其深度一般穿过含水层进入隔水层中，以形成封闭的止　限制基坑侧壁的位移和提高工程的安全等级。预应力锚索一般　使用钢绞线、钢筋、钢管等３种材料，其中钢绞线预应力锚索应　［５］郑乃国．瓦斯抽放及技术研究［Ｊ］．煤炭技术，２００８（６）：１１０一　ｌ１２．　术完善和提升，从本质上优化抽采工艺，从基础上寻找突破点，　真正做到煤层气的高效抽采利用。　参考文献　［６］黄盛初，刘文革，赵国泉．中国煤层气开发利用现状及发展　趋势［Ｊ］．中国煤炭，２００９（１）：５—１Ｏ．　［７］王红岩，李景明，赵群，等．巾国新能源资源基础及发展前景　展望［Ｊ］．石油学报，２００９（３）：４６７—４７４．　［１］翟成，林柏泉，王力．我国煤矿井下煤层气抽采利用现状及　问题［Ｊ］．天然气工业，２００８（７）：２３—２６．　［２］刘泽功．煤矿抽放瓦斯技术现状及展望［Ｊ］．中国煤炭，２０００　（８）：ｌ２一ｌ４．　（责任编辑：王永胜）　第一作者简介：郑晓冉，男，１９８１年２月生，现为太原理工大　［３］胡予红．加强通风瓦斯利用，实现减排目的［Ｊ］．中国煤炭，　２００９（５）：８３—８５．　［４］郑尚超，代志旭．气体躯替在提高瓦斯抽采牢巾的创新与应　用［Ｊ］．煤矿安全，２００８（８）：４２－４４．　学矿业工程学院安全技术及工程专业２００７级在读硕士研究生，　山西省太原市迎泽西大街７９号，０３００２４．　Ｔａｌｋｉｎｇ　ａｂｏｕｔ　ｔｈｅ　Ｆａｃｔｏｒｓ　Ａｆｆｅｃｔｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　Ｒａｔｅ　ｏｆ　Ｃｏａｌ—ｂｅｄ　Ｍｅｔｈａｎｅ（ＣＢＭ）　ＺＨＥＮＧ　Ｘｉａｏ－ｒａｎ　ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ＣＢＭ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ａｔ　ｈｏｍｅ　ａｎｄ　ａｂｒｏａｄ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｏｂｅｓ　ｉｎｔｏ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ｌｏｗ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ＣＢＭ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ，ａｎｄ　ｍａｋｅｓ　ａｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｎ　ｓｏｍｅ　ｒｅｌｅｖａｎｔ　ｆａｃｔｏｒｓ　ａｆｆｅｃｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｏｆＣＢＭ．　ＫＥＹ　ＷｏＲＤＳ：ＣＢＭ；ｇａｓ　ｄｒａｉｎａｇｅ；ｇａｓ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ；ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　１４２