当前的位置:主页 > 煤矿安全 > 安全培训

煤矿瓦斯、煤层气如何安全、高效利用造福人类

时间:2023-07-22 来源:煤视界 分享:

大家都知道矿井瓦斯(也称为煤层气)是赋存在煤层中的一种共生或伴生气体,主要成分为甲烷。它不仅是煤矿生产安全的重大隐患,将其直接排入大气还会造成强烈的温室效应,导致环境破坏。甲烷是一种强烈的温室气体,温室效应是二氧化碳的21~23倍。同时甲烷也是一种洁净的能源,纯瓦斯的热值与常规天然气相当,是一种洁净高效的能源。因此,对煤矿瓦斯的综合利用迫在眉睫。

瓦斯综合利用是企业发展的需要:要充分利用矿区的资源、资产、技术和人才优势,引进技术,选择有市场前景的接续项目,大力发展非煤产业。

随着矿井瓦斯抽放量的增加,其利用规模和范围也在不断地扩大,不仅要有良好的经济效益,而且也要收到良好的社会效益。

利用瓦斯资源是社会和环境保护工作的需要:瓦斯中的甲烷含量很高,仅次于二氧化碳。搞好煤矿瓦斯综合利用,不仅有利于煤矿的安全生产,同时,也会使瓦斯变害为利。

瓦斯综合利用存在的主要问题:

虽然我国在大力度提倡开发瓦斯及其利用,但还是存在着诸多主观和客观上的原因影响着瓦斯利用的速度。

科研投入不足,技术创新不够:

我国煤田地质构造复杂,煤层气赋存条件差,普遍存在低储层压力、低渗和低饱和度的"三低"不利条件,从理论和技术方面都存在许多关键性难题,缺乏一些公益性、前瞻性、基础性、共性关键技术与装备等安全技术研究,资金、科研投入不足,致使煤层气开发利用与治理等方面的技术研究工作和创新进展缓慢。

为确保矿井安全生产,必须认真落实"先抽后采"的原则,坚持"多点、均衡、低压、高浓"抽放,并按规定合理配风,使开采过程中的瓦斯浓度不超限,确保矿井安全生产。

煤炭、煤层气矿业权重叠:

矿权和气权分离,是目前煤层气开发中面临的主要问题之一。采煤和采气矿权管理部门不统一,致使政府的监管力度不够。国家原则上规定先采气再采煤,但实际上难以执行。从目前国家对能源的迫切需求来看,停止煤矿生产,让煤层气先开采是不可行的。

煤层气抽采难度大,利用率偏低

我国煤层赋存条件、地质构造复杂,煤层气抽采环境千变万化,抽采技术与装备不够先进,抽采难度还很大。煤矿大多位于偏远落后的地区,抽采出来的瓦斯难以得到充分利用,致使大量低浓度瓦斯只能稀释后排出。瓦斯输送网基础设施薄弱,缺乏可利用的天然气管线,使瓦斯生产区与市场脱节。严重地限制了瓦斯发电的发展,不能最大限度地利用瓦斯资源。

瓦斯综合利用建议和措施

结合我国煤层气开发利用的实际情况,从安全、能源、环保要求三个方面综合考虑,实行资源先行、上游开发与下游利用相结合,煤层气开发利用与煤矿安全、环境保护相结合,煤层气开发利用与天然气相结合,按照先浅后深、先富后贫的顺序积极推进,把煤层气开发利用打造成我国新的支柱产业。

落实和完善优惠政策,加大扶持力度

国家支持煤层气发展的政策体系已基本形成,关键要把这些政策落实好、完善好,给予煤层气比常规石油天然气更加优惠的政策,逐步引导企业成为煤层气发展的主体。政府应充分发挥宏观调控作用,加大对煤层气发展的扶持力度,包括加大煤层气勘探、抽采、利用投资,培养专业技术人才,加强煤层气管网等基础设施的建设。

立足科技创新和技术进步,增强煤层气的科技保障能力

加强煤层气开发利用基础理论研究和科技攻关;加强煤层气抽采利用重大问题的科技攻关,加快实施煤层气开发科技重大专项,加大煤层气开发利用关键技术、重点装备研发和推广应用力度扎实推进煤层气开发利用示范工程建设;鼓励煤层气开发利用企业积极开展技术创新,攻克技术难题,逐步建立健全以企业为主体、市场为导向、产学研相结合、适合我国煤层气勘探开发、抽采利用的技术体系。

加强煤层气开发利用的监督管理

建立健全煤层气开发利用的监督管理体系,明确政府各有关部门的监督管理职责,完善相关立法及政策,制定严格的勘探开发煤层气的准入标准,加强宏观调控和管理,实施采气采煤一体化。坚持国家统一规划、总体开发,稳步有序地推进煤层气开发和利用。

强国际合作交流,完善煤层气抽采利用标准

积极开展和加强对外合作交流,利用国外资金和先进技术,结合我国实际情况,提高煤层气的抽采利用率和开发利用水平。进一步完善煤层气抽采利用标准,借鉴国际标准,加强研究,加强沟通,努力使煤层气的安全生产标准、抽采利用标准、减排标准协调起来,确保煤矿安全生产和资源的有效利用,加快煤层气产业的发展。

煤层气和瓦斯基本没什么区别,都是可燃可爆且对人具有窒息作用的无毒无色无味气体。

煤层气主要的成分就是CH4也就是甲烷,而瓦斯的主要成分也是CH4(甲烷);

煤矿井所说的瓦斯就是甲烷,只是这样的甲烷含有非常非常非常少量的其他有毒有害气体,比如一氧化碳、硫化氢、二氧化碳等,但是这样的有毒有害气体含量是非常少的,煤矿上将那些成游离状态下的甲烷和其他混合性有毒有害气体统称之为瓦斯。

  煤层气开采是将煤层气中的气体抽出来。说道煤层气开采,就不得不提到瓦斯,它指从煤层及煤层围岩中涌出的,以及在煤矿生产过程中产生的各种气体的统称。主要包括赋存在煤层中的煤层气、煤炭采动影响带中的气体、采空区的气体、采掘活动过程中新生的各种气体的总称。瓦斯的概念要广于煤层气。

  在一些学术论文中,我们经常会看见,煤层气与瓦斯同时出现,因为煤层气开采包括两个方面,第一方面是原位煤层抽采,第二方面是煤矿瓦斯抽采。

原位煤层抽采,抽采的煤层不是井下的煤层,抽采的地点一般是在野外,地下赋存大量煤炭。抽采现场一般都有很多的机械设备、材料和控制仪器,煤层埋藏在地下几百米甚至上千米,怎样能把赋存在其中的气体抽出来呢,第一步要通过钻探(向地下打钻井)的方式把煤层和地面导通,连接起来;第二步钻井打完之后,要对煤层实施一系列的改造措施,要把固体中的气体抽出来,首先要在固体中造出缝隙,在井口安装抽采设备,煤层气就可以被源源不断抽取出来。

  钻井一边由天车、游动滑车、游动钢丝绳和一个用来起降游动钢丝绳的绞车组成。一定长度的钻杆被一根根加到钻柱上,钻柱不停地被加长,可以不停地朝地下钻进。真正往地下钻进的是钻头,钻柱在地表被驱动旋转,带动井眼底部的钻头旋转,钻头上的“牙齿”(金刚石)把岩石磨成碎屑,钻井泥浆被泵入钻杆内部,从钻头的喷嘴流入环形空间(钻杆和井壁之间的空间),泥浆将岩屑循环带到地表,在地表这些被移除。这是第一步。

第二步就是要对煤层改造出人工的裂缝。现阶段最常用的煤层气原位抽采的新技术是水力压裂,即利用地面的泵车将液体(压裂液)压入煤层中,将埋在地下的煤层压开一条或几条水平的或垂直的裂缝,并用支撑剂将裂缝支撑起来,减小煤层气的流动阻力,沟通煤层气的流动通道,从而达到抽气的目的。水力压裂过程包括利用地面高压泵组,将高粘液体以大大超过地层吸收能力的排量注入井中,在井底憋起高压;当此压力大于井壁附近的地应力和地层岩石抗张强度时,在井底附近煤层产生裂缝;继续注入带有支撑剂(固体小颗粒)的携砂液,裂缝向前延伸并填以支撑剂,关井后裂缝闭合在支撑剂上,从而在井底附近煤层内形成具有一定几何尺寸和导流能力的填砂裂缝。

  地面上的设备,压裂液罐通过低压管汇让压力液进入混砂车,和供砂车车上的支撑剂混合,再通过高压管汇进入泵车,为压力液和携砂液提供压力,顺利地加入钻进中,压入煤层中。第一步压入的压裂液,把煤层压开,形成裂缝。第二步压入带有支撑剂的携砂液,一方面进一步压开煤层,另一方面把之前压开的裂缝支撑起来。这些步骤结束之后,液态的压裂液最终要抽到地面上,支撑剂则留在煤层中,撑起已经压开的煤层。

  压裂液是在清水、柴油中添加入各类化学试剂,形成高粘度、并具有一定稠度的液体,一方面可以压开煤层,另一方面,具有稠度,可以将固体的支撑剂带入井下。

  支撑剂用于支撑已经压开的人造裂缝,以便形成一条条通往井筒的导流通道,使得煤层气流向井筒,最终抽采至地面。支撑剂大体上有两类,一类是人造的,如陶粒;另一类是天然的,如石英砂粒(石英石加工成的固体小颗粒)。

  当地下煤层裂缝被造好之后,就可以在地面安装抽气设备,在这些设备的作用下,煤层气被抽采到地面上,地下水同时被抽出。抽出的物质是气体和水的混合物,在井口加装简单的分离设备,将地下水和煤层气分离开来,走不同的管道。

煤矿瓦斯抽采又叫煤矿瓦斯抽放,瓦斯和天然气、煤层气的成分类似,都属于易燃易爆气体。如果井下气体瓦斯超标,容易引起爆炸。如果将矿井下的瓦斯抽出加以利用,叫做煤矿瓦斯抽采;也有一些矿井,将瓦斯抽出后排放到空气中,叫做煤矿瓦斯抽放。可以在三个区域中进行,一是正在采掘或即将采掘的煤层,在矿井中打一些小规模的水平井,对煤层中的瓦斯直接进行抽采;二是尚未采掘的煤层,通过从地面往煤层中打竖直井进行抽采;三是采空区抽采,井下煤炭采空之后,含有非常浓郁的瓦斯,可以在采空区中布置抽采巷道进行抽采、抽放,或者从地面打钻井进行抽采。

  煤矿瓦斯抽采是煤矿开采过程中的一门具有较强专业性技术,主要用于对煤矿瓦斯的监测及确保煤矿开采的安全。不仅是降低开采过程中的瓦斯涌出量、防止瓦斯超限和积聚,预防瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出事故的重要措施,而且可变害为利,作为煤炭伴生的资源加以开发利用。

总之,煤矿瓦斯作为一种曾被浪费掉的清洁能源,充分利用好它,既可减轻煤矿安全生产的压力,又能为企业创造良好的经济效益。此外,还可以实现甲烷的"零排放",降低对环境的污染。

新煤网