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1、废弃矿井煤层气来源 储量评废弃矿井煤层气来源 储量评估估 及及开发前景开发前景 主 讲讲 袁军伟军伟 博士 副教授 电 话 13839134235 E mail yuanjw2006 126 co m 微 信 yjw305672400 QQ 305672400 个人简介 袁军伟 袁军伟 河南许昌人 主要从事瓦斯灾害预测与防治 煤层气资源评 估与利用的教学与科研工作 2003年毕业于焦作工学院采矿工程专业 本科 2006年毕业于河南理工大学采矿工程专业 硕士 2006 7 2007 12 安全学院 瓦斯地质研究所 2008年 安全学院瓦斯灾害防治技术及装备研究所 2010 9 2014 6 中国
2、矿业大学 北京 安全技术及工程专业 博士 主要内容 废弃矿井煤层气的来源 废弃矿井煤层气资源储量评估 废弃矿井煤层气资源开发前景 主要内容 废弃矿井煤层气的来源 我国及世界主要产煤国生产情况 我国废弃矿井基本情况 废弃矿井煤层气的来源与赋存状态 废弃矿井煤层气资源储量评估 废弃矿井煤层气资源开发前景 各主要产煤国的生产情况 中国 2015年 全国煤炭产量36 8亿吨 同比下降3 5 铁路煤炭发运20 亿吨 同比下降12 6 进口煤炭2亿吨 下降29 9 美国 2015年 美国煤炭产量大约为9亿吨 同比下降10 这是过去近30 年以来的最低水平 印度 2015年 煤炭产量将达5 5亿吨 创历史新
3、高 同时因煤炭增产而节 约成本约1700亿卢比 165 41亿元 澳大利亚 2015年 动力煤产量2 49亿吨 同比增长0 65 出口2 02亿 吨 同比增长0 5 预测2016年全年动力煤产量2 53亿吨 增长1 4 出 口2 07亿吨 增长1 印尼 2015年产量3 92亿吨 比上年下降14 4 煤炭出口2 95亿吨 比 上年下降22 9 印尼国内煤炭消费8743万吨 增长14 8 俄罗斯 2015年 煤炭产量3 72亿吨 同比增加1445 7万吨 增长4 05 出口煤炭15141 6万吨 同比减少46 4万吨 下降0 3 2015年我国的煤炭生产情况 2015年煤炭产能过剩17 48亿吨
4、 2015年我国煤炭进口来源国 按进口量排名前 四位的分别是印尼 7376 25万吨 澳大利亚 7090 78万吨 朝鲜 1958 12万吨 及俄罗斯 1579 70万吨 蒙古以1438 85万吨的对华输 出量成为第五大进口来源国 进口量仅次俄罗 斯 煤炭有没有希望 我国一次能源消费结构我国一次能源消费结构 7 35 水 核 风 18 7 石油 3 85 天然气 70 1 煤炭 煤炭有没有希望 9 煤炭有没有希望 10 我国废弃矿井基本情况 未来一段时间 资源枯竭的大矿和产能落后的小矿都将面临关 闭后的利用问题 我国关闭及衰老矿井数量大 煤矿采空区面积大 井下残煤多 煤层气资源开发的潜力巨大
5、我国关闭 废弃煤矿的特点 u生产规模小 u突出矿井 高瓦斯矿井多 u区域性明显 辽宁 黑龙江 江西 贵州 四川 重庆 湖南等地 11 我国废弃矿井基本情况 我国煤炭资源枯竭矿井煤层气开发利用 u优势是残煤及残气量大 闭矿后未进行地面排水 有利于气 体的保存 地面开发技术相对较为成熟 u劣势是闭矿后缺乏长期监测 矿井封闭不严导致瓦斯逸散 再一个就是国家补贴不够 我国废弃煤矿瓦斯利用项目 u 十五 攻关 废弃矿井煤层气开发有利地区优选 u中英项目 中国报废矿井瓦斯抽放与利用政策建议 u中美项目 中国报废煤矿甲烷排放 p 重点预测了沁水煤田44个报废煤矿的甲烷排放量 调查内容 调查内容 对典型矿区的
6、废弃煤矿关闭情况 研对典型矿区的废弃煤矿关闭情况 研 究现状 抽采利用情况究现状 抽采利用情况 调研单调研单位 位 晋煤集晋煤集团团 平平煤集团煤集团 黑龙黑龙江煤监局江煤监局 12 我国废弃矿井基本情况 英国 美国 法国 德国等国家已经开展了广泛的 研究 国内西安分院 河南理工大学 中国矿业大学等单 位较早的开展了这方面研究 我国已在晋城 淮南 铁法 阜新等矿区开展了老 采空区地面钻孔煤层气抽采工作 取得了良好的抽 采效果 为煤炭资源枯竭矿井煤层气资源评价及勘 探开发积累了丰富的经验 13 我国废弃矿井基本情况 以山西省为例 该省采空区面积达2万平方公里 占山西省国土面积的1 8 山西晋城煤
7、业集团已施工10口报废煤矿地面井 2013年数据 其中7口井成功产气 每口井平均 日产气量可达到2000m 瓦斯浓度约90 初步 显现了晋城矿区报废矿井煤矿瓦斯开发的潜力 对 我国报废煤矿瓦斯产业发展具有深远意义 14 我国废弃矿井基本情况 黑龙江省2000年以前约有5000处煤矿 到2014年年初陆续 关闭了约4000处煤矿 2015年底保留约600处煤矿 鸡西市2000年前有煤矿3000多处 现仅200多处 关闭约 2800处 废弃煤矿继续增加 但无利用项目 u随着高强度煤炭开采导致的资源枯竭矿井增加 以及煤矿整 顿关闭攻坚战的推进 报废煤矿瓦斯抽采利用将是中国十三 五期间瓦斯抽采利用的热
8、点 15 1 废弃矿井煤层气的来源 邻近煤层 邻近岩层 遗煤及煤柱 生物成因煤层气 废弃矿井煤层气的4大来源 16 1 废弃矿井煤层气的来源 遗煤及煤柱 矿井回采率非常低 使得废弃矿井煤层气资源丰富 原国有矿井回采率为40 60 地放矿井回采率不足40 乡镇煤矿10 左右 全国综合回采率30 左右 17 1 废弃矿井煤层气的来源 赋存情况 游离态 采空区 大气 吸附态 煤体中 溶溶态 水体中 遗煤及煤柱 18 1 废弃矿井煤层气的来源 因采动影响 煤岩层原始的应力 状态遭受破坏 受采动影响范围 内的煤储层原始应力得以释放 使得储层压力不断降低 煤层中 的 CH4源源不断地解吸出来 采空区邻近未
9、采煤 层 不可采煤层 19 1 废弃矿井煤层气的来源 采空区邻近未采煤 层 不可采煤层 开采期间的排放率 20 1 废弃矿井煤层气的来源 围岩 围岩是否可以作为废弃矿井煤层气的来源 取决于原始状态下 围岩是否是气源层 是气源层 则将成为废弃矿井的煤层气的重要来源 主要来自邻近煤层游离瓦斯 岩层裂隙发育的砂岩 石灰岩 等 或岩层本身含气 油母页岩 炭质页岩 炭质泥岩等 21 1 废弃矿井煤层气的来源 生物成因煤层气 生成机理 生物成因煤层气是在较低的温度 一般低于 50 条件下 有机 质通过细菌的参与或作用 在煤层中生成的以 CH4为主的气体 2种生成途径 CO2还原 CO2 4H2 CH4 2
10、H2O 醋酸发酵 CH3COOH CH4 CO2 22 1 废弃矿井煤层气的来源 生物成因煤层气 生成机理 这两种作用一般都是在近地表环境的浅层煤层中进行的 煤层中生成大量生物成因气的有利条件是大量有机质的存 在 充裕的孔隙空间 低温以及高 PH 值的缺氧环境 35 55 是生气作用占主导地位 为生气高峰阶段 23 1 废弃矿井煤层气的来源 生物成因煤层气 生成条件 废弃矿井有残留煤体和煤柱作为生物气生成的物质基础 尤 其是当煤阶为低煤阶煤种时更有利于 CH4菌生气 全国垂深 2000 m 以浅的煤炭资源量为 55697 108t 低煤 阶煤储层占到储层的一半以上 主要分布在我国西北地区 24
11、 1 废弃矿井煤层气的来源 生物成因煤层气 生成条件 在埋深 2 000 m 处地温也仅有 80 u目前废弃矿井的深度都在这一范围内 非常适合生气菌的生存 矿井中一般地下水比较丰富 为 CH4菌提供了潮湿的环境 封井后 采空 区密闭为生气菌提供了缺氧环境 这些有利条件的存在会使生物气源源不断地注入游离气中 由于废弃矿井有较大的存储空间和裸露表面积 所以有利于开展人为的 控制活动 人为创造出更利于 CH4的产出的条件 可增大产量 提高效 率 其中最可行的方法就是注入 CO2 CO2CO2填埋 填埋 CO2CO2置换与驱替技术置换与驱替技术 获获得煤协科技进步一等奖得煤协科技进步一等奖 25 1
12、废弃矿井煤层气的赋存 废弃矿井中煤层气赋存状态 1 废弃矿井煤层气的赋存 废弃矿井煤层气的来源 废弃矿井煤层气资源储量评估 评估方法存在的问题 常用的资源量评估方法 废弃矿井煤层气资源开发前景 主要内容 29 废弃矿井煤层气资源储量评估 现有评估方法存在的问题 u一是条件复杂 煤层赋存状况比较复杂 衰老矿井 浅部煤 层开采较早 巷道埋藏浅 破坏较严重 矿井废弃后的煤层 气资源量预测及资源开发潜力评价工作无法有效进行 u二是矿井封闭质量不确定 由于衰老矿井服务年限较长 开 采情况复杂 可能存在裂隙 地质构造与地面沟通 瓦斯浓 度降低 回收抽采难 30 废弃矿井煤层气资源储量评估 现有评估方法存在
13、的问题 u三是矿井水问题 由于缺乏具体的煤矿关闭技术标准和要求 关闭后无相应排水措施 导致很多矿井被淹没 暂时无法 进行进一步的资源利用 缺乏相关技术支持 理论和技术研 究还初期 且无案例经验 u四是缺乏相关技术支持 理论研究和技术均处于初期 且无 案例经验可循 u五是缺乏优惠政策支持 企业进行抽采利用的成本高 导致 企业缺乏开展项目的积极性和主动性 废弃矿井煤层气资源储量评估 废弃矿井煤层气资源储量评估的步骤 废弃矿井煤层气资源储量评估 根据工作面布置情况 可得到资源量估算的横向范围 弯曲下沉带 裂隙带 冒落带 废弃矿井煤层气资源储量评估 可得到资源量估算的纵向范围 图中H值较难确定 原因有
14、三 三带 理论计算中近给出了冒 落带 裂隙带高度 而未给出 弯曲下沉带计算方法 废弃矿井资源量估算应该考虑 可以运行煤层气运移的边界 但 三带 理论中并没有 对开采煤层下方的影响界限没 有讨论 废弃矿井煤层气资源储量评估 最好是通过实测得到 废弃矿井煤层气资源储量评估 常用的资源量评估方法 p 废弃矿井煤层气最主要来源 开采层和邻近层 p 资源量影响因素 与原煤瓦斯含量 残存瓦斯含量以及与邻近层与开采层的 关系密切相关 p 顶底板 距离本煤层越远 可计入量越小 p 最大影响范围 顶板180m左右 底板60m左右 36 废弃矿井煤层气资源储量评估 常用的资源量评估方法 p顶底板扰动范围值 当煤层
15、群进行开采 上下煤 层相互干扰 应该分别计算 后进行累加 受到上下工作面不同采煤方 法的影响 37 废弃矿井煤层气资源储量评估 常用的资源量评估方法 p资源量预测方法 曲线预测法 工作面预测法 38 废弃矿井煤层气资源储量评估 常用的资源量评估方法 p资源量预测方法 曲线预测法 l在已知矿井涌水的情况下 计算出矿 井淹没时间 l通过历史数据拟合出矿井抽采曲线 l通过累计曲线的值即可得出报废煤矿 瓦斯剩余可抽瓦斯量 l优点是充分考虑的矿井涌水量对废弃 矿井瓦斯抽采的影响 39 废弃矿井煤层气资源储量评估 常用的资源量评估方法 p资源量预测方法 工作面预测方法 l剩余可抽采的煤矿瓦斯资源量 长 壁
16、工作面数量 本工作面开采扰 动煤层的总厚度 被开采的煤层 可解吸的瓦斯含量 可解吸的瓦斯含量可通过实 测 按标准取值 按百分比取 值等方法获得 废弃矿井煤层气的来源 废弃矿井煤层气资源储量评估 废弃矿井煤层气资源开发前景 主要内容 废弃矿井煤层气资源开发与利用可带来的好处众多 p 有利于延缓矿井服务期 p 减少废弃矿井资源浪费 开发煤矿潜在资源 p 降低废弃矿井气对环境的污染 p 为周围工厂和城市居民提供燃气和生产化工原料等 在推动社会发展方面有利于调整煤炭企业产业结构 解决 煤矿职工再就业等诸多社会热点问题 废弃矿井煤层气资源开发前景 42 废弃矿井煤层气资源开发前景 p 自1997年至今 全国已关闭7万多座煤矿 保有煤层气储 量近万亿m 废弃矿井煤层气抽采与利用前景广阔 目前报废的矿井中70 以上为突出矿井和高瓦斯矿井 这是废弃矿井煤层气资源开发和利用的重点 国有重点煤矿中 近1 3为资源枯竭型矿井 在全国 1000多个地方国有煤矿中 资源枯竭型矿井的比例更高 保证废弃矿井煤层气抽采成功的关键是矿井用水量要小 若采空区被淹 相关的主要瓦斯源就不能再将瓦斯释 放入巷道 u东北矿地区井
