［摘要］开发、利用煤层气，具有“增加新能源，改善煤矿安全和保护环境”三个方面的作用，黔西北是南方产煤大区，煤层气资源较为丰富，有效开发、利用煤层气，在毕节能源和化工可持续发展战略中有着重要地位，同时对毕节生态建设环境具有深远意义。 

      ［关键词］ 黔西北 煤层气 开发利用

      煤层气又称煤层瓦斯，煤层甲烷，它是成煤过程中经过生物化学热解作用以吸附或游离状态赋存于煤层及固岩的自储式天然气体，属于非常规天然气，它是优质的化工和能源原料。煤层气也是热值高、无污染的新能源，它可以用来发电，用作工业燃料、化工原料和居民生活燃料。煤层气随着煤炭的开采泄漏到大气中，会加剧全球的温室效应。而如果对煤层气进行回收利用，在采煤之前先采出煤层气，煤矿生产中的瓦斯将降低70%到85%，能避免许多重、特大煤矿安全事故。因此，开发、利用煤层气具有“增加新能源，改善煤矿安全和保护环境”三个方面的作用，是一项“一举三得”的可持续发展事业。黔西北是南方产煤大区，煤层气资源较为丰富，有效开发、利用煤层气，在毕节能源和化工可持续发展战略中有着重要地位，同时对毕节生态建设环境具有深远意义。

 

      一、煤层气地质特征 

      （一）含气层展布 

       黔西北煤炭资源丰富，主要含煤地层为上二叠统龙潭组、长兴组，是南方煤及煤层气最富集的地区。目前已探明地质储量236.8亿吨，预测储量522.9亿吨，居全省煤炭储量第一位。在平面分布上，富煤区位于织金、纳雍、大方一带，总体呈北东向展布，含煤1-44层，总厚0.7-30m，含煤系数0-18%；一般区分布于黔西、金沙、毕节等地，含煤1-20层，总厚0.7-10m，含煤系数0-8%；贫煤区分布于赫章、威宁一带，含煤1-10层，总厚0.7-5m，含煤系数0-5%。在纵向分布上，龙潭早期含煤一般，龙潭晚期含煤富，长兴期含煤贫。本地区煤种较齐全，自西至东镜质体最大反射率（RmaX，%）渐高为2.62-3.87%，煤阶由肥、焦、瘦、贫煤到无烟煤均有分布，生气量随煤阶增高而增大。无烟煤资源占总资源量的92.5%；肥煤占1.2%；焦煤占3.9%；瘦煤占2.4%。无烟煤显微煤岩组分中镜质组占绝大部分，平均74%，惰质组22%，壳质组3%；原煤灰分平均18%，精煤挥发分5.5-10%。无烟煤生气能力强，煤体中微孔、超微孔和割理、裂隙发育，为气体储集创造良好条件。 
 

      （二）煤层气赋存 

      毕节晚二叠世煤田为半露裸型煤田，煤层多数有露头。但地壳以隆生为主，剥蚀作用强烈，岩石风化带和瓦斯风化带一般不深，约59-62m。历年煤田勘查钻孔的瓦斯采样深度多为500m以浅，可燃气体含量比例大于70%的甲烷带上限深度约为60-200m，甲烷含量与瓦斯压力和煤层埋深大体呈线性关系，甲烷可抽放率为31.64-39.15%。煤田地质勘探和矿井钻孔排采获取的数据表明，毕节煤层气的气体组分以可燃烃为主，其中甲烷占73.11-92.8%，重烃占0-16.645%，二氧化碳占1.11-10.98%，氮气占2.61-15.91%。毕节境内埋深2000m以浅的煤层气资源量约为14125亿m3，其中较适合于煤层气勘探开采深度范围（200-1500m）内的资源量约为11034亿m3，资源丰度为0.65-3.35108m3/Km2，较有利于勘探开发为织纳煤田和黔北煤田。

 

      二、开发利用现状 

      （一）地质勘探 

      毕节煤层气尚未进行过专门的地质勘探，还是空白地。上世纪末，地矿部西南石油地质局05工程处、第八普查大队对毗邻毕节的六盘水地区开展了《贵州上二叠统煤成气研究》、《黔西地区煤层甲烷资源远景评价》、《贵州西部地区煤层甲烷资源初步选区评价》、《贵州西部浅层天然气（常规）成臧条件研究》等。因毕节和六盘水同属贵州西部煤田，这些成果对毕节煤层气地质勘探有很好的类比参考价值。本世纪初，贵州省煤田地质局开展首轮煤层气资源评价，以煤田勘探资料为基础，测算包含毕节在内的贵州西部煤层气资源量，并进行了分区块、分品级的统计分析，算出了各区块远景储量和预测资源量，摸清煤层气赋存特征，探索成矿规律，为进一步的研究奠定基础。

 

      （二）煤矿瓦斯抽采 

      井工开采的煤矿出于安全考虑，要对瓦斯进行抽放。毕节地区现有矿井489对，年产原煤近4千万吨。据瓦斯等级鉴定，这些矿井基本上都是高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井，已安装瓦斯抽放装置269台，年抽排瓦斯约4亿m3。 
      

      （三）瓦斯利用 

      2008年毕节地区贯彻全国煤矿瓦斯治理和综合利用现场会精神，区内大中型煤矿率先筹措资金建设低浓度瓦斯发电厂，计划安装166台机组，现已安装20台500KW发电机组。其中，15台已投入运行，利用的瓦斯浓度为6-25%，发电成本为0.1-0.2元/度，电价为0.45-0.5元/度，利润空间为0.3-0.35元/度，经济效益好，两年即可收回投资，企业积极性高，发展潜力大。 
 

      三、煤层气开发技术路线探索

      （一）地面开采路线 

      地面开采是实现大规模工业化开发利用煤层气的必然路径。毕节地区煤种以高变质无烟煤为主，煤阶高、含气量大，但煤层簿（多为0.7-2.5厚的簿至中厚煤层）、渗透性低，而且煤田地形多为高原中高山区，煤层上覆地层厚，地面钻孔以中深孔为多，施工难度大。近年来，地区煤炭局、安监局和国土局按行署的部署对煤层气的开发利用作了一些探索。2008年6 月，推荐勘探程度较高的大方绿塘井田给富有煤层气地面开采经验的美国热鲁能源公司研究，其副总地质师凯斯.雷武（Keith Reeves）及两名博士在详细查阅了大方绿塘井田钻探地质资料，经过计算，得出的结论是：绿塘井田煤层厚度小于煤层气地面开采的经济可采厚度，不具备工业开采价值，不适宜地面开采。

      

      2009年4月，笔者率有关工程技术人员赴山西晋城考察学习煤层气开发利用经验，大开眼界，特别是晋城沁水蓝焰煤层气公司的成功经验让人震撼。蓝焰公司引进美国地面钻采技术，共钻井3003口，多为200-400m浅至中深孔，主采煤层单层厚达6m，煤层气浓度极高，达到70-90%，直接压缩供汽车使用，公司资产在短短的几年就由1.35亿元猛增至46亿元。在看到晋城取得巨大成功的同时，也发现晋城沁水煤田地质条件与毕节的差异很大，毕节不能照搬晋城的成功经验。毕节要实现地面开采还有赖于符合黔西北煤田地质特征的煤层气勘探理论和开采技术的创新。 
 

      （二）地下抽采路线 

      从煤矿安全生产和充分利用资源出发，煤田动采区及井下采空区瓦斯抽放均属煤层气开发的重要组成部分。井下抽放煤层气的方法，按煤层气的来源和开采程序可分为：开采层抽放、邻近层抽放和采空区抽放三种。井下瓦斯抽放过程大致为：瓦斯抽放（岩或煤）巷-抽放站场-穿（岩）层或沿煤层（煤巷）打钻孔-埋设抽放管-密封抽放钻孔-铺设井下抽放支管、干管-瓦斯抽放泵（地面）-防爆真实泵-瓦斯输出管-储气罐-加压泵-用户。地下抽放技术成熟，在毕节地区高瓦斯矿井已普遍采用，成为治理煤矿瓦斯的主要措施，减少矿井瓦斯涌出量，防止瓦斯以及煤与瓦斯突出事故的发生，抽放的瓦斯可同时考虑综合利用。 
 

      （三）瓦斯利用路线 

      虽然毕节境内的中岭、比德、青龙等国有大中型煤矿瓦斯抽放工程比较规范到位，但瓦斯浓度都在30%以下，属低浓度瓦斯，难于浓缩提纯液化，不能安全集中储存输送供工业或民用，只适合就地就近发电。中石化胜利油田胜动瓦斯发电集团开发的6-15%低浓度瓦斯发电设备，瓦斯浓度为9-9.5%时，机组出率做功最佳，当纯瓦斯量达到2.5m3/min，即可安装一台500KW瓦斯发电机组。一台机组加辅助设施只需投资约200万元人民币，比较经济可行，区内国有大中型煤矿都选择使用胜动技术和设备，部分乡镇煤矿启动瓦斯发电也选用胜动的技术和设备。2009年9月地区发改局和煤管局按照国家能源局的要求，委托省煤矿设计院编制上报了《毕节地区规模化利用瓦斯方案》，对本地区瓦斯利用作了初步规划，提出了一些发展思路。 
 

      四、做大毕节煤层气工业的思考

      （一）煤层气勘探的新设想

      毕节煤层气资源是丰富的，但受储层地质条件，特别是渗透率普遍较低等资源因素的限制，地面开采难度很大。只有地面开采成功，才能实现煤层气开发的规模化工业化开发。可是，现有的地面勘探、开采理论和技术都不适用于毕节的煤层气条件，必须寻找新的路子才能突破。毕节地区晚二叠世含煤地层主体为一套典型的海陆交互相碎屑岩夹碳酸盐岩含煤沉积，旋回结构明显，含煤9-44层，一般20多层。这些煤层在纵向上分部是不均匀的，大至呈上中下三个集中段，形成三个煤层群（组）。煤层群之间煤层的层间距较大，而在一个煤层群内，煤层密集分布，各煤层的层间距较小。在煤矿地下开采中常将这种层间距较小密集分布难于分别开采的多个煤层作为一个煤组统一布置联合开采。在地质勘探中是否可以参照煤矿开采的做法对一个煤层群进行联合勘探？实际上煤层群受长期地质历史上各种构造运动的改造，产生很多气体通道，煤层内的气体向煤层顶底板扩散，使煤层群内气体浓度相对较高，已经成为一个“含气层”。如果把一个煤层群作为一个含气层来勘探可行的话，一个煤层群的厚度一般都大于10m，这样就解决了毕节煤层较薄，单层厚度达不到煤层气经济可采厚度的问题。把一个煤层群作为一个含气层进行勘探，当钻孔打进煤层群时，就在煤层群内各层煤中打分支孔，再辅之压裂排液技术，造成排水降压采气的有利条件，抽采到足量的工业气流。这个模型值得一试，也只有这个模型成功了，才解决了毕节煤层气地面开采的难题，才能实现毕节煤层气的大规模开采。 
 

      （二）煤层气工业化的新思路 

      毕节煤层气的开发必须走“地面垂直钻井排采（适用于20年内暂不开采的含煤区块）和动采区井下抽放以及待采区地面垂直钻井预抽放三种采气方式相结合，建立可以相互调剂，集、输、供统一的“采、集、输、供系统”道路。煤层气的利用除满足本地区城镇所需民用燃气，以实现城镇能源消费高效、洁净化之外，其大规模的开发利用再结合毕节高硫煤（目前国家控制开采含硫量大于3%的煤）井下气化不仅在地下利用高硫煤，提高现有矿井效能，而且将其产出的煤气同煤层气气化制得的合成气一并通过一次循环的多联产系统，先生产大宗化工产品（甲醇、二甲醚、合成汽油、柴油等），未转化的合成气直接用于燃气、蒸汽轮机组发电、供热，生产过程中排放的CO2重新压入深煤层或废矿井，用以强化煤层气开采（煤作为微孔物质，其对CO2吸附性远比对CH4的吸附性强得多，把CO2 注入地下煤层可以强化煤层气开采），这样，就形成一个实现了科学循环的资源/能源/环境整体化体系。通过多联产系统，发电成本可比燃煤锅炉发电下降27%，甲醇成本比单一装置下降42%，CO2排放仅为各单一装置排放量的20%，建设投资将比各单一装置下降38%，是一条既有最佳经济效益，又有最好环境效益的、可持续发展的好路子。

本网特约记者：徐光宇 贵州省毕节市安监局 张茂鸣供稿

编 辑：一帆