廢棄礦井煤層氣來源、儲(chǔ)量評估及開發(fā)前景-文檔資料

1、主主 講：講： 袁軍偉袁軍偉 博士博士 副教授副教授電 話：-mail： 微 信： yjw305672400QQ： 3056724001個(gè)人簡介個(gè)人簡介 河南許昌人，主要從事瓦斯災(zāi)害預(yù)測與防治、煤層氣資源評估與利用的教學(xué)與科研工作。 2003年畢業(yè)于焦作工學(xué)院采礦工程專業(yè)（本科）； 2006年畢業(yè)于河南理工大學(xué)采礦工程專業(yè)（碩士）； 2006.7-2007.12 安全學(xué)院 瓦斯地質(zhì)研究所； 2008年- 安全學(xué)院瓦斯災(zāi)害防治技術(shù)及裝備研究所； 2010.9-2014.6-中國礦業(yè)大學(xué)（北京）安全技術(shù)及工程專業(yè)（博士）。主要內(nèi)容主要內(nèi)容 廢棄礦井煤層氣的來源 廢棄礦井煤

2、層氣資源儲(chǔ)量評估 廢棄礦井煤層氣資源開發(fā)前景主要內(nèi)容主要內(nèi)容 廢棄礦井煤層氣的來源我國及世界主要產(chǎn)煤國生產(chǎn)情況我國廢棄礦井基本情況廢棄礦井煤層氣的來源與賦存狀態(tài) 廢棄礦井煤層氣資源儲(chǔ)量評估 廢棄礦井煤層氣資源開發(fā)前景各主要產(chǎn)煤國的生產(chǎn)情況各主要產(chǎn)煤國的生產(chǎn)情況 中中國國 2015年，全國煤炭產(chǎn)量36.8億噸，同比下降3.5%。鐵路煤炭發(fā)運(yùn)20億噸，同比下降12.6%。進(jìn)口煤炭2億噸，下降29.9%。 美美國國 2015年，美國煤炭產(chǎn)量大約為9億噸，同比下降10%，這是過去近30年以來的最低水平。 印印度度 2015年，煤炭產(chǎn)量將達(dá)5.5億噸，創(chuàng)歷史新高。同時(shí)因煤炭增產(chǎn)而節(jié)約成本約1700億盧比

3、(165.41億元)。 澳大利澳大利亞亞 2015年，動(dòng)力煤產(chǎn)量2.49億噸，同比增長0.65%，出口2.02億噸，同比增長0.5%。預(yù)測2016年全年動(dòng)力煤產(chǎn)量2.53億噸，增長1.4%，出口2.07億噸，增長1%。 印印尼尼 2015年產(chǎn)量3.92億噸，比上年下降14.4%，煤炭出口2.95億噸，比上年下降22.9%，印尼國內(nèi)煤炭消費(fèi)8743萬噸，增長14.8%。 俄羅俄羅斯斯 2015年，煤炭產(chǎn)量3.72億噸，同比增加1445.7萬噸，增長4.05%；出口煤炭15141.6萬噸，同比減少46.4萬噸，下降0.3%。20152015年我國的煤炭生產(chǎn)情況年我國的煤炭生產(chǎn)情況20152015年

4、煤炭年煤炭產(chǎn)能過剩產(chǎn)能過剩17.4817.48億噸！億噸！2015年我國煤炭進(jìn)口來源國，按進(jìn)口量排名前四位的分別是印尼印尼(7376.25萬噸)、澳大利亞澳大利亞(7090.78萬噸)、朝鮮朝鮮(1958.12萬噸)及俄羅斯俄羅斯(1579.70萬噸)。蒙古蒙古以1438.85萬噸的對華輸出量成為第五大進(jìn)口來源國，進(jìn)口量僅次俄羅俄羅斯。斯。煤煤炭有沒有希望？炭有沒有希望？7.35%水、核、風(fēng)18.7%石油3.85%天然氣70.1%煤炭煤炭有沒有希望？煤炭有沒有希望？9煤炭有沒有希望？煤炭有沒有希望？10我我國廢棄礦井基本情況國廢棄礦井基本情況 未來一段時(shí)間，資源枯竭的大礦和產(chǎn)能落后的小礦都將面

5、臨關(guān)閉后的利用問題； 我國關(guān)閉及衰老礦井?dāng)?shù)量大、煤礦采空區(qū)面積大、井下殘煤多，煤層氣資源開發(fā)的潛力巨大； 我國關(guān)閉、廢棄煤礦的特點(diǎn)：u生產(chǎn)規(guī)模??；u突出礦井、高瓦斯礦井多；u區(qū)域性明顯遼寧、黑龍江、江西、貴州、四川、重慶、湖南等地。11我我國廢棄礦井基本情況國廢棄礦井基本情況 我國煤炭資源枯竭礦井煤層氣開發(fā)利用u優(yōu)勢是殘煤及殘氣量大，閉礦后未進(jìn)行地面排水，有利于氣體的保存，地面開發(fā)技術(shù)相對較為成熟。u劣勢是閉礦后缺乏長期監(jiān)測，礦井封閉不嚴(yán)導(dǎo)致瓦斯逸散，再一個(gè)就是國家補(bǔ)貼不夠。 我國廢棄煤礦瓦斯利用項(xiàng)目u“十五”攻關(guān)：廢棄礦井煤層氣開發(fā)有利地區(qū)優(yōu)選u中英項(xiàng)目中國報(bào)廢礦井瓦斯抽放與利用政策建議u中

6、美項(xiàng)目中國報(bào)廢煤礦甲烷排放p 重點(diǎn)預(yù)測了沁水煤田44個(gè)報(bào)廢煤礦的甲烷排放量。12我我國廢棄礦井基本情況國廢棄礦井基本情況英國、美國、法國、德國等國家已經(jīng)開展了廣泛的研究。國內(nèi)西安分院、河南理工大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)等單位較早的開展了這方面研究。我國已在晉城、淮南、鐵法、阜新等礦區(qū)開展了老采空區(qū)地面鉆孔煤層氣抽采工作，取得了良好的抽采效果，為煤炭資源枯竭礦井煤層氣資源評價(jià)及勘探開發(fā)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。13我我國廢棄礦井基本情況國廢棄礦井基本情況以山西省為例，該省采空區(qū)面積達(dá)2萬平方公里，占山西省國土面積的1/8。山西晉城煤業(yè)集團(tuán)已施工10口報(bào)廢煤礦地面井（2013年數(shù)據(jù)），其中7口井成功產(chǎn)氣，每口井平

7、均日產(chǎn)氣量可達(dá)到2000m，瓦斯?jié)舛燃s90%。初步顯現(xiàn)了晉城礦區(qū)報(bào)廢礦井煤礦瓦斯開發(fā)的潛力，對我國報(bào)廢煤礦瓦斯產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有深遠(yuǎn)意義。14我我國廢棄礦井基本情況國廢棄礦井基本情況 黑龍江省2000年以前約有5000處煤礦，到2014年年初陸續(xù)關(guān)閉了約4000處煤礦，2015年底保留約600處煤礦。 雞西市2000年前有煤礦3000多處，現(xiàn)僅200多處，關(guān)閉約2800處，廢棄煤礦繼續(xù)增加，但無利用項(xiàng)目。u隨著高強(qiáng)度煤炭開采導(dǎo)致的資源枯竭礦井增加、以及煤礦整頓關(guān)閉攻堅(jiān)戰(zhàn)的推進(jìn)，報(bào)廢煤礦瓦斯抽采利用將是中國十三五期間瓦斯抽采利用的熱點(diǎn)。151.1.廢棄礦井煤層氣的來源廢棄礦井煤層氣的來源鄰近煤層鄰近巖

8、層遺煤及煤柱生物成因煤層氣廢棄礦井煤層氣的4大來源161.1.廢棄礦井煤層氣的來源廢棄礦井煤層氣的來源遺煤及煤柱礦井回采率非常低，使得廢棄礦井煤層氣資源豐富 原國有礦井回采率為40%-60%，地放礦井回采率不足40%，鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦10%左右。 全國綜合回采率30%左右！171.1.廢棄礦井煤層氣的來源廢棄礦井煤層氣的來源賦存情況：游離態(tài)采空區(qū)、大氣；吸附態(tài)煤體中；溶溶態(tài)水體中。遺煤及煤柱181.1.廢棄礦井煤層氣的來源廢棄礦井煤層氣的來源因采動(dòng)影響，煤巖層原始的應(yīng)力狀態(tài)遭受破壞，受采動(dòng)影響范圍內(nèi)的煤儲(chǔ)層原始應(yīng)力得以釋放,使得儲(chǔ)層壓力不斷降低，煤層中的CH4源源不斷地解吸出來。采空區(qū)鄰近未采煤層、不

9、可采煤層191.1.廢棄礦井煤層氣的來源廢棄礦井煤層氣的來源采空區(qū)鄰近未采煤層、不可采煤層開采期間的排放率201.1.廢棄礦井煤層氣的來源廢棄礦井煤層氣的來源圍巖圍巖是否可以作為廢棄礦井煤層氣的來源，取決于原始狀態(tài)下圍巖是否是氣源層： 是氣源層，則將成為廢棄礦井的煤層氣的重要來源； 主要來自鄰近煤層游離瓦斯（巖層裂隙發(fā)育的砂巖、石灰?guī)r等）或巖層本身含氣（油母頁巖、炭質(zhì)頁巖、炭質(zhì)泥巖等）。211.1.廢棄礦井煤層氣的來源廢棄礦井煤層氣的來源生物成因煤層氣生成機(jī)理：生物成因煤層氣是在較低的溫度(一般低于50)條件下，有機(jī)質(zhì)通過細(xì)菌的參與或作用，在煤層中生成的以CH4為主的氣體。2種生成途徑： CO

10、2還原：CO2+4H2CH4+2H2O 醋酸發(fā)酵：CH3COOHCH4+CO2221.1.廢棄礦井煤層氣的來源廢棄礦井煤層氣的來源生物成因煤層氣生成機(jī)理： 這兩種作用一般都是在近地表環(huán)境的淺層煤層中進(jìn)行的。 煤層中生成大量生物成因氣的有利條件是大量有機(jī)質(zhì)的存在、充裕的孔隙空間、低溫以及高PH值的缺氧環(huán)境。 35-55是生氣作用占主導(dǎo)地位，為生氣高峰階段。231.1.廢棄礦井煤層氣的來源廢棄礦井煤層氣的來源生物成因煤層氣生成條件： 廢棄礦井有殘留煤體和煤柱作為生物氣生成的物質(zhì)基礎(chǔ)，尤其是當(dāng)煤階為低煤階煤種時(shí)更有利于CH4菌生氣。 全國垂深2000m以淺的煤炭資源量為55697108t，低煤階煤儲(chǔ)

11、層占到儲(chǔ)層的一半以上，主要分布在我國西北地區(qū)。241.1.廢棄礦井煤層氣的來源廢棄礦井煤層氣的來源生物成因煤層氣生成條件： 在埋深2000m處地溫也僅有80。u目前廢棄礦井的深度都在這一范圍內(nèi)，非常適合生氣菌的生存。 礦井中一般地下水比較豐富，為CH4菌提供了潮濕的環(huán)境;封井后，采空區(qū)密閉為生氣菌提供了缺氧環(huán)境。 這些有利條件的存在會(huì)使生物氣源源不斷地注入游離氣中。 由于廢棄礦井有較大的存儲(chǔ)空間和裸露表面積，所以有利于開展人為的控制活動(dòng)，人為創(chuàng)造出更利于CH4的產(chǎn)出的條件，可增大產(chǎn)量，提高效率。其中最可行的方法就是注入CO2。251.1.廢棄礦井煤層氣廢棄礦井煤層氣的賦存的賦存廢棄礦井中煤層氣

12、賦存狀態(tài)1.1.廢棄礦井煤層氣廢棄礦井煤層氣的賦存的賦存 廢棄礦井煤層氣的來源 廢棄礦井煤層氣資源儲(chǔ)量評估評估方法存在的問題常用的資源量評估方法 廢棄礦井煤層氣資源開發(fā)前景主要內(nèi)容主要內(nèi)容29廢棄礦井煤層氣資源儲(chǔ)量評估廢棄礦井煤層氣資源儲(chǔ)量評估現(xiàn)有評估方法存在的問題u一是條件復(fù)雜。煤層賦存狀況比較復(fù)雜，衰老礦井、淺部煤層開采較早，巷道埋藏淺，破壞較嚴(yán)重，礦井廢棄后的煤層氣資源量預(yù)測及資源開發(fā)潛力評價(jià)工作無法有效進(jìn)行。u二是礦井封閉質(zhì)量不確定。由于衰老礦井服務(wù)年限較長，開采情況復(fù)雜、可能存在裂隙、地質(zhì)構(gòu)造與地面溝通，瓦斯?jié)舛冉档?、回收抽采難。30廢棄礦井煤層氣資源儲(chǔ)量評估廢棄礦井煤層氣資源儲(chǔ)量評

13、估現(xiàn)有評估方法存在的問題u三是礦井水問題。由于缺乏具體的煤礦關(guān)閉技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求，關(guān)閉后無相應(yīng)排水措施，導(dǎo)致很多礦井被淹沒，暫時(shí)無法進(jìn)行進(jìn)一步的資源利用。缺乏相關(guān)技術(shù)支持。理論和技術(shù)研究理論和技術(shù)研究還初還初期期，且無案例經(jīng)驗(yàn)。u四是缺乏相關(guān)技術(shù)支持。理論研究和技術(shù)均處于初期，且無案例經(jīng)驗(yàn)可循。u五是缺乏優(yōu)惠政策支持。企業(yè)進(jìn)行抽采利用的成本高、導(dǎo)致企業(yè)缺乏開展項(xiàng)目的積極性和主動(dòng)性。廢棄礦井煤層氣資源儲(chǔ)量評估廢棄礦井煤層氣資源儲(chǔ)量評估廢棄礦井煤層氣資源儲(chǔ)量評廢棄礦井煤層氣資源儲(chǔ)量評估的步驟估的步驟廢棄礦井煤層氣資源儲(chǔ)量評估廢棄礦井煤層氣資源儲(chǔ)量評估根據(jù)工作面布置情況，可得到資源量估算的橫向范圍彎曲

14、下沉帶裂隙帶冒落帶廢棄礦井煤層氣資源儲(chǔ)量評估廢棄礦井煤層氣資源儲(chǔ)量評估可得到資源量估算的縱向范圍圖圖中中H值較難確定，原因有三：值較難確定，原因有三： “三帶”理論計(jì)算中近給出了冒落帶、裂隙帶高度，而未給出彎曲下沉帶計(jì)算方法； 廢棄礦井資源量估算應(yīng)該考慮可以運(yùn)行煤層氣運(yùn)移的邊界，但“三帶”理論中并沒有； 對開采煤層下方的影響界限沒有討論。廢棄礦井煤層氣資源儲(chǔ)量評估廢棄礦井煤層氣資源儲(chǔ)量評估最好是通過實(shí)測得到廢棄礦井煤層氣資源儲(chǔ)量評估廢棄礦井煤層氣資源儲(chǔ)量評估常用的資源量評估方法p 廢棄礦井煤層氣最主要來源開采層和鄰近層。p 資源量影響因素與原煤瓦斯含量、殘存瓦斯含量以及與鄰近層與開采層的關(guān)系密

15、切相關(guān)。p 頂?shù)装澹壕嚯x本煤層越遠(yuǎn)，可計(jì)入量越小p 最大影響范圍頂板180m左右，底板60m左右36廢棄礦井煤層氣資源儲(chǔ)量評估廢棄礦井煤層氣資源儲(chǔ)量評估常用的資源量評估方法p頂?shù)装鍞_動(dòng)范圍值當(dāng)煤層群進(jìn)行開采，上下煤層相互干擾，應(yīng)該分別計(jì)算后進(jìn)行累加；受到上下工作面不同采煤方法的影響。37廢棄礦井煤層氣資源儲(chǔ)量評估廢棄礦井煤層氣資源儲(chǔ)量評估常用的資源量評估方法p資源量預(yù)測方法曲線預(yù)測法；工作面預(yù)測法。38廢棄礦井煤層氣資源儲(chǔ)量評估廢棄礦井煤層氣資源儲(chǔ)量評估常用的資源量評估方法p資源量預(yù)測方法曲線預(yù)測法l在已知礦井涌水的情況下，計(jì)算出礦井淹沒時(shí)間；l通過歷史數(shù)據(jù)擬合出礦井抽采曲線；l通過累計(jì)曲線的

16、值即可得出報(bào)廢煤礦瓦斯剩余可抽瓦斯量；l優(yōu)點(diǎn)是充分考慮的礦井涌水量對廢棄礦井瓦斯抽采的影響。39廢棄礦井煤層氣資源儲(chǔ)量評估廢棄礦井煤層氣資源儲(chǔ)量評估常用的資源量評估方法p資源量預(yù)測方法工作面預(yù)測方法l剩余可抽采的煤礦瓦斯資源量=長壁工作面數(shù)量（本工作面開采擾動(dòng)煤層的總厚度-被開采的煤層）可解吸的瓦斯含量；可解吸的瓦斯含量可通過實(shí)測、按標(biāo)準(zhǔn)取值、按百分比取值等方法獲得。 廢棄礦井煤層氣的來源 廢棄礦井煤層氣資源儲(chǔ)量評估 廢棄礦井煤層氣資源開發(fā)前景主要內(nèi)容主要內(nèi)容廢棄礦井煤層氣資源開發(fā)與利用可帶來的好處眾多：p 有利于延緩礦井服務(wù)期；p 減少廢棄礦井資源浪費(fèi)，開發(fā)煤礦潛在資源；p 降低廢棄礦井氣對

17、環(huán)境的污染；p 為周圍工廠和城市居民提供燃?xì)夂蜕a(chǎn)化工原料等。 在推動(dòng)社會(huì)發(fā)展方面有利于調(diào)整煤炭企業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，解決煤礦職工再就業(yè)等諸多社會(huì)熱點(diǎn)問題。廢棄礦井煤層氣資源開發(fā)前廢棄礦井煤層氣資源開發(fā)前景景42廢棄礦井煤層氣資源開發(fā)前廢棄礦井煤層氣資源開發(fā)前景景p 自1997年至今，全國已關(guān)閉7萬多座煤礦，保有煤層氣儲(chǔ)量近萬億m，廢棄礦井煤層氣抽采與利用前景廣闊。目前報(bào)廢的礦井中70%以上為突出礦井和高瓦斯礦井，這是廢棄礦井煤層氣資源開發(fā)和利用的重點(diǎn)；國有重點(diǎn)煤礦中，近1/3為資源枯竭型礦井；在全國1000多個(gè)地方國有煤礦中，資源枯竭型礦井的比例更高；保證廢棄礦井煤層氣抽采成功的關(guān)鍵是礦井用水量要小

18、：若采空區(qū)被淹，相關(guān)的主要瓦斯源就不能再將瓦斯釋放入巷道。u東北礦地區(qū)井涌水量小，抽采效果較好；u西南地區(qū)礦井涌水量大，則抽采難度大，效果差；43廢棄礦井煤層氣資源開發(fā)前廢棄礦井煤層氣資源開發(fā)前景景p自1997年至今，全國已關(guān)閉7萬多座煤礦，廢棄礦井煤層氣抽采與利用前景廣闊。對所抽放煤層氣利用率太低，40%左右；50%的礦業(yè)集團(tuán)對報(bào)廢礦井煤層氣抽采利用項(xiàng)目非常感興趣新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)、促進(jìn)企業(yè)轉(zhuǎn)型；凱嘉集團(tuán)煤層氣充分利用，效益可觀；豐城、雞西、南桐礦務(wù)局的報(bào)廢和衰老礦井瓦斯儲(chǔ)量達(dá)近300億m。國家對煤層氣利用大力支持，煤層氣利用市場廣闊。44廢棄礦井煤層氣資源開發(fā)前廢棄礦井煤層氣資源開發(fā)前景景p廢棄礦井瓦斯開發(fā)利用重點(diǎn)選區(qū)原則儲(chǔ)量