​

　　主讲嘉宾

　　赵丽娟，山西大同大学煤炭工程学院副教授，目前主要从事煤层气地质方向的教学与研究工作。2011年-2014年，中国矿业大学地质资源与地质工程专业博士，期间赴澳大利亚昆士兰大学留学一年。曾主持山西省省级项目2项，江苏省省级项目1项，大同市市级项目1项。发表论文20余篇，其中EI检索和国家级重点期刊论文7篇。

　　5 核心提示煤层气开采

　　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。

　　6 核心提示煤层气开采之原位煤层抽采（一）

　　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。

　　7 核心提示煤层气开采之原位煤层抽采（二）

　　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。

　　8 核心提示煤层气开采之瓦斯抽采

　　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。

　　媒体链接：http://epaper.dtnews.cn/shtml/dtrb/20191016/91998.shtml