煤层气报告

高压细水雾技术在煤层气抽采利用
和控制煤矿瓦斯粉尘危害的应用概述
一、中国煤层气（瓦斯）的现状
煤层气俗称“瓦斯”，是储存在煤层中的自生自储式的非常规天然气，是一种清洁高效的能源资源。

它的甲烷浓度最高可达98%，而石油天然气则只有80%左右。

但是煤层气的危害极大，70～80%的煤矿事故均与煤层气（瓦斯）爆炸有关，给人民的生命财产造成巨大损失，而未经处理或回收的煤层气直接排放到大气中会造成严重的环境污染，而且浪费了宝贵的能源资源。

甲烷是一种比二氧化碳威力更强的温室气体，温室效应是二氧化碳的21～23倍，同时甲烷也是一种洁净高效的能源，热值与常规天然气相当。

我国煤层气（瓦斯）资源丰富，分布区域广，位居世界第三，储量与我国陆上30万亿立方米的天然气资源储量基本相当，相当于450亿吨标准煤。

但我国每年瓦斯的实际利用率不到2%，过去因为没有找到合理的利用手段，我国在煤矿开采中所抽放的瓦斯大多排放到大气中，即浪费了资源，又污染了环境。

瓦斯被称为煤矿的第一杀手。

因此，开发利用煤层气不仅可以从根本上防止煤矿瓦斯事故的发生，改善煤矿安全生产，还可变害为宝。

我国煤层气资源丰富，可是煤层气钻井施工难度大，开采困难，我国煤层气单井产量不高，必须采用特殊技术工艺，才能提高产量，实现商业开采。

二、中央、省政府的高度重视及政策
大型煤层气和大型油气田的开发是《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中确定的16个重大专项之一。

国务院副总理张德江在《大力推进煤矿瓦斯抽采利用》中详细分析了煤矿瓦斯抽采的重大意义。

重大煤矿安全事故时有发生，瓦斯、煤尘灾害形势不容乐观。

张德江指出：增强瓦斯抽采利用科技保障能力。

搞好瓦斯抽采利用，必须立足科技创新和技术进步，要进一步加大以煤矿瓦斯抽采和利用为重点的安全技改国债支持力度，地方和企业也要增加配套资金。

要大力推进煤层气开发国家科技重大专项的实施，加强瓦斯抽采利用重大问题的科技攻关，加大瓦斯抽采和煤层
气开发利用关键技术、重点装备研发和推广应用力度，推进煤层气产业化基地建设。

河南省委、省政府高度重视，成立了以史济春副省长为组长的河南煤层气产业领导小组，出台了一系列政策措施，促进河南煤层气的抽采利用。

从瓦斯防治转移到抽采利用上来，形成以发电为主，液化、民用为辅的利用模式。

三、开发利用煤层气的重大意义
在全面贯彻落实科学发展观、大力提高自主创新能力、大力推进节能减排和环境保护的新形势下，煤层气的开发利用更具有深远的意义。

开发利用煤层气可谓“一箭四雕”：
1、新能源：煤层气是优质的洁净能源，开发利用煤层气解决了能源问题；
2、安全：先抽气后采煤，可以保障煤矿开采安全；
3、减排：煤层气富含甲烷。

甲烷是一种比二氧化碳威力更大的温室气体，如果不进行抽采而排空，会对环境和大气造成负面影响。

另外，煤层气燃烧时产生的空气污染和碳排放量，比石油和煤炭要低。

4、低碳：当前发达国家利用“低碳”概念，限制发展中国家的发展，进行煤层气抽采利用是解决发达国家低碳限制的重要措施。

四、煤层气抽采利用面临的问题：
1、价格与偏低的天然气相同；
2、技术装备将影响到煤层气的开发成本。

技术创新不够，煤层气开发技术仍需进一步完善和提高：
（1）煤层气开发技术一直是制约煤层气产业发展的重要因素。

由于我国煤层气资源的地质背景和赋予条件与美国等国家差别较大，引进国外技术并不能解决问题。

我国煤层的低压、低饱和、低渗透地质条件，需要中国特点的技术装备和工程经验，由于技术瓶颈，目前煤层气地面井的产能低下、效率低。

（2）煤矿瓦斯的抽采难度加大。

我国高瓦斯矿井多，煤层瓦斯含量高、压力大、透气性差、抽采难度大，随着矿井开采深度加大，地应力和瓦斯压力增加，瓦斯抽采难度进一步加大。

但是随着矿井深度的增加，其开采出的煤层气中甲烷（CH4）含量更高、更洁净、更有价值。

3、科技问题。

资金投入不足，缺乏示范项目，导致一些矛盾的解决上没有先例可循。

五、全面贯彻落实科学发展观、加大自主创新能力是全面解决煤层气开采及煤矿安全的必由之路。

随着煤炭生产率日益提高，采煤工作面粉尘日益严重，对井下矿工身体健康构成严重威胁，各种污染带来的尘肺病等职业病随处可见。

高压煤层注水技术、高压细水雾降尘降烟技术，除了有效治理煤矿井下煤尘，破解煤尘爆炸和尘肺病痛苦，还可以治理瓦斯突出、瓦斯灾害和煤层自燃以及冲击地压等灾害。

中国煤层气勘探开发有自身的特点：1、美国可以放下煤炭只采气，而中国需要煤炭；2、美国、澳大利亚大量都是露天采煤，浅层的煤层气很少，都散去了，而中国煤炭为井下开采，不先采气有危险；3、中国煤层气开采也不同于传统的石油天然气开采，比天然气的开采还要复杂。

单就瓦斯爆炸和粉尘爆炸来讲，粉尘爆炸更危险，破坏性更大，而且煤尘爆炸可引起多次粉尘连环爆炸。

煤尘爆炸往往是由瓦斯爆炸引起的。

另一方面，有煤尘参与爆炸时，小规模的瓦斯爆炸可能演变为大规模的煤尘瓦斯爆炸事故，造成严重的后果。

例如，2005年，黑龙江七台河东风煤矿“11.27”特别重大煤尘爆炸事故，造成171人死亡，即是单纯性的煤尘爆炸。

瓦斯突出、瓦斯爆炸、煤尘爆炸及细微煤尘引起的煤矿工人患尘肺病等，单纯依赖煤矿现有的通风设施已很难解决，增加通风来排除瓦斯的能力是有限的，同时风量过大对降尘和优化作业环境不利。

我国煤层气抽放包括井下抽放和地面抽放两种。

井下抽放系统回收的煤层气含甲烷30～50%，而地面井回收的煤层气甲烷浓度超过90%。

井下抽放系统回收的煤层气经加压或提纯后可利用或并入天然气管道系统，供给就近用户。

由于煤层气提纯成本较高，因此一般只将地面井回收的煤层气注入天然气管道系统。

抽放过程中均需解决钻孔、压裂等一系列技术问题，煤层压裂技术是影响排气量和压裂面积的一个重要工艺，从国外进口压裂泵、压裂车、钻机等，周期长，价格高，对中国煤层气的地质状况也不甚适合，这就给国内煤层气开采技术装备
的发展提供了广阔的空间。

超高压煤层注水已不仅仅用于治理和预防煤矿井下的瓦斯和煤尘灾害，还作为一种具有很大潜力的采煤方法来研究。

据了解，目前煤矿迫切需要一种新型的注水方法和技术出现，能够快速有效地将水注入煤层，特别是透气性很差的“难注”煤层中。

提高煤气井的单井产量，提高排空率，是煤层气抽采技术的当务之急。

综上所述，围绕煤层气的抽采利用和煤矿井下安全问题，我们拟在以下几个方面展开工作：
1、高压细水雾降尘：
在尘源发生地点喷放高压细水雾是捕尘降尘的最有效最简易的措施。

在机组采煤、联合机组掘进、装煤、翻煤车、转载、爆破等生产环节采取高压细水雾措施，将大大减少煤尘的飞扬，爆破时喷雾既降尘又消烟，缩短通风排烟时间。

这是在现有大中小型煤矿实施起来最为简单易行的一种方案，也是非常有效的方法。

2、局限瓦斯煤尘爆炸：
采用高压细水雾隔离带，将瓦斯煤尘爆炸局限于较小的范围内，同时也能降解烟尘和毒气，降解高温高压烟雾的传播扩散。

煤尘爆炸时产生大量一氧化碳，这是造成大量人员伤亡的重要原因。

在矿井下的密闭空间内，只有高压细水雾才能快速降解烟雾毒气，避免大量人员伤亡。

3、湿式除尘器：
简单、可靠、高效的高压细水雾湿式除尘器已开发成功，放置于巷道内，能彻底解决引起煤尘爆炸、引起工人尘肺病的根源——75µm以下的细微粉尘。

采煤工作面是煤粉的主要产生地，又是煤尘事故的多发点，据统计有80%的煤尘事故发生在采掘工作面。

采掘工作面防尘应实施贯穿于生产全过程的综合防尘措施。

4、井下消防安全——高压细水雾灭火技术
煤矿井下处于相对密闭的空间，大多在地下几百米甚至上千米，可燃物比较多，油类火也比较多，任何燃烧必然伴随着有大量的烟雾毒气和高温产生，常规
的通风抽排很难快速消除烟雾毒气及高温，这是造成人员伤亡的主要原因，而传统的灭火手段，如干粉、泡沫、水枪等灭火速度慢、时间长，更无法消除烟雾和毒气。

只有高压细水雾灭火技术能快速灭火并快速降解烟尘毒气和高温，是井下灭火最理想的灭火技术，可实现消防栓配置、局部管网配置或推车型装备的灵活布置。

5、地面开采瓦斯用的装备
国外地面抽采利用瓦斯已大规模应用，中国是用传统的天然气地面抽采装备来进行煤层气的抽采，也不尽适合煤层气的开采，研制适合中国煤矿特点的超高压压裂泵、压裂车及高低压管汇车，实现压力的自动控制，降低地面煤层气商业开采的成本，是实现中国地面煤层气开采的当务之急。

6、井下开采瓦斯用的装备
中国的煤矿是大中小型煤矿并存，高低浓度瓦斯煤矿并存，在中国现行的条件下，井下开采煤层气相对来说成本比较低，利用超高压技术研制适合井下使用，并适合现行人力资源状况的简单易行可靠的煤层注水、煤层压裂和煤层气抽采的装备，特别是针对小煤矿适用的较小体积尺寸的抽采装备更是当务之急。

7、煤层气（瓦斯）与细水雾混合输送技术
从井下抽采相对低浓度瓦斯，安全可靠地输送到电厂等去利用或再处理的地方，就需要采用与细水雾的混合输送技术，因为5～16%浓度的瓦斯更易爆炸。