2002年國家煤礦安全監(jiān)察局制定了“先抽后采,以風(fēng)定產(chǎn),監(jiān)測監(jiān)控”的煤礦瓦斯防治方針,強(qiáng)化了瓦斯抽采在治理瓦斯災(zāi)害中的地位。但目前的井下瓦斯抽采遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足瓦斯治理的要求,“地面鉆采”煤層瓦斯日益提上日程。如何將“地面鉆采+井下抽采”有機(jī)結(jié)合,則是擺在我們面前的難題。本文在分析了兩種開采模式差異基礎(chǔ)上,利用“系統(tǒng)工程事故樹分析法+多層模糊數(shù)學(xué)綜合評價法”,最后提出了不同類型礦井的煤層氣開采模式。
1 兩種開采模式的異同
1.1 開采機(jī)理的差異
(1)井下煤層氣抽采機(jī)理。所謂井下煤層氣抽采就是借助煤炭開采工作面和巷道,通過煤礦井下抽采、采動區(qū)抽采、廢棄礦井抽采等方法來開采煤層氣資源。井下煤層氣抽采機(jī)理是:當(dāng)煤層采動以后,破壞了原巖石力學(xué)平衡,造成了煤層的卸壓,由于瓦斯氣體90%以上以物理吸附狀態(tài)存在于煤層中,為了繼續(xù)保持平衡,煤層中的瓦斯涌出,通過人工改造使其成為密閉系統(tǒng),從而持續(xù)維持卸壓區(qū)域.這樣,煤層瓦斯將源源不斷被抽出。由此可見:使井下煤層氣得以抽采的2個基本條件是:在小范圍內(nèi)有足夠的煤層氣資源及使煤層瓦斯得以釋放的煤層透氣性大小。
(2)地面鉆采煤層氣機(jī)理。地面鉆采煤層氣就是利用垂直井或定向井技術(shù)來開采原始儲層中的煤層氣資源。地面鉆采煤層氣的機(jī)理是:當(dāng)儲層壓力降低到臨界解吸壓力以下時,甲烷氣體從煤基質(zhì)微孔隙內(nèi)表面解吸出來;由于瓦斯?jié)舛炔町惗l(fā)生擴(kuò)散到煤的裂隙系統(tǒng),最后以達(dá)西流形式流到井筒。解吸是煤層氣進(jìn)行地面鉆采的前提,降壓是解吸的前提。由此可見:地面鉆采煤層氣能否發(fā)生的根本在于煤層氣是否能降壓解吸。
1.2 實(shí)施方法的不同
井下煤層氣抽采主要是通過鉆孔方式鉆進(jìn)幾百米到上千米,利用抽放泵對井下煤層氣進(jìn)行采收,資源量和透氣性是其發(fā)生基礎(chǔ)。地面鉆采煤層氣是通過排水降壓使煤層氣解吸并采出,其實(shí)施方式主要是打垂直井或定向井。并在井下煤儲層下制造口袋,利用抽水泵抽取煤儲層中的水使煤儲層壓力降低到臨界解吸壓力以下產(chǎn)出
1.3 兩種開采模式的相同點(diǎn)
不管井下煤層氣抽采還是地面煤層氣鉆采,其投入資金量大、投資風(fēng)險(xiǎn)高、技術(shù)要求高、效益回報(bào)周期長,這是其共性。同時,不管是由于采煤引起煤儲層的卸壓還是地面鉆探實(shí)施的排水降壓,都是破壞了煤儲層的力學(xué)平衡,為了建立新的平衡,從而使以物理吸附狀態(tài)存在于煤儲層的煤層氣釋放出來。
2 影響開采模式的因素
煤層氣開采是否具有商業(yè)價值,取決于產(chǎn)氣率大小、是否具有競爭力的市場價格和規(guī)模性的產(chǎn)量。因此,無論采取井下抽采還是地面鉆采工藝,都需要有一定的氣含量做基礎(chǔ)。井下抽采煤層氣在開采煤層氣過程中由于無采取任何增產(chǎn)措施,這樣,它的開采對煤儲層本身的滲透性、百米鉆孔的資源量和煤儲層的解吸能力密切相關(guān);而地面鉆采煤層氣從目前的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)的可行性考慮,構(gòu)造煤、構(gòu)造復(fù)雜、水動力活動強(qiáng)的地區(qū)不利于地面鉆采的實(shí)施。綜上考慮,決定實(shí)施井下抽采還是地面鉆采的根本在于:資源量、煤儲層的滲透性、煤體結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)條件和煤儲層的解吸能力。