高瓦斯矿井实现低瓦斯绿色开采 ——晋能控股煤与煤层气共采全国重点实验室“四区联动”井上下联合抽采模式见实效

2024年6月底，寺河矿西二盘区2306工作面日产优质无烟煤超万吨，日抽采煤矿瓦斯约4.7万标准立方米，持续创造高瓦斯煤层低瓦斯绿色开采新纪录。

在邻近的岳城矿一盘区1303采空区的YCCD-02井，2014年至今，累计产气折纯量超4200万立方米。目前，日产气量约0.6万立方米，单井产气支撑了一个2MW燃气发电站的运行。

2020年11月，成庄矿作为山西省级绿色开采试点煤矿中唯一一座煤与瓦斯共采试点矿井，顺利通过项目验收，标志着山西省乃至全国煤与瓦斯共采技术取得重大突破，成庄矿实现了高瓦斯矿井低瓦斯绿色开采。

以上成果是煤与煤层气共采全国重点实验室依托国家科技重大专项，长期探索攻关研发创立的煤矿区全矿区、全层位、全时段煤与煤层气共采“四区联动”井上下联合抽采模式和系列技术体系在生产实践中的具体应用。煤矿区“四区联动”井上下联合抽采模式和系列技术体系是基于“十二五”期间创立的煤矿区“三区联动”井上下联合抽采模式和系列技术体系发展起来的最新科研成果。针对煤层气与煤炭两种同源共生资源安全高效协调开发面临的“卡脖子”难题，煤与煤层气共采全国重点实验室及相关合作单位依托“十三五”国家科技重大专项和山西省科技重大专项“山西重点煤矿区煤层气与煤炭协调开发示范工程”等系列重大科研项目，结合我省重点煤矿区生产实际，持续开展煤与煤层气共采理论和关键技术攻关，创新研发了全矿区、全层位、全时段的煤矿区煤层气“四区（规划区、准备区、生产区、采空区）联动”井上下联合抽采模式。2021年6月，该项成果在国家能源局组织的“十三五”国家油气科技重大专项验收中获得92.63分的优异成绩，并于2023年初获中国煤炭工业协会科技进步一等奖。

科研攻关破解难题

煤矿区煤层气“四区联动”井上下联合抽采模式以“规划区地面预抽全域快降、准备区联合抽采高产高效、生产区井下抽采精准达标、采空区地面钻采消患减排”为目标，实现了安全高效、科学有序开采煤炭和煤层气资源，达到保障煤矿安全生产、补充绿色能源、实现节能减排三重功效。煤矿规划区煤层气地面抽采技术经历了早期的垂直井、定向井、水平井等技术，发展到开发效率更高的井工厂化开发模式与技术。寺河矿作为典型的高瓦斯突出矿井，经二十多年的规划区地面超前预抽，实现了规划区全域快降，矿井瓦斯超限次数由最高年份的28次，降低到2021年至今的0次，大幅提高了生产效率，节约了生产成本。准备区煤层气井上下联合抽采技术主要是通过井下定向长钻孔与地面压裂影响区沟通，实现了井上下联合抽采高产高效。该技术已在赵庄煤业公司、成庄矿、寺河矿得到应用，单孔抽采量提高了5倍以上，掘进面预抽达标时间缩短了57%，有效缓解了抽掘采接替紧张局面，解放了生产力，促进了矿井的高产高效。生产区基于采动活动剧烈和井下工程全开放特点，采用区域递进式顺层钻孔、穿层钻孔、高位定向长钻孔等精准均衡抽采技术，抽采工作面煤层气，有效解决了常规钻孔轨迹不可控，易形成抽采盲区，抽采效果差，实现了生产区井下抽采精准达标，确保万无一失。针对采空区瓦斯抽采传统采用井下埋管方法，抽采效果较差的问题，技术人员认真研究采空区煤层气赋存状态与抽采效果，研发了地面钻井至裂隙带抽采技术，实现了地面钻采消患减排。截至2021年底，已在山西重点煤矿区施工煤矿采空区地面抽采井129口，煤层气抽采利用1.28亿立方米，减排二氧化碳192万吨，有效消除了煤矿井下采空区瓦斯积聚造成的安全隐患，为我国废弃矿井采空区煤层气开发提供了示范。

“四区联动”推广与应用

我国常规油气资源匮乏，而煤炭资源相对丰富，煤炭工业是关系国家经济命脉和能源安全的重要基础产业。未来很长一段时间，煤炭在我国能源结构中“压舱石”“稳定器”的主体地位不会发生根本改变。随着煤炭开采深度和强度的逐年增加，高瓦斯矿区产出的煤炭占比不断提高，煤炭开采排放到大气环境中的煤矿瓦斯成为制约我国煤炭行业实现“双碳”目标的关键。

煤与煤层气共采全国重点实验室研发创立的煤矿区全矿区、全层位、全时段煤与煤层气共采“四区联动”井上下联合抽采模式和系列技术体系，对保障我国煤炭安全生产、保护大气环境、补充绿色气体能源、助力能源革命转型发展、实现“碳达峰、碳中和”目标等方面具有重要意义。应用该项技术后，成庄矿成为全国唯一的煤与瓦斯共采绿色开采示范矿井，基本实现了“采前抽”“采中抽”“采后抽”全系列抽采。瓦斯抽采量达1.3亿立方米/年，瓦斯抽采率达84%以上，保障了高瓦斯矿区、低瓦斯采煤，为全国煤炭生产行业实现“双碳”目标提供了可推广、可复制的经验。

寺河矿东五盘区实测初始瓦斯含量平均为23.68m3/t，是典型的高瓦斯矿井。2005至2007年，采用“清水钻进、活性水压裂、定压排采”等技术在该盘区共布置141口煤层气井，进行地面超前预抽，平均单井产气量达4450m3/d。经过15年的连续抽采，瓦斯含量降幅达82%，使东五盘区由高瓦斯区转变为低瓦斯区。通过在寺河矿东五盘区长期实施地面超前预抽、井上下联合抽采、井下区域递进式精准抽采，实现了地面和井下相结合的“两条腿走路”的煤与瓦斯共采模式。近年来，寺河矿每年井下抽采的煤矿瓦斯均保持在8亿立方米的水平，每年减排二氧化碳1200万吨。

目前，煤矿区煤层气“四区联动”井上下联合抽采模式在晋城矿区得到全面应用，并逐步推广到山西阳泉、西山、汾西、潞安和甘肃窑街、河南平顶山等高瓦斯煤矿区，为集团公司发展新质生产力、加快建设世界一流现代化综合能源企业集团，提供重要支撑。（季长江 ）