煤炭科学产能谢和平（煤炭科学技术大会）
时间：2022年06月08日 03:06:39本文目录一览：
- 1、煤成（型）气地质研究及勘探开发简况
- 2、内蒙古煤炭科学研究院有限责任公司怎么样？
- 3、我国煤炭勘查的几个前沿问题
- 4、电磁辐射监测技术在煤岩动力灾害预测中的应用
- 5、准南低煤阶煤层气研究进展及认识
- 6、谢和平个人简介
煤成（型）气地质研究及勘探开发简况
1.2.1 世界煤层气开发利用历史与现状
1920年和1931年，美国在粉河盆地（Powder River Basin）中部的怀俄德克煤层和阿巴拉契亚北部比格郎气田的匹兹堡煤层先后打出3 口煤层气自流井。20世纪50年代以来，菲利浦石油公司参与圣胡安盆地（San Juan Basin）的煤层气开发，在水果地组煤层打出一大批气井，其中大多数井均获成功。在此期间，采用常规油气理论为指导进行钻井。进入70年代，在全球能源危机的影响下，美国能源部做出了开展包括煤层气在内的非常规天然气回收研究的决定。从1978年开始对美国16个含煤盆地进行了长达8年的煤层气研究。研究过程中对煤层气的储集和运移机理、生产方式和开采工艺有了进一步的认识，先后对14个盆地做出了资源量计算。
20世纪80年代初，美国对煤层气的开发利用取得了重大突破，尤其在圣胡安盆地和黑勇士盆地（Black Warrior Basin）取得了商业性开发的成功（杨锡禄等，1995）。1986年以后，在取得东部浅层含煤盆地煤层气开发经验的基础上，美国对西部深层含煤盆地展开了研究，并取得了明显的开发效果（张武等，2000）。
美国煤层气工业在近几年来取得长足进步的关键是对含煤盆地进行了系统、全面的地质综合评价，尤其是在黑勇士盆地、皮申斯盆地及圣胡安盆地开展了大规模的研究和开发试验，根据各地的经验，提出在选择勘探、开发煤层的有利区块进行地质综合评价时，应考虑一系列地质因素，即气含量、渗透性、煤阶、煤层的物理性质、煤层厚度、埋深、地温梯度、地应力、顶底板岩层特征、沉积环境及构造条件等（叶建平，2006）。其中，煤层厚度、煤阶、气含量、渗透性、埋深和构造条件是选择煤层气开发有利区块时必须优先考虑的因素。
美国煤层气勘探开 *** 况代表了世界煤层气工业的发展状况。近年来，澳大利亚的煤层气勘探工作也十分活跃，主要集中在东部的几个二叠纪-三叠纪含煤盆地，包括悉尼（Sydney）、冈尼达（Gunnedah）、博恩（Bowen）等盆地，其中博恩盆地的一些井经过测试已经转化为生产井。2000～2001年度，仅博恩盆地用于煤层气勘探的费用就达4440万美元，占该盆地全部勘探费（1.2 亿美元）的37%。昆士兰天然气公司已经在靠近Chianchill的Argyle-1井成功进行了煤层气生产，日产量超过2.823×104m3，煤层气的勘探开发已经成为昆士兰石油和天然气工业的基本部分。但直到目前，澳大利亚的煤层气生产还是以矿井煤层气抽放为主，生产的煤层气主要供给建在井口的煤层气发电站。澳大利亚煤层气勘探开发进展较快，主要原因有三：一是澳大利亚煤炭及煤层气资源丰富；二是几个主要含煤盆地离东海岸人口密集区较近，具有潜在的煤层气销售市场；三是在勘探过程中借鉴了美国的成功经验，并与本国的客观地质情况相结合。
除了美国和澳大利亚，世界上其他30多个国家和地区也开始进行煤层气的勘探和开发工作，但是仅有少量的国家能进行成功的煤层气规模开发，主要原因有三：一是煤层气作为一种非常规天然气，其前期工作往往需要很大的资金投入，如果没有税收政策上的优惠，很难吸引资金；二是除美国外，各国不能彻底解决各自的具体技术问题；三是煤层气本身的特殊性，即从地质评价到工业开采一般需要相当长的时间。
1.2.2 我国煤层气开发利用历史与现状
我国煤层气勘探开发起步较晚，20世纪70年代末至90年代初，我国仍以煤矿安全为主要目的进行瓦斯抽放，部分矿井同时进行煤层气开采试验。1980年，我国的瓦斯抽放量已达到2.934×108m3，其中1000×104m3以上的矿井就有5个。1985年，国家经委修订了《资源综合利用目录》，将瓦斯列入废弃能源，1996年又把煤层气开发和煤层气发电列入该目录。1992年，煤炭部门与联合国开发计划署（UNDP）签订协议，投资1000万美元进行试验，该项目包括松藻矿务局、开滦矿务局、铁法矿务局和煤炭科学研究总院西安分院的4个子项目，主要目的是为我国发展煤层气工业引进技术和设备。这一阶段主要借用美国的技术和经验，但对于地质条件复杂的中国含煤区不太适用，因此未获得突破性进展，但是通过试验，对我国煤层气勘探开 *** 况取得了一定的认识，为后来的煤层气勘探开发奠定了基础。
从20世纪90年代初开始，我国开展了煤层气的勘探试验，取得了实质性的突破与进展。1990年以来，全国已有30多个含煤盆地进行了煤层气勘探钻井，取得了一批储层测试参数和生产参数，在一些地区甚至获得工业气流。为了加快我国煤层气的开发，国务院于1996年初批准成立了中联煤层气有限责任公司。“九五”和“十五”国家科技攻关项目中都设立了煤层气研究和试验项目，同期，国家计委设立了“中国煤层气资源评价”国家一类地勘项目。为了推进煤层气的产业化进程，2002年，国家“973”计划设立了“中国煤层气成藏机制及经济开采基础研究”项目，从基础及应用基础理论的层面对制约我国煤层气发展的关键科学问题进行系统研究，并将其成果应用于煤层气的勘探开发中。到目前为止，我国施工煤层气井270余口，共有31个区块进行过不同程度的试验，主要集中在华北、东北和华南聚气区，建成煤层气井组12个；探明煤层气地质储量10.23×1012m3，中联煤层气公司和煤炭科学研究总院西安分院新一轮全国煤层气资源预测显示，我国煤层气总资源量为31.46×1012m3。
1999～2002年，由东煤107队于辽宁省阜新盆地共施工了8口煤层气地面开发井，为阜新市提供日产气量为2×104m3以上的居民生活用气，标志着我国煤层气地面钻井商业开发实现了零的突破。2005年，山西省晋城地区投入2.37亿美元建设的国内之一个煤层气综合开发利用示范项目开工，预计2008年建成投产。该项目通过地表向地下煤层钻孔，每年抽取煤层气大约1.66×108m3，供应当地工业、商业用户和居民作燃料，并建设一座12×104kW的煤层气发电厂。
1.2.3 我国煤层气勘探开发的进展与趋势
2004～2006年，在国家发展和改革委员会、国土资源部、财政部联合组织下，开展了全国新一轮煤层气资源评价，中联公司、中石油、中石化和中国矿业大学等单位承担了具体评价任务。评价中首次考虑了褐煤中的煤层气资源，首次进行了全国重点矿区煤层气资源评价。
截至目前，我国煤层气探明地质储量为1023.08×108m3。其中，以地面开发为主探明储量为754.44×108m3，以矿井抽放为主探明储量为268.64×108m3。
1.2.3.1 煤层气地面商业性开发取得历史性突破
自2000年阜新矿区实现小规模煤层气地面商业性开发以来，我国在山西南部无烟煤地区数个区块又取得地面商业性开发的突破，昭示出中国特有的煤层气地质特色和商业性开发前景。
1）辽宁阜新刘家井组煤层气开发工程：1999～2002年，阜新矿区刘家井田施工煤层气井8口，形成小型开发井网，单井平均产气量0.3×104m3/d左右，更高达0.6×104m3/d，并于2003年3月1日正式向阜新市区供气，日均供气约2×104m3，在我国率先实现煤层气地面商业性生产。
2）山西沁水枣园井组煤层气开发试验工程：该工程共有生产试验井15 口，建有日发电400 kW的小型煤层气电站，2003年4月开始向外供气。
3）山西晋城潘庄煤层气地面开发工程：该工程2003年施工30口开发井放大试验并开始商业性生产，目前已形成210口井的开发规模，其中110口已投入生产。日产气量30×104m3，单井更高产量1.3×104m3，形成了年产1.5×108m3煤层气的生产规模。目前，生产的煤层气除就地发电、居民供气、汽车燃料外，已销往郑州、长治、安阳等地作为民用或工业用气源。
4）山西晋城潘河煤层气开发利用先导性试验工程：该工程计划施工900口煤层气井，分3期完成。2006年完成之一期施工150 口煤层气生产试验井，计划建成年产煤层气约1×108m3的生产示范基地。该基地已于2005年11月1日正式开始对外供应压缩煤层气，日产气约7×104m3。
1.2.3.2 煤层气勘探与开发试验活动更为活跃
至2006年8月底，我国完成的煤层气井数约650口（图1.1），其中80%以上分布在山西和陕西两省。20世纪80年代以来，全国投入煤层气勘探开发资金达21亿～22亿元人民币，引进外资约1.8亿美元。在2000年以前30余个勘探或开发试验区的基础上，近年来进一步扩展了新的区块，目前正在进行作业的区块达到20余个，开发试验规模和技术水平都有极大提高，对外合作也取得新的进展。目前，全国已登记的煤层气区块共64个，各方参与煤层气勘探开发活动的热情空前高涨。
图1.1 中国各时期煤层气钻井数
（据叶建平，2006）
除前述4个已进行商业性开发的项目外，目前正在进行的勘探与开发试验的区块有20余个，如中联公司自营或与地方合作的端氏、韩城、鹤岗、沈北等区块；与国外公司合作的淮南潘谢东、保德、沁源、寿阳、丰城、乌鲁木齐白杨河、盘县青山、云南老厂等区块；中国石油天然气集团自营的大宁-吉县、宁武、郑庄、樊庄、乌鲁木齐等区块；晋城兰焰公司自营的潞安屯留、郑庄、成庄、赵庄、胡底等区块。此外，国内某些大型煤炭企业也积极开展煤层气地面抽采工作，如铁法、抚顺、淮南、平顶山、焦作、潞安、松藻等。上述工作成效显著，如在韩城、晋城潘庄、盘县青山等地打出了煤层气自喷井，揭示了这些地区煤层气资源开发的巨大前景。
在上述区块中，有五大项目即将投入开发试验：①韩城项目施工直井11口，加上前期6口煤层气井（平均产气量0.1×104m3/d），组成韩城开发试验区；②晋城端氏区块施工多分支水平井2口，经过排采试验，单井产气量已达1×104m3/d左右；③晋城大宁区块施工多水平分支井5口，其中2000年底投入排采试验的DNP02井产气量稳定在2×104m3/d左右；④晋城樊庄区块计划施工200口直井形成煤层气开发区，目前数十口井开始进入排采试验；⑤大宁-吉县形成了由34口直井和1口多分支水平井组成的开发试验井网，正在排采试验，已取得单井（0.1～0.28）×104m3/d的试验成果。
我国自与美国德士古公司于1998 年签署国内之一个煤层气产品分成合同（淮北项目）以来，目前先后已与16家外国公司签订了27个煤层气资源开采产品分成合同，合同区总面积超过3.5×104km2。截至2005年底，对外合作区块内已施工各类煤层气井254口，压裂排采204 口，施工二维地震2065 km，建立了潘庄、柿庄、保德、三交、寿阳、淮北、丰城、恩洪等先导性开发试验井组，获得了具有商业价值的煤层气产量，国际合作成效显著。
1.2.3.3 煤层气勘探开发技术进展
经过20余年来的研发和实践，我国已形成了从煤层气资源评价、地质选区、勘探至地面开发的完整技术 *** 体系。近年来，在某些关键技术上又有了新的突破。
1）基于动力学条件的有利区带优选技术：该项技术包括两个方面，一是煤层气储层弹性能聚散程度的三元判识标志，用于煤层气成藏效应的预测；二是煤储层弹性能能量聚散模式，形成了基于该模式的煤层气有利带动力学定量预测 *** 。采用三元判识标志，将煤层气成藏效应分为3个级别组合和27个类型，有关 *** 在沁水盆地煤层气富集高渗动力学条件发育区预测中得到了验证，形成了适用于我国地质条件的煤层气有利区带先进预测技术。
2）煤层气地震勘探技术：在传统的二维和三维地震勘探技术的基础上，开发了三维P波煤层气地震勘探技术，提出利用“两个理论、六项技术”来指导煤层气藏勘探。六项技术包括地震属性技术、地震反演技术、方位AVO技术、方位各向异性技术、煤层厚度非线性反演技术和基于MAPGIS的多源信息预测技术，以岩性地震勘探为核心，形成了先进的煤层气地震勘探技术系列，并在煤层几何形态和裂隙发育程度等的探测中取得了良好的应用效果。
3）煤层气井空气/雾化钻井技术：结合中国煤层气地质特点，在引进美国相关技术的基础上进一步研制出空气钻井设计软件，形成了空气钻井系列技术。目前，该项技术已在沁水盆地南部潘河国家煤层气开发示范项目中广泛使用，使钻井周期由原来的15 d以上缩短到不足5 d，降低了施工成本，避免了钻井液对储层的伤害。
4）多分支水平井钻井、排采技术：2004年11 月，我国之一口煤层气多分支水平井投入生产，煤层中水平井眼总进尺8000m，单井日产稳定在2×104m3以上，实现了煤层气开发工艺和产能的双重突破。截至目前，国内已有14口多分支水平井施工完毕。大宁井田完成3口多分支水平井，目前正在排采；端氏区块实施2口多分支水平井，预测单井产能在2×104m3以上，并首次实现双主支多分支水平井钻进记录；武M1-1多分支水平井，在煤层中进尺达6088m；大宁PSC项目，首次实现9000 m总进尺的水平定向钻进记录；寿阳区块多分支水平井3口，正在排采试验。该项技术在我国的应用成功，为我国低渗煤层的煤层气高效开发提供了新的技术途径。
5）注入二氧化碳增产技术：在“十五”期间，国内开展了注入二氧化碳提高煤层气采收率的先导性试验，研究了适合于我国地质特点的工艺参数，取得了显著的增产效果。2004年4月，完成了山西南部TL-003井的现场二氧化碳注入试验，为我国煤层气产业可持续发展、二氧化碳地下储藏等提供了先进的技术储备。
6）氮气泡沫压裂技术：氮气泡沫压裂技术主要适应于低压、低渗、强水敏性的煤层。潘河项目完成了2口井的氮气泡沫压裂施工，成功地将单井煤层气日产量提高了3倍左右。潘庄项目进行了氮气泡沫压裂对比试验，试验井煤层气日产量比参照井提高了1倍左右。在韩城开发试验项目中，通过氮气泡沫压裂技术的实际实施，分析了该项技术对特定煤层气地质条件的适应性，为我国应用此项技术积累了宝贵经验。
1.2.4 我国煤层气研究及勘探阶段
我国煤层气勘探开发起步较晚，从20世纪50年代开始至今，大体可分为3个阶段。
1.2.4.1 煤矿瓦斯井下抽放与利用阶段
自20世纪50年代开始到70年代末，我国煤层气勘探开发的主要目的是为减少煤矿瓦斯灾害而进行的煤矿井下瓦斯抽放与利用。我国煤矿井下抽放煤层气已有较长的历史。1980年，煤层气抽放量已达2.934×108m3，其中0.1×108m3以上的矿井就有5个。1996年，抽放量达6.338×108m3，抽放量在0.1×108m3以上的有16个矿区。这些对于减少井下瓦斯事故、保护环境及改善能源结构均有重要意义。瓦斯抽放也是煤层气开发的一项有效技术。
1.2.4.2 煤层气勘探开发试验初期阶段
20世纪70年代末至90年代初，我国以煤矿安全为主要目的，部分矿井同时进行煤层气开采试验，并进行了水力压裂试验和研究。这一阶段主要是借用美国的技术和经验，但对于我国地质条件复杂性研究不够深入，因此未获得突破性进展。但是也在煤层气的勘探开发取得了一定认识，积累了一些经验，学到了一些先进技术。
1.2.4.3 煤层气勘探开采试验全面展开阶段
20世纪90年代初至今，我国从优质能源的利用出发，开展了煤层气的勘探试验，取得了实质性的突破与进展。石油、煤炭、地矿系统和部分地方 *** 积极参与这项工作，并在20世纪90年代初成立了专门的煤层气研究机构，许多国外公司也积极在中国投资进行煤层气勘探试验。1990年以来，我国已有30多个含煤区煤层气勘探钻井，已钻成勘探和生产试验井119口，取得了一批储层测试参数和生产参数，并在柳林、晋城、大城及铁法等含煤区获得了工业气流。这一阶段我国的煤层气勘探，无论是地质选区评价，还是工艺技术都有了突飞猛进的发展，取得了实质性的突破，但对我国复杂地质条件下煤层气的富集高产规律认识还不够深入，工艺技术还未完全过关，煤层气地质选区评价仍是此阶段首要的研究课题。
1.2.5 煤成气地质研究与开发简况
煤成气也是一种非常重要的天然气，世界上很多国家在开采煤成气。我国一些大型煤产地也是煤成气田，如鄂尔多斯地区、华北各含煤区，都蕴藏大量煤成气藏。例如中原油田煤成气的勘探主要集中在东濮凹陷，已找到了文23、白庙及户部寨等古生新储煤成气田和混合气田，其中文23煤成气田已探明地质储量达149.4×108m3，为中原油田的主力气田。2003年，东濮凹陷文古2 井于上古生界石千峰组3813.5～3834.3 m 井段（16.8 m/3层）进行压裂，日产天然气1.1×104m3、油7.0 m3。华北苏桥的煤成气聚集于奥陶系，中原的“文23”煤成气藏和白庙混源气藏聚集于第三系沙河街组。济阳地区的155井和孤北1井气藏聚集于石炭、二叠系储层内，而曲古1井煤层甲烷聚集于第三系沙河街组二段内。
煤成气勘探开发已经具有比较多的研究实践，国内外研究人员取得了很多研究成果（M.Teichmuller，1983；B.Waiter等，2002；杨俊杰等，1987；戴金星等，2001；张新民等，2002）。
总的看来，国内外煤成气地质研究具有如下发展趋势：①十分重视煤系有机质的来源和显微组成，并将其与生烃潜力、产气量紧密联系起来；②分析化验不断采用高新技术，如天然气中微量生物标志物的富集与分析、单体烃同位素分析及含氮化合物分析等；③采用系统动态的观点，将天然气的生运聚散作为一个动态演化的系统，对该系统的研究不断由定性、半定量向定量化发展；④模拟实验更为符合实际，不仅模拟不同显微组分的生烃演化规律，而且对煤系地层烃类的排出、二次运移至聚集的过程都进行了实验探索，获得了多项参数；⑤对煤层本身的储集性能和封盖能力有了进一步的认识。
内蒙古煤炭科学研究院有限责任公司怎么样？
内蒙古煤炭科学研究院有限责任公司是2008-08-07在内蒙古自治区呼和浩特市新城区注册成立的有限责任公司(自然人投资或控股)，注册地址位于内蒙古自治区呼和浩特市新城区中山东路49号。
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内蒙古煤炭科学研究院有限责任公司的经营范围是：许可经营项目：无 一般经营项目：煤炭行业（矿井）专业甲级工程设计；地质灾害危险性评估、地质灾害治理工程设计；煤炭、矿山采选节能评估；煤炭行业乙级、冶金行业（冶金矿山工程）专业乙级工程设计；煤炭生产能力核定；煤炭、火电市政公用工程(给排水）的规划咨询、编制项目建议书、编制项目可行性研究报告、项目申请报告、资金申请报告、评估咨询、工程设计；（以上经营范围凭资质证书经营）；煤炭科学研究及综合技术服务；煤化工综合利用技术研究；自有房屋租赁。（依法须经批准的项目，经相关部门批准后方可开展经营活动。） (依法须经批准的项目，经相关部门批准后方可开展经营活动)。在内蒙古自治区，相近经营范围的公司总注册资本为435459万元，主要资本集中在 5000万以上 规模的企业中，共45家。本省范围内，当前企业的注册资本属于良好。
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我国煤炭勘查的几个前沿问题
针对煤炭地质勘查研究存在的问题，可以看出，我国煤炭地质勘查虽然研究成果较多，但是由于手段多样化、技术的差异性、区域地质条件不均性以及实际操作的差别造成了以上存在的几个问题，综合分析来看，我国煤炭地质勘查技术与 *** 仍需加强以下几个研究方向：
1.煤炭地质勘查阶段划分研究需要重新厘定
我国现行的勘查阶段划分仍然沿袭前苏联的四分法。但是，从目前情况看，勘探阶段对矿井地质条件的查明程度与安全高效矿井建设的需求依然有很大差距，难以满足市场经济条件下煤炭工业建设规划需要。实际上，煤炭地质勘查是为矿井建设和生产服务的，勘查技术主要进展、矿井开采地质条件综合勘探效果更多的体现在矿井生产实践验证中。因此，包括建井和生产阶段的补充勘探是勘查工作的继续，无疑属于煤炭地质勘查范畴。建议将煤炭地质勘查工作划分为5个阶段，制定补充勘探阶段的工作程度、技术标准，并将其纳入重新修订的煤炭地质勘查规范中去。
《煤、泥炭地质勘查规范》中，要求煤炭地质勘查遵循以煤为主、综合勘查、综合评价的原则。但是，在煤炭资源地质勘查手段、工程量布置和控制程度等方面上，均是以钻探手段为主要依据，按照几类（针对构造复杂程度）几型（指煤层稳定程度）确定勘探类型，对最终阶段即勘探（精查）阶段的要求也仅是“详细查明先期开采地段内落差等于和大于30m的断层、详细查明初期采区内落差等于和大于20m（地层倾角平缓、构造简单、地震地质条件好的地区为15～10m）的断层”。
深部煤炭资源的赋存条件，一般情况下要比浅部复杂；新建矿井多为高产、高效矿井，综合机械化生产对煤矿地质工作提出了更高要求，包括查明断距3～5m的断层、幅度5m左右的褶曲、陷落柱和采空区的空间分布等。因此，现行规范对于深部煤炭资源地质勘查的手段比较单一、勘查精度要求整体偏低。
如何提高勘查精度，从规范上提高精度要求，成为当代煤炭勘查工作解决的前沿问题。
2.加快煤炭空白区勘查，满足优质煤炭基地建设和矿井生产接替需要
我国西部煤炭地质勘查空白区相对于东部较多，其勘查程度低，开发工作滞后，经济可采储量严重不足，具有重要的勘查潜力。因此，煤炭地质勘查要以新的成矿理论为指导，采用先进的勘查技术手段和设备，对该类型地区进行研究，及时准确地发现新的煤炭资源，为国家经济安全发展提供新型能源基地。
3.加大深部煤矿床精细勘探技术研究
由于勘查程度低，对深部煤炭资源赋存状况和地质条件掌握程度差。从已进入深部生产的矿井看，随着采煤深度增加，高水压、高地温、高地压、高瓦斯问题日趋严重，地质构造愈来愈复杂。未来深部矿井均是高产高效矿井，为开发利用深部煤炭资源，将开发风险降低到更低限度，必须掌握煤矿区、矿井、尤其是采区、工作面的地质条件。为此，以物探 *** 为先导，配合基础地质勘查手段，结合其他勘探手段，提高深部煤岩层精细构造和灾害源探测能力与精度。
4.加快资源勘查、矿井建设、煤气安全开采一体化和环境保护四位一体化研究步伐
煤炭地质勘查是煤气共采的基础。煤田勘查坚持统筹规划、协调开发的原则，从普查阶段开始就将煤层气勘查评价与煤勘查有机结合起来，统一部署、同时设计、同时组织施工，进行一体化勘探、综合评价。对煤层气有利区块开展试井和小井网勘探。煤炭科学研究总院西安研究院研发的地面钻孔煤层绳索取心装备和煤层气含量快速测定技术，大大降低了逸散气的体积，通过实验室适当加温和连续解吸，以提高煤层气解吸速率，在几小时至几天内可以获得煤层气含量。与自然解吸法相比，其结果准确率超过90％。同时，煤炭科学研究总院西安研究院根据我国煤田地质条件和储层物性特征，对从美国引进的煤层气注入/降压试井设备进行改进，配合无污染钻井液，减少了试井工程对储层的伤害，提高了煤层原位瓦斯含量、成分、储层压力、渗透率和原地应力的测试精度。借助自主研发的开放式煤层气试井软件，实现了煤层气工程设计、数据处理、结果分析、报告生成的自动化。
5.与煤伴生的微量元素勘查研究
20世纪50～70年代，煤地质工作者对与煤伴生的U、Ge、Ga等有用元素进行过调查。80年代以来，随着人们对资源开发中环境保护问题的日益重视，查明煤中有害元素种类、含量及分布特点，研究它们的地球化学特性等成为煤炭地质勘查的重要任务之一。赵峰华根据环境质量标准确定了22种与环境密切相关的、需要特别关注的元素，并通过燃煤产物淋滤实验研究了它们的赋存机制。煤炭科学研究总院煤化工研究院对我国不同时代、不同地区的441个煤矿1018个煤样进行了31种微量元素抽样调查，全面地展示了大中型煤矿高硫煤中微量元素分布的基本特征。窦廷焕等研究了东胜－神府煤田16个精查矿井中有害微量元素时空分布，并评价了其环境意义。中国煤田地质总局、原地矿部等一些单位相继完成了全国主要煤矿区煤的物质组成、元素组成、微量元素时空分布规律、赋存状态、富集因素和成因类型调研工作。2000～2003年，中国煤田地质总局与中国矿业大学合作，将煤岩学、煤化学和微量元素地球化学理论与洁净煤技术有机结合起来，开展了中国洁净煤地质研究。通过煤矿开采和煤加工、洗选、燃烧试验，筛分出煤中11种潜在有毒有害元素作为环境评价指标，得出了它们在煤中的危险丰度；研究了潜在有害元素，特别是As和Hg在煤炭资源开发利用全过程中的迁移、富集、转化、再分配，及其对环境与人类健康的影响，为优化洁净煤技术，改善环境质量提供了科学依据。同时，与煤伴生的有益元素成因与成矿机理研究取得较大进展。代世峰等总结了华北和黔西若干煤中微量元素地球化学特征，研究了铂族元素丰度、配分模式及来源。代世峰还研究了内蒙古乌干达煤矿9＃煤层黄铁矿杆状菌落，指出菌藻类等低等生物对Cu、Ni、Zn元素富集有重要贡献。李宏涛等采用多种分析 *** ，发现东胜煤田砂岩型铀矿床中磁铁矿－黄铁矿－方解石间具有成因联系，认为球状次生磁铁矿是烃类和微生物共同作用的结果，对本区铀矿和油气勘探具有重要的启发作用。樊爱萍等将煤盆地演化与成矿作用结合起来，指出东胜煤田砂岩物性受成岩过程和成岩环境控制，氧化－还原、酸性－碱性过渡带有利于铀元素在直罗组砂岩中富集成矿，这与周巧生等、杨殿忠等对吐哈盆地与侏罗纪煤有关的砂岩型铀矿床成矿作用的研究结论相似。
6.物探手段探测能力和精度急待提高
高产高效矿井建设是以丰富的资源优势、可靠的开采地质条件和先进的采煤设备为前提。随着煤矿生产机械化、集中化水平的提高，生产能力与规模的不断扩大，矿井生产对地质条件的查明程度提出了更新更高的要求。因此，无论是深部资源勘查还是浅部生产矿井补充勘探，精细查明影响矿井生产的主要地质因素是解决采掘方式与地质条件之间彼此适应的问题。据不完全统计，浅部勘探即使地震地质条件适合，三维地震勘探解释H（落差）10m脆性断层的验证准确率达90％以上，H＝5～10m脆性断层的验证准确率为75％～80％，H＝3～5m断层的验证准确率仅30％～40％。对于地震条件复杂的地区，探采对比准确率更低。层滑断层和H≤3m的脆性断层基本上属于三维地震勘探的盲区。因此，三维地震技术对构造的探测精度和可靠性不能完全满足现代化矿井生产的要求。
电磁辐射监测技术在煤岩动力灾害预测中的应用
8.2.1 电磁辐射监测仪简介
对于煤岩变形破裂电磁辐射现象的研究及监测仪器的研制，最早的是20世纪80年代末至90年代初前苏联矿山测量与地质力学研究院先后研制的“EГ—9”、“BOЛa—1”、“BOЛa—2”等型号的测量仪器，主要是通过测定工作面前方的电磁辐射脉冲数来评价其冲击矿压和煤与瓦斯突出危险性。煤炭科学研究总院重庆分院的马超群等［192］研制了MMT—92型煤与瓦斯突出危险探测仪，该仪器采用点频（57±5 kHz）天线来接收煤岩破裂的电磁辐射，测定指标也是电磁辐射的脉冲数，根据脉冲数的高低来预测工作面突出危险性。上述仪器的一个共同缺点是测定参数只有电磁辐射脉冲数一项指标，且测定的只是单一频率，这与实际煤岩体变形破裂过程电磁辐射参数的特征是不符合的，因而导致其判定结果的不准确性，使其应用受到一定的限制。
KBD-5矿用本安型电磁辐射监测仪是中国矿业大学根据对受载煤岩电磁辐射特征的研究而设计制造的，可用于煤矿井下预测预报冲击矿压、煤与瓦斯突出等煤岩灾害动力现象以及工作面前方应力状态的监测，也可以对金属矿山岩爆危险性以及混凝土构造的隧道安全性等进行监测，是按照GB3836.4～83《爆炸性环境用防爆电器设备通用要求》制造的。该仪器使用宽频带、高灵敏度定向天线，接收电磁辐射参数有电磁辐射强度和脉冲数两个指标。
主要技术参数有：
频率：宽频
天线灵敏度：50μV/m
测试方式：非接触定向测试
报警方式：手动设置预警临界值，超限自动报警
接收机输入信号：Vpp≥2μV
电源：MCDX-III型隔爆本安电源
工作电压：（12±0.5）V
工作电流：不大于500 mA
有效预测距离：7～22 m
防爆形式：Ex ibI，矿用本质安全型
KBD-5矿用本安型电磁辐射监测仪整个系统包括天线、接收机、微机、电源、充电器、天线固定支架和数据处理及分析软件，其中KBD-5电磁辐射监测系统软件是在Windows操作平台上开发而成的，软件功能强，包括文件操作、数据传输、图表显示、数据连接、动态分析及预测预报、结果打印、远程监测及控制、帮助系统，并具有良好的主界面，如图8.6所示。
图8.6 KBD-5电磁辐射监测系统软件操作界面图
KBD-5矿用本安型电磁辐射监测仪的主要特点有：
1）电磁辐射技术及监测实现了非接触、定向、区域及连续预测；
2）电磁辐射信号的采集、转换、处理、存储和报警由监测仪自动完成。
监测仪具有人机对话、定向接收、数据接收和处理、数据存储和查询、数据和图形显示、与PC机通讯和报警等功能。
其电原理图和电磁辐射监测仪测试方式图如图8.7、图8.8所示。
图8.7 KBD-5电磁辐射监测仪电原理图
图8.8 KBD-5电磁辐射监测仪测试方式图
8.2.2 电磁辐射监测技术在煤岩动力灾害预测中的应用［193～196］
目前，煤岩动力灾害如煤与瓦斯突出的预测 *** 从预测的范围和时间来分有：区域预测和局部预测，前者又称长期预测，主要是确定矿井、煤层区域的危险性；后者的任务是在前者的基础上及时预测局部地点的危险性，又称为日常预测。若根据突出过程及其连续性有静态（静态）预测 *** 和动态（连续）预测 *** ，静态预测是指从现场提取煤岩体在某一时刻所处状态的某种量化指标（如钻屑量、钻孔瓦斯涌出初速度法、R指标法等）来确定危险性，动态预测指通过动态连续监测能够综合反映煤岩体所处应力状态的某种指标（如声发射法、电磁辐射法等）来确定待测地点的危险性。其中电磁辐射非接触预测法是近年来发展较快且取得较好效果的预测 *** ，尽管在实验室研究和仪器的研制方面均取得了显著的成绩，但是在现场煤岩灾害危险区域的确定方面仍然有许多工作要做。
（1）煤岩开采巷道围岩内部应力区及其电磁辐射监测技术
岩爆、冲击地压、煤与瓦斯突出等动力灾害是煤岩体在地应力（包括构造应力）作用下发生变形破坏的过程，发生的结果是煤岩体的快速抛出及瓦斯的大量释放，是煤岩体、瓦斯及地应力共同作用的结果。在掘进或回采空间形成后，工作面煤岩体失去应力平衡，处于不稳定状态，煤壁中的煤体必然要发生变形或破裂，以向新的应力平衡状态过渡，即发生流变；煤体中的瓦斯也失去动态平衡，在瓦斯压力梯度的作用下，沿煤体中的裂隙向工作面空间涌出，这两种过程均会引起电磁辐射。即使当工作面煤体处于基本稳定状态时，由于煤体仍然承受着上覆岩层的应力作用，此时工作面煤体处于弱流变状态，这同样会产生电磁辐射。
采掘空间形成后，采掘工作面前方存在三个区域：松弛区域、应力集中区和原始应力区，并随着工作面的推进而前移。在松弛区，煤体已发生屈服，在煤体内部形成了大量的裂隙，煤体呈破碎状态，煤体已不能承受太大的应力作用。因此，该区域的应力较低。由松弛区到应力集中区，应力及瓦斯压力越来越高，因此在垂直于煤壁的内部方向上单位煤体产生的电磁辐射信号也越来越强。在应力集中区，应力和瓦斯压力达更大值，因此煤体的变形破裂过程也较强烈，该处电磁辐射源产生的电磁辐射信号最强。越过峰值区后进入原始应力区，不同深度方向上电磁辐射源产生的电磁辐射的强度将有所下降。沿着工作面煤体深度方向上不同位置的电磁辐射源产生的电磁辐射有一个类似于应力曲线型的理论曲线（如图8.9）。采用非接触电磁辐射法测定的是总体电磁辐射强度和脉冲数，是不同深度煤体的电磁辐射场在测试地点的叠加场的反映，预测范围包含应力松弛区和应力集中区。
图8.9 工作面煤体内电磁辐射（E）和应力（σ）分布示意图
综上所述，电磁辐射和煤的应力状态及瓦斯状态有关，应力越高、瓦斯压力越大时电磁辐射信号就越强，电磁辐射脉冲数就越大。应力和瓦斯压力越高，突出危险越大。电磁辐射强度和脉冲数两个参数综合反映了煤体前方应力的集中程度、瓦斯压力的大小和含瓦斯煤体突出危险的程度，因此可用电磁辐射法进行突出预测。煤岩电磁辐射（EME）是煤岩体受载变形破裂过程中向外辐射电磁能量的一种现象，与煤岩体的变形破裂过程密切相关。
同样，在煤岩体中进行钻孔后，由于钻孔周围的煤岩体产生应力的释放，发生变形破裂。钻孔周围的地应力越大，或者说应力集中程度越大，则钻孔周围的煤岩体其变形破裂的程度也越大，因而产生的电磁辐射信号也越强。因此，电磁辐射信号能够反映钻孔过程中煤岩体破坏的程度，由煤岩体钻孔检测的电磁辐射结果也能够确定采掘工作面前方应力区域的范围。
钻孔电磁辐射测定系统包括电容式电磁信号传感器、推拉杆和电磁辐射仪。其工作原理是：首先由电容式信号传感器接收钻孔过程中产生的电磁辐射信号，通过放大器放大，然后由电磁辐射监测仪记录感应电势值。实验时，一般垂直煤岩壁面钻孔，每次钻孔1.0 m后立即用电磁辐射仪测定电磁辐射信号。测定系统布置图如图8.10所示。
图8.10 工作面煤体内钻孔电磁辐射测定示意图
（2）电磁辐射与常规预测指标及突出危险性关系
2002年4月在淮南矿业（集团）有限责任公司潘三矿进行了现场试验，主要进行了以下工作：
1）在潘三矿1452（3）轨顺、1452（3）运顺掘进工作面安装了煤与瓦斯突出电磁辐射监测仪，并确定了电磁辐射监测参数；
2）现场测试掘进工作面煤与瓦斯突出与电磁辐射的关系；
3）现场测试掘进工作面电磁辐射与钻屑量、钻孔瓦斯涌出初速度指标间的关系；
4）测试了工作面不同方位电磁辐射的分布。
下面是测定结果分析，从图8.11中可以看出：
图8.11 潘三矿1452运巷同一地点不同方位电磁辐射与常规预测对比
1）电磁辐射强度和脉冲数平均值在同一监测地点不同方位的测定结果其变化趋势均是一致的，即左前方、右前方和正前方在某一个时刻测定的结果相差不大，但是正前方的值要稍微大于左前方和右前方，此变化规律与本文的力电耦合计算结果是一致的；
2）电磁辐射强度和脉冲数平均值测定结果与常规预测法测试值进行对比，发现二者也具有相同的变化趋势，从而说明煤岩变形破裂过程产生的电磁辐射信号反映了煤岩体内部应力的变化，二者呈现正相关的关系。
（3）煤岩体不同深度电磁辐射的变化
2002年12月在淮南矿业（集团）有限责任公司潘三矿进行了现场钻孔电磁辐射试验，测定实验结果如图8.12和图8.13所示。从图中可见：
1）现场钻孔内不同深度测定的电磁辐射强度是不同的，其一般是随着离孔口的距离的增加，先是逐渐增大，在离孔口大约3～5 m范围内达到峰值，然后又开始降低；基本上呈现出与钻孔应力变化相同的趋势，同时也证明了本文第九章力电耦合计算的合理性；
2）对不同测定位置，发现在正前方测定值要大于左前方，说明正前方同一深度的应力值或应力变化要大于左前方的，这一现场测定结果与前面模拟计算值在巷道深度方向的分布规律是吻合的。
图8.12 EME现场测定幅值与钻孔不同深度的关系
图8.13 EME现场测定脉冲数平均值与钻孔不同深度的关系
8.2.3 煤岩变形破裂电磁辐射临界值的确定
为判断待测煤层的突出危险性，需要对KBD-5型电磁辐射监测仪的两个参数：电磁辐射强度和脉冲数，进行临界值的设定。KBD-5型电磁辐射监测仪主要由高灵敏度宽频带定向接收天线和电磁辐射接收及数据处理主机组成，是通过电磁辐射强度值和脉冲数两个参数指标三个值（电磁辐射强度更大值Emax、电磁辐射强度平均值Eavg和电磁辐射脉冲数N）来监测工作面冲击危险程度的。在应用过程中，发现临界值设定的好坏直接影响预测效果，因此本文对此进行了研究。
（1）临界值确定的步骤
对一般矿区采用临界值法，即当电磁辐射强度或脉冲数超过临界值时，监测仪自动报警，应采取防治措施。不同矿区因其不同的地质情况、煤岩内应力分布、煤岩物性电性参数、煤中瓦斯状态和煤岩含水率等，其电磁辐射水平也各有差异，因此必须设定不同的临界值。煤岩体破裂过程中产生的EME，其影响因素主要有：煤岩电性参数、加载条件、煤岩组分等。电性质是煤岩材料的重要物理性质，也是研究煤岩电磁辐射传播特性的主要参数；对此何学秋、聂百胜［64］等进行了一定程度的研究。本书第4章也对影响电磁波在煤岩介质中的衰减特性进行了分析与研究。
为此，煤岩破裂电磁辐射临界值的主要影响因素分析如下：
1）应力变化率决定裂纹扩展的速度以及煤岩破坏所需的能量，也就决定了破坏过程电磁辐射能量的大小。这与不同矿区不同煤岩具有不同流变突变速率有关，从而影响电磁辐射的幅度和频度。
2）不同变质程度煤体受载下产生的电磁辐射具有不同的幅度和频度特征。
3）煤体电阻率和相对介电常数随应力的变化而变化。因此现场电磁辐射传播在原始煤体和受载煤体中由于电性参数不同而有很大变化，从而造成了电磁辐射幅值的变化，也影响了临界值的确定。
因此，为确定适用于不同矿区煤岩动力灾害危险性电磁辐射预测的临界值，可以在预测初期采用危险性常规预测法和非接触的电磁辐射监测法同步测定，然后通过对比分析和数据处理，以确定合理的幅度和频度（即电磁辐射强度和脉冲数）临界值。确定好临界值后，只需采用电磁辐射 *** ，就可以真正实现煤与瓦斯突出危险性的动态、连续预测。临界值确定 *** 的步骤如下：
1）首先了解待测煤层的地质情况、物性电性参数、应力状况、含水率等，并对所取煤样进行受载下电磁辐射的实验研究。
2）采用常规的突出预测 *** 如钻孔瓦斯涌出初速度qm和钻屑指标（Smax、K1值、Δh2值）进行跟班测定，并对待测煤层的测定数据进行详细记录。
3）采用KBD-5电磁辐射监测仪对同一含瓦斯煤层同一地点进行同步监测，也可进行动态跟踪监测。定点监测就是在巷道中选定某一测点，监测选定区域内煤体在采掘过程中电磁辐射的变化。动态跟踪监测就是随着工作面的进尺，在工作面迎头布置测点，监测进尺后工作面前方煤体的电磁辐射，以预测工作面前方煤体的突出危险程度。如图8.2所示，安装好支架和天线，并连接好主机及电源。然后打开仪器，先根据经验设置初步的临界值、门限值和组数等；按开始键进行测试，测定电磁辐射强度和脉冲数。
4）测试结束后，将便携式监测仪带到井上，将数据传输到微机中，结合常规预测 *** 的测定数据，进行进一步的趋势分析。
5）通过一定时期的同步测定和数据分析后，不断修正临界值，最后根据分析结果确定一个合理的适用于特定煤层的电磁辐射预测临界值。
（2）现场应用效果
以东庞煤矿2900北辅轨道巷、2900轨道下山的掘进工作面煤与瓦斯突出危险性预测为例。常规预测采用钻孔瓦斯涌出初速度qm、钻屑量S等不连续法进行工作面突出危险性预测，同时采用KBD-5矿用本安型煤与瓦斯突出电磁辐射监测仪进行了同步预测。
根据一定时期的测定和对测定数据的分析表明，电磁辐射强度和电磁辐射脉冲数与钻孔瓦斯涌出初速度qm和钻屑指标（Smax、K1值、Δh2值）之间基本上呈正相关。钻孔瓦斯涌出初速度qm或钻屑指标大的地方，电磁辐射强度或脉冲数也较大（如图8.14，8.15）。试验期间，钻孔瓦斯涌出初速度q、钻屑瓦斯解吸指标Δh2和电磁辐射强度和脉冲数指标的测定结果相对比较一致。根据测定结果和试验地点煤层稳定情况分析，2号煤层钻孔瓦斯涌出初速度q临界指标可暂定为4.0 L/min，钻屑瓦斯解吸指标Δh2临界值可暂定为200 Pa。从图上可以看出一段测定时间内电磁辐射强度更大值的平均值在200 mV左右，脉冲数更大值的平均值在100次/s水平。
图8.14 电磁辐射与钻孔瓦斯涌出初速度关系
图8.15 电磁辐射与钻屑量、Δh2指标间关系
因此分析东庞矿2号煤的实验室和现场实际电磁辐射测定结果、结合其他突出矿井的电磁辐射临界指标，确定东庞煤矿2号煤电磁辐射强度和脉冲数指标的临界值分别为200 mV和100次/s。电磁辐射强度E大于200 mV，或者脉冲数大于100次/s时需采取防突措施。
确定好电磁辐射强度值和脉冲数的临界值后，再利用KBD-5矿用本安型煤与瓦斯突出电磁辐射监测仪对2900北辅轨道巷2901下巷电磁辐射进行测定，测定结果如图8.16～8.17。
试验结果表明，有突出危险时，工作面煤体电磁辐射信号强度较强，脉冲数较高，如图8.16所示；没有突出危险时，工作面煤体电磁辐射信号强度较弱，脉冲数较低，如图8.17所示。
图8.16 2900北辅轨道巷电磁辐射测试结果
图8.17 2901下巷电磁辐射测定结果
准南低煤阶煤层气研究进展及认识
吴 见 王赞惟
( 中联煤层气有限责任公司，北京 100011)
摘 要: 我国低煤阶煤层气资源十分丰富，但目前开发效果不明显。本文总结了低煤阶煤层气勘探开发现状，对五个煤层气盆地进行了特征对比。依据准南项目工作经验，提出了低煤阶煤层气井网部署、钻完井技术、排采技术等方面的认识。
关键词: 低煤阶 煤层气 研究进展 认识
The Low Rank Coalbed Methane Research Progress and Recognition of South Junggar Basin
WU Jian WANG Zanwei
( China United Coalbed Methane Corporation Ltd. Beijing 100011)
Abstract: Low rank coalbed methane is abundant in China，but with poor developing result. This article summarizes the current situation of CBM exploration and development，and developes a characteristic contrast of five CBM basins. Based on south Junggar Basin item，this article put forward the recognition about network deploy- ment，drilling and completion and draining technology.
Keywords: South Junggar Basin; Low rank; Coalbed methane; Research progress; Recognition
作者简介:吴见，男，(1983年生)，2009年毕业于中国矿业大学(北京)，硕士研究生，工程师，从事煤层气资源评价等工作。地址:北京东城区安外大街甲88号，100011。E-mail:ilcby@163.com。
1 前言
低阶煤是煤化作用早期阶段形成的产物，通常指碳含量低、挥发份高、发热量较低的褐煤、长焰煤和不粘煤等，煤岩镜质体反射率Ro0.65%。
我国煤层气资源十分丰富，新一轮全国油气资源评价(2007年)结果表明:中国42个主要含煤盆地2000m以浅煤层气资源量为36.81×1012m3，其中低阶煤层气约占煤层气总资源量的36%。主要分布在侏罗系、下白垩统和第三系，其次为石炭二叠系。侏罗系低阶煤主要分布于中国西北部的80余个不同规模的内陆坳陷盆地，如准噶尔、吐哈、伊犁、塔里木等盆地;下白垩统低阶煤主要分布于大兴安岭以西的40余个规模不等的中新生代断陷盆地，如伊敏、霍林河、胜利、扎赉诺尔、大雁等盆地;第三系低阶煤分布于沈北、珲春、舒兰、梅河等盆地。中国低煤阶煤层气资源量巨大，形成了良好的勘探开发资源基础。开展低煤阶煤层气资源评价研究，探索勘探开发工艺技术具有积极的意义。
2 国内外研究现状
2.1 理论基础
美国的煤层气开发首先是在圣胡安和黑勇土两个盆地的中煤阶煤中取得突破，并由此形成了煤层气产出的“排水—降压—解吸—扩散—渗流”理论。20世纪90年代，美国又提出“生物型或次生煤层气成藏”理论，并在尤因塔、粉河盆地上白垩统煤系地层勘探取得成功，实现了低煤阶煤层气的商业性开发。加拿大注重发展连续油管压裂、二氧化碳注入、水平羽状井等增产技术。澳大利亚发展了针对低渗透特点的地应力评价理论和水平井高压水射流改造技术，均实现了煤层气开发突破。同时，也证明了美国煤层气理论的适用性，根据煤层气资源条件进行借鉴应用和适宜性改进，可以促进中低煤阶煤层气资源开发。
中国实现煤层气资源开发的突破区是高阶煤，目前，中联公司、中石油、蓝焰等公司在沁水盆地实现了无烟煤煤层气地面商业化开发，形成了创新性煤层气开发技术体系，解决了高阶煤煤层气勘探开发的技术和模式问题，可保证煤层气地面开发的顺利进行，具有国际领先水平;在低煤阶煤层气研究方面，开展了大量的工作，比如总结出影响低阶煤煤层气富集的关键因素是封堵，而构造、岩性和水动力是形成煤层气封堵的主要因素(傅小康，2006);开展了中国低煤阶煤层气藏的地质特征和成藏模式研究，提出低煤阶煤层气成藏模式(孙平，2009);介绍国外成功应用的低煤阶煤层气勘探开发技术，对我国的低煤阶煤层气资源与勘探开发前景进行了初步分析、评估和展望(李五忠，2008)。对于低煤阶煤层气资源的富集模式、成藏条件、储层特征以及钻完井等施工技术开展了理论研究和实践应用总结，在准南煤层气资源勘探开发方面，也形成了诸多研究成果，对于促进我国低阶煤煤层气资源发展起到了积极的作用。在总结国内外低煤阶煤层气研究成果的基础上，以准南地区为对象，提出低煤阶煤层气勘探开发的一些认识。
2.2 开发现状
全球已有29个国家开展了煤层气研究、勘探和开发，其中，美国、加拿大、澳大利亚、中国已形成煤层气产业(图1)。2009年美国煤层气年产量542亿m3，占当年美国天然气产量的8.7%，在尤因塔、粉河盆地等的低煤阶煤层气资源开发突破，实现了煤层气产量的大幅增长。粉河盆地主要为低煤阶褐煤，深部存在高挥发分烟煤，煤层气以生物成因气为主且主要通过微生物发酵代谢途径形成。富集区带的高产是由于同时存在超压承压和水动力捕集致使煤层再饱和的运移热成因气和生物气而造成的，煤层气开发区位于盆地东缘浅部位。同时澳大利亚在低煤阶的苏拉特(Surat)盆地、加拿大在阿尔伯塔盆地成功实现煤层气规模开发。国外煤层气开采实践已证实，低煤阶煤层同样具有产气能力，完全可以实现规模化商业性生产。
2010年中国地面煤层气产量仅为14.5亿m3，占常规天然气总产量的1.5%，几乎全部来自沁水盆地无烟煤煤层气资源开发。而美国在粉河盆地2006年底年产气量就超过140亿m3，实现了低煤阶区煤层气的大规模开发。中国低煤阶煤层气资源十分丰富，若实现技术突破推动低煤阶煤层气资源开发，中国煤层气产量将大幅增加。
图1 煤层气年产量曲线
3 中国低煤阶煤层气基本特征
中国典型的低煤阶含煤盆地具有煤层层数多、厚度大、分布广泛的特点，弥补了含气量小的缺点，使得低煤阶煤层气具有良好的勘探开发前景。低煤阶煤层气藏以美国的粉河盆地为代表，在盆地开发初期，认为低含气量、低地层压力将阻碍煤层气的发展，但独特的地质条件和煤储集层特征、理论和技术进步带来的全新完井工艺技术理念，推动了该盆地煤层气商业性开发，成为低煤阶煤层气开发的示范。中国准噶尔盆地煤层气藏与美国粉河盆地煤层气藏的成藏特征极为相似，含气量明显高于粉河盆地，粉河盆地的煤层气商业开发给准噶尔盆地煤层气的勘探开发提供了思路和借鉴。
选择北部的二连盆地、中部的鄂尔多斯盆地、实现高煤阶煤层气商业化开发的沁水盆地以及国外具有代表性的低煤阶煤层气区粉河盆地进行特征对比。其中北部的二连盆地群，是我国重要的低煤阶聚煤区，霍林河地区是二连盆地群典型的聚煤盆地。而中部的鄂尔多斯盆地侏罗系，截至2010年5月底，共钻煤层气探井17口，部分井目前已获得了工业气流。其中铜川矿务局与煤炭科学研究总院西安研究院在焦坪矿区合作开发一口煤层气井，井深628米，排采一个月后日产气量达到了1000m3，之后产气量维持在1000～1500m3/d。准南地区施工煤层气井14口，阜试1井和ZN－01井获得了连续排采数据，为准南地区排采特征的研究和排采制度的制定提供了原始数据。
相对于高煤阶含气量高的特点而言，低煤阶地区具有渗透率好、煤层厚度大等特点，保证了低煤阶煤层气开发的资源条件和煤层气产出的有利条件。比如沁水盆地主要含气区含气量在10m3/t以上，普遍高于低煤阶几立方米的含气量，但低煤阶煤层气藏的渗透率一般大于高煤阶煤层气藏，美国粉河盆地低煤阶煤层气藏渗透率一般为35～450mD，鄂尔多斯盆地乌审旗地区、准南地区主力煤层都在10mD，而沁南高煤阶煤层气藏渗透率一般小于2mD，同时，煤层厚度也普遍高于沁水盆地。
表1 煤层气盆地主要特征对比表
相对于国内其他低煤阶地区，准南地区具有更高的含气量，煤层厚度适中，但地层倾角大，加大了开发难度，与粉河盆地具有诸多的相似性，煤储层渗透率高，煤层厚度大，地层倾角大，粉河盆地成功的勘探开发模式和技术对准南地区具有更好的适用性。
4 准南煤层气基本特征
本区含煤地层主要为侏罗系中统西山窑组(J2x)和下统的八道湾组(J1b)，煤层赋存条件相对较好的区域主要分布于玛纳斯河至阜康大黄山区段，其中八道湾组富煤带位于阜康水西沟一带，西山窑组富煤带展布于玛纳斯乌鲁木齐。西山窑组可采煤层总厚度6～45.24m，八道湾组可采煤层总厚度2.50～45.32m。煤类以长焰煤、气煤为主。含气量较高的地区分布在乌鲁木齐河白杨河区域，主可采煤层含气量均能达到10m3/t以上;阜康大黄山和乌鲁木齐矿区更高气含量均达到15cm3/g左右。该地区孔裂隙发育，煤层渗透率高，利于煤层气开采。储层压力总体处于稍欠压和正常压力状态。准南地区煤层基本特征总体为高倾角、厚煤层、高含气量、中渗透率、稍欠压。
目前普遍认为准噶尔盆地等具有良好的煤层气勘探前景，是我国低煤阶煤层气勘探开发潜在的接替领域，力争在低煤阶煤层气勘探开发领域取得突破。依据《中国西部低阶煤煤层气资源调查研究成果报告》(中联煤层气公司，2005)，准噶尔盆地共有5个低阶煤煤层气富集区，而准噶尔盆地南缘为更具有潜力的地区，准噶尔盆地南缘是现在新疆具有较好条件的勘探开发区域。
5 准南勘探现状
至2010年底，准南地区施工了7口参数井、3口生产试验井、1口参数+生产试验井，共11口井。
在准南地区实施排采的煤层气井共有4口。2006年中石油在呼图壁施工了昌试1井、昌试2井，套管完井，通过造穴射孔、压裂进行储层改造，煤层更高实测含气量为7m3/t(深度890～1070m);2008年，新疆煤田地质局在阜康地区实施阜试1井，42号煤层为射孔高能气体压裂，44号煤为洞穴完井，同年11月开始排采，12月9日点火成功，在排采过程中，日更大产气量近1000m3;2009年中联公司与新疆煤田地质局在阜康地区实施ZN01井，是一口套管完井的煤层气生产井加参数井，测试42号煤层平均含气量9.6m3/t，对42号煤层(880～888m)进行压裂，目前正进行排采，产气量较小。
图2 准南地区煤层气井分布图
总体上，准南地区的煤层气勘探开发处于勘探初期阶段，目前已初步完成了选区评价工作，对地区煤层气地质条件和储层特征有了一定认识，同时实施了十余口煤层气井，4口井进行了生产试验，获取了部分煤储层参数和生产特征数据，在煤层气井钻井、储层改造、排采方面积累了宝贵经验。勘探开发工作集中在阜康、后峡、硫磺沟玛纳斯地区，也是工作的优先区和重点区。新疆煤田地质局在阜康白杨河地区，以阜试1井、ZN01井为基础，已开展小井网建设，拟在该地区初步建成煤层气开发利用基地，起到示范带动作用。
6 勘探开发建议
6.1 井网部署
由于该区地层倾角较大(阜康有利区地层倾角在45°～50°)，根据高倾角地层压降漏斗的特点，考虑采用三角形构成的梯形网。即布设两条线(井距大约300m)，线距200m(垂深700m～900m)，共布置5个井(杨曙光，2010)。井网井型的确定应采用数值模拟进行优化部署，建议尽快开展数值模拟工作，以确定合理的布井间距。
6.2 钻完井技术
(1)大倾角、高渗区:准南阜康地区煤层倾角大、渗透率偏高地区，可以采用大倾角斜井钻井技术，以及U型水平井技术(U型定向斜井)。斜井沿煤层倾向从高向低钻进，保证了与煤层的更大限度接触面积，预期可实现单井产量提高3～5倍;
(2)厚煤层:阜康地区主力煤层厚度大于20米，ZN01井进行了水力携砂压裂，压裂过程和压裂曲线都比较理想，但由于地应力较高，可能裂缝压开后，随着井内压力被释放，压开的裂缝又闭合，从而造成煤层的渗透性减弱，可试验注N2，CO2置换工艺技术，查看实际应用效果。
(3)煤层较松软、破裂压力较低:煤层气井固井一般水泥返深在最上层煤层顶板以上200m，ZN01井目的层42号煤层距最上层煤层39号煤层100余米，煤层破裂压力较低，可能对煤储层造成了一定影响。水泥返深应根据煤层埋深、破裂压力、煤质等状况确定，合理控制水泥浆量与顶替液量，在煤层较松软、破裂压力较低时，合理降低水泥返深，降低固井液密度，防止煤层在固井时压裂，保证固井质量，保护煤储层。
6.3 排采
煤层气主要以吸附状态储存于煤层中，因此，煤层气井的生产是通过抽排煤层或顶底板含水层的承压水，降低煤储层压力，促使煤储层中吸附的煤层气解吸。煤层气井的产气量大小、生产周期则直接受控于排采制度的调整以及设备的选型。因此在排采过程中，必须选择适合该煤层气井地质、储层条件和不同生产阶段的排采工艺技术。
总体原则是排液应连续平稳，保持动液面平稳下降，禁止间歇间排和排量的大起大落而造成生产压差上下波动，至使储层激动、吐粉、垮塌。
依据中联公司在沁南地区排采经验，排水降压阶段，为使井底和储层间的压差变小，并维护煤层结构的完好，宜采用定压排采制度，根据本区地层水的情况和煤层强度，控制适中的排采强度，保持液面平稳下降。阜康地区主力煤层埋深近900米，目的层较深，排水降压后期液面下降每天不宜超过50m。一方面是防止煤粉和压裂砂抽吸过程中在井筒附近聚积堵塞煤缝隙，二是避免进入泵筒引起泵堵，因为每一次的停泵检修，都是对煤储层的一次伤害，三是如果井底压力释放过快，受上覆地层压力的影响，前期改造好的气体运移通道将受到大力挤压，从而使通道闭合，降低渗透率;稳产阶段，宜采用定产排采制度，即通过控制井底压力来控制产气量。通过降低套压或降低动液面都可以达到降低井底压力、增加产气量的目的。
参考文献
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杨曙光，周梓欣等.2010.新疆阜康市阜试1井煤层气产气分析及小井网布设建议，中国西部科技［J］.9(26):3～9
谢和平个人简介
男，汉族， *** 党员，1956年1月生，湖南省双峰县人，研究生学历，博士学位，现任中国工程院院士，四川大学校长、教授、博士研究生导师。 *** 第十七届中央候补委员。
1992.03——1993.02 中国矿业大学校长助理；
1993.02——1995.03 中国矿业大学副校长；
1995.03——1997.10 中国矿业大学副校长兼北京研究生部主任；
1997.10——1998.08 原煤炭工业部科技教育司司长；
1998.08——2003.06 中国矿业大学校长、中国矿业大学（北京校区）校长；
2003.06—— 四川大学校长。
*** 第十七届中央候补委员
学术 *** ：
国务院学科评议组成员、国家奖学金评审委员会主任委员，
四川省科协主席、
中国岩石力学与工程学会副理事长、
中国煤炭学会副理事长、中国煤炭工业协会副会长、
第二届全国工程硕士专业学位教育指导委员会副主任委员，
兼任《力学学报》、《岩土工程学报》等10余种科学刊物的主编或编委。
研究领域：
长期致力于岩体力学与工程研究和实践，于上个世纪80年代初在我国最早建立了裂隙岩体宏观损伤力学模型，研究其自然性状及导致灾害性事故发生的机理和过程，开拓了裂隙岩体损伤力学研究新领域，成功预测了采动围岩的损伤大变形和蠕变稳定过程，并应用于深部巷道大变形预测、蠕变分析及其相关的巷道支护设计等重要工程领域。1985年起，他创造性地引入分形 *** 对裂隙岩体进行非连续变形、强度和断裂破坏的研究，形成了裂隙岩体非连续行为分形研究的新方向，并与损伤力学相结合在岩爆、地表沉陷、顶煤破碎块度控制等重要矿山工程应用中获得成功，取得了显著的经济效益和社会效益。
国外讲学与合作研究：
1990年12月至1991年11月，被美国犹他大学聘为客座教授，为该校正式开设两门课程；
1992年10月至1993年8月，被聘为英国皇家学会客座研究员和英国南安普敦大学客座教授；
1994年和1996年，两次应邀为客座教授赴德国汉诺威大学讲学；
1993年、1997年和1999年，三次应邀为客座教授赴波兰西里西亚工业大学讲学与合作研究。
论文专著：
集中体现在他的《岩石混凝土损伤力学》、《FRACTAL IN ROCK MECHANICS》等3本中英文专著、200余篇论文及有关工程实践中，成果被SCI收录48篇、引用500余次，EI收录78篇，CSCD和CSTPC引用546次。
科研成果：
1995年获国家自然科学三等奖，
1999年获国家科技进步三等奖，
2000年获国家科技进步二等奖，
2007年获国家自然科学二等奖，
获煤炭部、教育部等省部级二等以上奖励5项（均为之一获奖人）。
培养出了博士、博士后近30名。
学术奖励和荣誉称号：
1990年被授予"煤炭系统优秀青年知识分子标兵"称号；
1991年被国务院、国家教委授予"有突出贡献的中国博士"称号，同年被国务院批准享受 *** 特殊津贴；
1992年被评为"国家级有突出贡献的中青年专家"，同年获"中国青年科技奖"；
1993年获首届"中国青年科学家奖（技术科学）"，为全国6名获奖者之一，并获"霍英东优秀青年教师奖（研究类）"；
1994年成为首批国家教委"跨世纪优秀人才专项基金"资助的专家；
1995年又成为首批"国家杰出青年科学基金"资助的专家；
1996年进入国家七部委"百千万人才工程"之一、二层次；
1997年成为江苏省"333跨世纪工程"之一层次培养对象，并被国家人事部、国家教委授予"优秀留学回国人员"称号；
2001年获孙越崎能源大奖，同年被评为中国工程院院士；
2002年成为国家973项目首席科学家；
2003年成为国家自然科学基金委创新研究群体首席科学家；
2004年获何梁何利科技进步奖；
2007年获德国克劳斯塔尔工业大学荣誉博士学位，成为该校建校232年来获此荣誉的第五人。