石油和天然气开采与煤炭开采的最大区别不是气体、液体和固体矿床开采的区别,主要是煤炭开采必须有人工到达工作面,而石油天然气则不需要,这也确定了煤炭和煤层气开采在开发技术和适用规范上存在明显差别,提前在地面进行煤层气开发也将会给对煤炭工业带来一些影响。同时,煤层气的地面开发不可避免会给周边环境带来影响。
采煤、采气是两种作业手段,由于采煤必须有人工到达工作面,煤炭开采中的瓦斯、水、火、顶底板、地压、煤尘等灾害都与煤矿开采地质条件有关,不能为了治理其中一种而忽视或影响其它。
1、密集的煤层气生产井会造成井内风流和地面大气短路,导致通风系统独立性差,防灾抗灾能力降低,甚至造成通风系统紊乱,增加了通风的不稳定性。
2、由于目前的直井压裂方式煤层段多数采用金属套管射孔压裂,金属套管的强度远大于煤层,可能损坏采煤设备,或与采煤设备擦出火花,诱发瓦斯爆炸。如果煤层段套管空间位置不精确,更增加了综采难度。由于高强度的压裂改造,与综采配套的一些紧急避险设施(如永久避难硐室和井底车场)可能在矿井规划的位置难以建设。
3、由于多种原因,当前直井网的布置缺乏科学性、合理性、针对性,以及密集直井网的高强度压裂和压裂改造的不均一性,给煤层顶底板及煤体带来的变化使原有的安全技术、理论基础以及相临已采区的经验难以适应新情况下的煤矿安全、高效生产的需求。晋城成庄矿井下接近和揭露煤层气压裂井CZ23、CZ24的过程中发现,井附近煤层破碎,裂隙明显发育,变软变酥,容易片帮;巷道掘进时,瓦斯涌出速度快,短时间内瓦斯大量涌出;巷道顶板涌水量明显增大。在沈北煤田空气造穴作业的返出物中有大量顶板油页岩,说明顶板坍塌严重。顶板的不完整性、不连续性不但给完井后的煤层气排采带来隐患和风险,也给将来的煤炭开采带来难以预计的困难。同时密集的直井网、集输管网也给一些物探方法如瞬变电磁的施工带来了干扰,影响了解释的精细化
4、在已经达到勘探程度的煤炭区块进行煤层气的地面开发,会使井田水文地质条件复杂化,引起顶底板的工程力学参数变化,导致勘探程度降低。
5、煤储层下部的40~60m的“口袋”降低了有效隔水层的厚度,尤其是在含水构造附近以及一些开发深部和下组煤储层的区块,水文地质类型可能变成中等型或复杂型。某区块曾发生由于煤层气生产井距离煤田地质孔较近,压裂液从已经封闭的煤田孔中冲出事故,不但降低了压裂效果,也使煤田地质孔丧失封孔价值,给后续的煤炭开采带来新的隐患。2010年某外国公司在沁水盆地某国家煤炭规划区内施工了4口水平井,仅1口成功完井,并且把一套水平井钻具埋藏在煤层中。
6、煤炭气化是煤炭开采的一项新工艺,具有安全、高效、低污染的优点,目前世界各产煤国都非常重视,均在做进一步研究。压裂后的煤层强度和稳定性降低,难以施工气化通道,排采井网也会漏风,使气化过程难以控制;同时,大量的压砂也给煤化工工程增加了成本。
7、密集的直井网、疏水降压排采和加压集输等煤层气地面开发工程能影响地表生态环境、地表水和地下水环境以及声环境等。例如,仅在沁水县境内,为钻井、压裂施工修筑的简易道路纵横交错约150 km,产生的弃土弃渣任意堆放在山坡、沟谷内,严重扰动地表,占压破坏植被。另外,在地形坡度较大的地点施工,可能由于作业活动还会造成严重的水土流失,这在山西黄土高原水土流失区表现尤为明显,而大量的平整场地,松散的黄土会加重湿陷和潜蚀现象,若阻塞河道、沟谷,也会在暴雨来临时诱发泥石流等地质灾害。
8、煤层气压裂施工属于大型施工项目,使用车辆及液体较多,控制不好容易对周围环境造成损害。在保护区附近,高分贝的压裂噪声可能引起一些濒危动物的迁徙。中国中西部很多是缺水地区,压裂却要消耗大量的水,添加化学试剂的压裂液也会污染地下水,而排出地表也影响地表水。
9、由于集输管道输送的介质为甲类易燃气体,虽然不如常规天然气高压,但仍然存在各种各样的管道破裂和煤层气泄露的风险,遇明火将发生爆炸,造成不同程度的环境污染、财产损失和人员伤亡。
应建立合理的煤层气与煤炭开采程序,实现煤层气资源和煤炭资源的协调、联合与和谐开发,避免各自为政,重复投入。淘汰一些落后或不合理的产能技术,加大科技创新力度,探索适合我国煤储层实际的独有技术,大力提高采收率,是减少负外部效应的重要举措。另外,应结合石油天然气和煤炭开采的规范、技术,建立健全新的煤层气勘探、开发规范,出台煤层气井网密度的相应规定。形成一套完整的、全面的、战略性的能源发展规划,不能回到过去那种掠夺式开采,先破坏后治理的老路,而应走资源、环境、经济和社会全面全方位可持续发展的道路。