基于地质灾害危险性的煤层气项目经济评价_雷崇利.pdf

第 44 卷 第 3 期 煤田地质与勘探 Vol. 44 No.3 2016 年 6 月 COAL GEOLOGY EXPLORATION Jun. 2016 收稿日期 2015-01-15 作者简介 雷崇利（1969），男，陕西三原人，硕士，研究员，从事地质灾害与地质环境评估工作. E-maillcl8487 引用格式 雷崇利，刘翔. 基于地质灾害危险性的煤层气项目经济评价［J］. 煤田地质与勘探，2016，44（3）75-79. LEI Chongli， LIU Xiang. Assessment of economic benefit for coalbed methane development project from geological hazard risk［J］. Coal Geology Exploration， 2016， 44（3）75-79. 文章编号 1001-1986（2016）03-0075-05 基于地质灾害危险性的煤层气项目经济评价 雷崇利，刘 翔 （中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 西安 710077） 摘要 煤层气开发项目可能遭受煤矿采空区地面塌陷的威胁，项目不同开发部署方案产生不同的地质 灾害危险性评估结果，进而具有不同的经济效益。介绍了在地面塌陷区部署开发井的 3 种方案，对各 方案的地质灾害危险性作了评估和综合分区，计算了各方案、各分区的管输量、现金流量和利润，其 中危险性大区和中等区的结果不同，方案 1 抽采的煤层气多，开发设施受损也多，经济效益不好；方 案 2 开发设施损失少，抽采的煤层气也少，经济效益较好；方案 3 开发设施受损数量减少，能抽采较 多煤层气，经济效益好。采用投资回收期进行危险性分区的方案 3 优点多，已被开发单位接受。 关 键 词经济效益；地质灾害；危险性评估分区；煤层气开发 中图分类号P66；P618.13 文献标识码A DOI 10.3969/j.issn.1001-1986.2016.03.014 Assessment of economic benefit for coalbed methane development project from geological hazard risk LEI Chongli， LIU Xiang （Xian Research Institute， China Coal Technology and Engineering Group Corp， Xian 710077， China） Abstract Coalbed methane（CBM） development project may be threatened by coal mine goaf subsidence， different development project deployment schemes produce different geological hazard risk assessment， thereby have dif- ferent economic benefits. This paper introduces three kinds of deployment schemes of development wells in the goaf subsidence area， conducts the geological hazard risk assessment and comprehensive zoning of each scheme， calculates the pipeline throughput， cash flow and profit of each scheme， each zone， there are differences in zones of high and medium risk. For scheme 1 more CBM is extracted， more development facilities are damaged too， the economic benefit is poor； For scheme 2， less development facilities are damaged， less CBM is extracted， the eco- nomic benefit is medium； For scheme 3， less development facilities are damaged， more CBM can be extracted， the economic benefit is good. There are more advantages in scheme 3 for risk zoning by using payback period of in- vestment， scheme 3 has been accepted by developer. Key words economic benefit；geological hazard；risk assessment zones；coalbed methane development 当前，我国正在加强煤层气开发利用工作，2013 年地面煤层气产量 30108 m3、利用量 23108 m3，同 比分别增长 11.1％、15％［1］，其中大部分是在生产煤矿 进行。 在生产煤矿地面开发煤层气时，井下采煤仍在进 行，采煤引发的采空区地面塌陷仍在发生。当地面开 发区与井下开采区上下重叠、作业时间趋同时，地面 塌陷就会对煤层气开发设施造成威胁， 面对这种局面， 是邻近塌陷区作业，还是避让塌陷区，将影响项目经 济效益和地质灾害危险性评估结果。 通常，地质灾害的发生具有不确定性，不能准 确核算损失的价值，其经济效益评价是计算万元防 灾减灾工程投入可能保护的人口数、建筑与耕地面 积等实物指标［2-3］。但采空区地面塌陷发生的时间、 地点、规模等可以根据采煤规划和地质、采矿数据 预测得到，这样在一定时间有多少开发设施受到多 大程度损坏都可以预测得到，从而能预测项目的经 济效益，并将其应用到地质灾害危险性评估中，为 优选项目方案提供依据。 1 煤层气项目建设部署及财务评价 本研究项目所在煤矿为高瓦斯矿井。根据规划， ChaoXing 76 煤田地质与勘探 第 44 卷 项目分 3 a 建设，服务年限 17 a，主要工程量为施 工 168 口开发井，敷设采气干线 35 km、单井线及采 气支线 50 km， 建设集气处理站 1 座、 LNG 工厂 1 座， 生产规模为 30104 m3/d。项目平面部署如图 1 所示。 1开发井；2输气管线；3开发年度及分界线； 4井田边界；5评估范围 图 1 煤层气开发工程部署图 Fig.1 Layout of CBM development project 根据该项目的的财务评价，项目财务内部收益 率为12.08％， 财务净现值大于0， 投资回收期为8.7 a（含 建设期），说明项目是可行的［4-5］。 2 煤矿井下生产规划 2.1 采空区 研究煤矿含煤地层为延安组，发育两层可采煤 层3、4 号煤层。煤层气开发项目实施时已回采了 4 号煤一采区东的 5 个工作面，3 号煤一采区西的 2 个工作面，采空区位置见图 2。 1井田边界；2评估范围；3采空区；4王村地面塌陷； 517 a 开采区；6李村地面塌陷；7有效深厚比等值线 图 2 煤矿生产与地面塌陷分布图 Fig.2 Distribution of coal mining district and surface subsidence 4 号煤综放工作面长 170～260 m， 采高 8.5～10.8 m， 推进长 1 770～2 420 m，采深 386～395 m；3 号煤综 采工作面长160～180 m，采高 3.8 m，推进长 1 800 m， 采深 330～341 m。工作面连续布置，顶板全部垮落 法管理，将形成充分采动的塌陷盆地［6］。 2.2 今后 17 a 开采区 根据煤矿生产接续规划，17 a 期间开采区域如 图 2 所示。开采煤层、规划时间等情况见表 1。3 煤 为配采煤层，先开采，4 煤为主采煤层，待 3 煤回 采后再开采。 表 1 17 a 规划开采区一览表 Table 1 Planed coal mining district for 17 years 开采区 煤层 规划时间 备注 4114工作面 第1年 4102工作面 第2年 一采区东 剩余工作面 一采区西 第3－9年 二采区东 4 第10－17年 3105工作面 第1年 3106工作面 第2年 3107工作面 第3年 3102工作面 第4年 3101工作面 第5年 一采区西 剩余工作面 二采区东 第6－13年 三采区东 3 第14－17年 3 地质灾害危险性评估 根据地质灾害危险性评估的要求［7］，对项目作 了现状评估、预测评估和综合评估。 3.1 现状评估 经现状调查与评估，本区发育一处大型采空区 地面塌陷， 王村地面塌陷（TX1）， 其范围如图 2 所示， 面积 6.056 6 km2，塌陷深度 2.3～6.5 m，伴生地裂缝 发育，不稳定，威胁村庄、乡村公路，危险性大。 3.2 预测评估 3.2.1 煤层气项目建设引发及加剧地质灾害危险性 评估 经调查，煤层气开发项目主要位于黄土塬梁或 河流阶地，地形较为平坦开阔，建设引发地质灾害 的可能性小，危害程度小，危险性小。 煤层气开发项目建设加剧王村地面塌陷的可能 性小，危害程度小，危险性小。 第一年度建设的 3 个直井和连接井的单井线及采 气支线位于王村地面塌陷西部，预测这些工程遭受地 面塌陷破坏的可能性大，危害程度大，危险性大。 3.2.2 采煤引发及加剧地面塌陷对煤层气项目的危 险性评估 在项目运行的 17 a 间，该煤矿正常生产，采煤 ChaoXing 第 3 期 雷崇利等 基于地质灾害危险性的煤层气项目经济评价 77 将引发新的地面塌陷，加剧现有王村地面塌陷。项 目区煤层有效深厚比中东部小于 30，向外介于 30～60，东南、西南、西北局部大于 60，在煤层气 项目区绝大部分小于 60（图 2），煤层开采后，地面 为非连续变形，引发的地面塌陷及伴生地裂缝强 中等发育［8］。 引发的地面塌陷和部分现有地面塌陷范围重 叠，加剧南部、西部和北部的王村地面塌陷。这些 地面塌陷共同形成一个大型的李村地面塌陷（TX2）， 面积 17.427 1 km2，其范围如图 2 所示，塌陷深度 2.3～6.5 m，如果煤层气开发设施位于该范围内，将 受到不同程度损坏，如井场地面开裂，井筒歪斜甚 至塌孔，输气管道变形甚至破裂。 根据开发井一带煤层上覆松散层、基岩厚度和 不同岩性的移动角，确定当年的塌陷范围［9］，可得 不同年份损坏井数及其已服务时间，如表 2 所示。 表 2 开发井受损数量表 Table 2 Number of damaged development wells 规划时间 第1年 第2年 第3年 第4年 第5年 第6年 第7年 第8年 第9年 第10年 第11年 第12年 第13年 第14年 合计 规划施工井/口 53 51 64 168 规划投产生产井/口 53 51 64 168 重新布井/口 3 4 7 损坏井/口 3 1 2 2 3 6 1 3 4 4 2 31 损坏井服务时间/a 0 1 4 6 12306 20 32 36 22 169 重新布井是指钻井时井位处于前期塌陷区内， 共 7 口，其中 3 口分布在 3 煤采空区西部、4 口位 于 4102 工作面北部， 这 7 口井当年在其他地区重新 选址布置。损坏井是完井后服务期满前因发生地面 塌陷而损坏的井，共 31 口。 这时，在李村地面塌陷（TX2）内，开发项目部署 有 3 种方案可供选择 一是钻井时避开已有的前期地面塌陷区，在其 他地区钻井、完井、抽采，在后续塌陷发生前关闭 受威胁开发井。 二是避开李村地面塌陷内开发井未服务期满就 发生塌陷的区域，施工其他开发井并抽采。 三是避开李村地面塌陷内开发井服务年限小于 投资回收期 8.7 a 的区域， 施工其他地区的开发井并 抽采，在后续塌陷发生前关闭受威胁开发井。 3.3 综合评估 3.3.1 评估原则和方法 a. 以建设项目为中心，主要考虑对煤层气开发 项目安全构成威胁的地质灾害的危险性。 b. 以对建设项目造成威胁、发生概率高、危险 性大的地面塌陷为主。 c. 地质灾害与地质环境条件相结合，考虑影响 地质灾害形成的地质、采矿条件，主要是煤层有效 深厚比对地面塌陷发育的影响。 d. 项目抽采的煤层气多，经济效益好。 综合评估分区采用定性、半定量方法进行［10］。 3.3.2 地质灾害危险性综合评估结果 按照以上评估原则和方法，就 3 种部署方案分 别进行地质灾害危险性综合评估分区， 各分区如下 方案 1将评估区划分为 3 级 3 个区块，其中 钻井时的前期塌陷区，主要为王村地面塌陷区，为 1 个危险性大区（Ⅰ1）；李村地面塌陷区的大部分为 1 个危险性中等区（Ⅱ1），服务期满井及未塌陷地区 为 1 个危险性小区（Ⅲ1），综合分区见图 3。 1开发井；2输气管线；3井田边界；4分区界线； 5危险性大区；6危险性中等区；7危险性小区 图 3 方案 1 地质灾害危险性综合评估分区图 Fig.3 Zones of geologic hazard risk assessment of scheme 1 方案 2将评估区划分为 2 级 2 个区块，其中 李村地面塌陷内开发井未服务期满就发生塌陷的地 区为 1 个危险性大区（1）Ⅰ，服务期满开发井和未塌 陷地区为 1 个危险性小区（1）Ⅲ，综合分区见图 4。 方案 3将评估区划分为 3 级 4 个区块，其中 不满足投资回收期的前 8.7 a塌陷区为 1个危险性大 区（1）Ⅰ，8.8 a 至 17 a 塌陷区为 2 个危险性中等区 （1Ⅱ 、2）Ⅱ，服务期满开发井和未塌陷地区为 1 个 ChaoXing 78 煤田地质与勘探 第 44 卷 危险性小区（1）Ⅲ，综合分区见图 5。 1开发井；2输气管线；3井田边界；4分区界线； 5危险性大区；6危险性小区 图 4 方案 2 地质灾害危险性综合评估分区图 Fig.4 Zones of geologic hazard risk assessment of scheme 2 在上述地质灾害危险性大区，不适宜开发煤层 气；危险性中等区，在采取必要的防治措施后，较 适宜开发煤层气；危险性小区，适宜开发煤层气。 不同方案各分区生产数据和经济数据计算如表 3 和表 4。 1开发井；2输气管线；3井田边界；4分区界线； 5危险性大区；6危险性中等区；7危险性小区 图 5 方案 3 地质灾害危险性综合评估分区图 Fig.5 Zones of geologic hazard risk assessment of scheme 3 方案 1 施工 168 口开发井，管输总量 114 911 104 Nm3， 售气收入减去施工费、 经营成本与税金后， 期末现金流量为 72 243 万元，其中中等区现金流量 为负值，售气利润为 72 243 万元。 方案 2 施工危险性小区的 137 口开发井，管输 总量 104 952104 Nm3，售气收入减去施工费、经营 表 3 生产数据表 Table 3 CBM production 方案 危险性综合分区 面积/km2 生产井/口 生产总时间/a年管输量/104Nm3** 年管输量小计/104Nm3** 大区 6.60 0 中等区 10.14 31 169 9 959 1 小区 31.41 137 1 781 104 952 114 911 大区 16.74 -31* -169* 2 小区 31.41 137 1 781 104 952 104 952 大区 12.51 -17* -53* 中等区 4.23 14 116 6 836 3 小区 31.41 137 1 781 104 952 111 788 * 未施工钻井，以及节省的生产总时间。 ** Nm 3标准立方米，即标准状况（温度 20℃，压力 101.325 kPa）时的气体体积流量。 表 4 经济数据表 Table 4 Economic benefit 方案 危险性综合分区 施工费/万元 成本与税金/万元售气收入/万元 现金流量/万元 现金流量小计/万元 利润/万元 大区 中等区 12 129 28 276 40 234 -171* 1 小区 53 602 297 989 424 005 72 414 72 243 72 243 大区 -12 129** -28 276** 40 405 2 小区 53 602 297 989 424 005 72 414 112 819 72 414 大区 -6 651** -8 868** 15 519 中等区 5 478 19 409 27 616 2 729 3 小区 53 602 297 989 424 005 72 414 90 662 75 143 * 亏损状态，售气收入减去施工费和成本与税金后为负值。** 未施工钻井未支出的施工费、经营成本与税金。 ChaoXing 第 3 期 雷崇利等 基于地质灾害危险性的煤层气项目经济评价 79 成本与税金，加上危险性大区未施工钻井的未支出 费用，期末现金流量为 112 819 万元，售气利润为 72 414 万元。 方案 3 施工 151 口开发井，管输总量 111 788 104 Nm3，售气收入减去施工费、经营成本与税金， 加上危险性大区未施工钻井的未支出费用，期末现 金流量为 90 662 万元，售气利润为 75 143 万元。 方案 1 的管输量最大，现金流量和利润最小； 方案 2 的现金流量最大，利润居中，管输量最小； 方案 3 的售气利润最大，现金流量、管输量居中。 4 结 论 方案1 多考虑井下生产需要， 先抽采邻近开采区的 煤层气，抽采量多，能减少矿井瓦斯涌出量，但煤层气 开发设施受损多；方案2 多考虑开发设施少受地面塌陷 损坏，抽采量少；方案3 引进投资回收期指标参与综合 评估分区，减少了开发设施受损量，又能抽采较多煤层 气，经济效益好，符合综合评估原则的要求。 方案 3 已被开发单位接受，正在实施中。对于 类似项目，也可采用方案 3 的方法进行地质灾害危 险性综合评估与分区。 参考文献 ［1］ 国家能源局. 煤矿瓦斯防治部际协调领导小组第十一次会议 在京召开［EB/OL］. 2004 133080152.htm. ［2］ 邓曦东，罗继康，王小俊，等. 三峡库区地质灾害防治的经济 效益探析以湖北省秭归县为例［J］. 防灾科技学院学报， 2009，11（4）12-15. 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