鄂尔多斯盆地储存着丰富的矿藏资源，是国家级重点开发区域和全国重要的能源和新型化工基地。地处其中的新街台格庙矿区是煤炭和天然气资源上下叠置的典型代表。近日，中国煤科武汉设计院首次深入煤炭与天然气协同开发“无人区”，以《新街台格庙矿区煤-气资源协同开采理论与技术评价》课题顺利验收为标志，填补了国内整装煤田煤炭与天然气协调开采领域的空白。
“在新街台阁庙矿区，天然气井和管线星罗棋布，压覆了大量煤炭资源，对煤炭开采存在重大安全隐患。同样的，煤炭开采形成的采空区导致天然气钻井困难、开发受限，煤矿采掘扰动影响现有天然气井及地面设施设备安全。”中国煤科武汉设计院智慧矿山院院长、煤炭行业工程设计大师辛德林介绍说。归根到底，因矿权重叠，多资源协调开发机制不健全，缺乏顶层规划和协调机制，且单一矿种开采技术不适用于两种或多种资源开发等诸多因素，天然气与煤炭资源协同开采存在协调难度大、开采成本高、资源浪费多、安全隐患大等诸多问题，其相关研究国内外尚未深度开展。
在“碳达峰、碳中和”目标、生态文明建设和“六稳”“六保”等总体要求下，国家能源集团新街能源公司联手中石油长庆油田分公司提出明确需求，中国煤科武汉设计院科研团队历经两年科技攻关，为煤炭与天然气的协同开发提供了详细的理论支撑、技术方法和专项方案。
中国煤科武汉设计院科研团队从综合确保两种资源高采出率的全新视角出发，统筹构建了煤-气协同安全开发的顶层规划。与煤炭大规模采掘煤层不同，天然气开发依赖于部署开发井组回收地层中的气体。课题小组提出，将天然气井口及管线在地面集中规划成条带状，可以实现煤炭与天然气协同开发，并称之为“天然气开发走廊”。课题小组深入现场，分析了不同天然气开发井型下的剖面空间关系，构建了可满足煤-气重叠区整体开发要求的天然气开发走廊体系。根据走廊体系，针对台格庙整装矿区，课题小组提出“四定”模式，即开发模式设定，走廊位置选定，走廊尺寸确定，开发时序设定，并由此构建了协同开发方案。这套顶层规划有效解放了矿区的资源压覆，实现了矿权双方的利益最大化。
天然气开发走廊井组部署示意图
在天然气和煤炭的协同开采中还存在大量的工程技术难题。例如，常规的天然气井封堵工艺完备成熟，但是并不能满足两种资源协调开采时安全生产的要求。课题小组成员赵强解释：“如果天然气井导通煤矿开采层上下的承压含水层，亦或者是导通了天然气储层，那么煤矿将面临重大安全事故。”针对煤炭后期回采的需求，课题小组通过调研走访，理论研究，大量计算，提出了“五段封堵、三层阻隔、查固补注、分段用材、层层质检”的天然气废弃井立体全井段封堵体系，并开展了工业试验。在该封堵体系的保障下，课题小组分析了巷道、探巷、工作面过废弃井的适用条件，提出了采掘工作面理论定位和安全揭露、处置和通过废弃天然气井的方案。工程技术的突破性研究成果为构建安全高效的能源开采提供坚强保障。
中国煤科武汉设计院聚焦保障能源开采安全，不断摸索前进，以切实行动推动国家重点开发区多资源协调开发建设，为构建集约高效、智能安全、生态和谐、科学发展的现代化特大型示范矿区提供重要技术支撑，也为能源行业绿色和谐发展提供了新的路径。（赵强）
来源：光明网