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煤层气抽采变害为宝

——煤炭企业煤层气开发利用面面观
  我国是缺油贫气的,煤炭是主要能源,占一次能源消耗的70%。煤层气(俗称瓦斯)是煤炭的伴生资源,却长期成为煤矿生产的较大隐患。随着开采深度的增加,煤层中的瓦斯含量加大,危险性也加大。今年陆续出台的新的能源政策,使人们逐步意识到,煤层气是害也是宝,是新的洁净能源。
  迎难而上
  尽管煤矿瓦斯抽采已经历了半个多世纪,但煤炭工业界总是习惯地将瓦斯抽采纳入到煤矿生产体系之中。煤矿瓦斯抽采一直服从于煤炭开采,其出发点是治理煤矿瓦斯,保障煤矿安全生产。
  但目前来看,煤矿瓦斯抽采只注重瓦斯治理效果,很少关注资源与环境,许多煤矿抽采出的煤层气未被利用。而煤层气开发则相反,多数项目只注重获利,没有真正考虑未来煤矿开采的安全问题,无论区块优选还是开发技术方案都没有真正体现所谓的安全与环境。
  随着煤层气开发和煤矿瓦斯抽采事业的发展,煤层气开发和煤炭开采的关系愈来愈被煤炭工业界和煤层气产业界关注。而这在铁法煤业(集团)有限责任公司(以一简称铁法集团)副总工程师李国君看来,一方面,随着煤矿开采深度的增加,煤矿瓦斯灾害也越来越严重,这制约着煤炭工业的发展,为彻底解决煤矿瓦斯灾害,保障煤炭工业的发展,采取了一些措施;另一方面,中国的煤层气开发已取得了突破性进展,但是还有很多困难需要克服。
  我国高瓦斯矿井多,尤其在安徽、河南、山西、江西、湖南、贵州、四川、重庆等省市煤炭开发区域,煤层瓦斯含量高、压力大、透气性差,瓦斯抽采难度大。目前,国有重点煤矿矿井平均开采深度约420m,开采深度超过1000m的有10余处。今后,随着煤炭开采深度增加,瓦斯压力和地应力增加,瓦斯抽采难度将进一步增大。
  另外,技术与装备落后也是瓦斯抽采的一大难题。近年来虽然在瓦斯抽采理论与工程实践方面取得较大进展,但总体水平仍然较低。目前我国矿井瓦斯平均抽采率仅有23%,而美国、澳大利亚等主要采煤的抽采率均在50%以上。
  虽然我国煤矿瓦斯抽采率低,有煤层基础条件差、透气性低等方面的原因,但抽采技术与方法落后、抽采效果差是其中的主要原因。如国外的井下长钻孔预抽技术早已属于成熟技术,但在我国应用还存在不少障碍。
  不仅是在瓦斯抽采面临着诸多困难,瓦斯的利用也受到了很多制约。由于我国煤矿大多位于偏远落后地区,抽采出来的瓦斯难以充分得到利用,致使大量低浓度瓦斯只能稀释后排空。而煤矿瓦斯发电入网价格又低,企业无利可图,也在很大程度上限制了矿井瓦斯利用。目前全国重点煤矿瓦斯利用量仅占抽出量的23.53%,显然严重浪费了优质资源。
  为有效鼓励煤矿瓦斯抽采和利用,出台了一系列优惠政策。但由于税费优惠政策力度不够大,加之瓦斯抽采利用具有高投入、高风险的特点,尤其在勘探、开发的初期,投入资金较大,不仅难以吸引外部资金来矿区投资开发瓦斯资源,就连煤矿本身积极性也不大,这些都不利于瓦斯利用的产业化发展。
  科技当先
  现代采矿的基本内涵是本质安全、集成和绿色开采。随着矿井进入深部开采,瓦斯、地压、地温等重大技术问解题日益严重,特别是防治煤与瓦斯突出技术成为高瓦斯矿区的重大技术难题。因此,继续全面系统研究现代采矿技术,实现煤与瓦斯的洁净开发是我国采矿业一直在努力实现的。
  淮南矿区不仅煤炭资源丰富,而且瓦斯资源储量巨大。所有生产矿井均为瓦斯突出矿井。自开采以来共发生瓦斯煤尘爆炸事故26起。面对巨大的安全压力和丰富的煤炭、瓦斯资源,自1998年以来,淮南矿区改变了传统的瓦斯治理理念,把瓦斯治理融入到采矿活动的,变瓦斯“投放”为“抽采”,通过一系列的技术攻关,把开采方法、开采顺序、矿山开采岩层移动规律、卸压瓦斯流动规律与瓦斯抽采相结合,实现了煤与瓦斯共采。
  “经过多年煤与瓦斯共采的实践,淮南矿区安全面貌大为改观,生产稳步发展。”淮南矿业有限公司常务副总经理袁亮说,从1997年到2006年,淮南矿区瓦斯抽采量由1045万M3提高到1.72亿M3,煤产量提高、工作面减少、采煤机械化程度也提高,百万吨死亡率由11.3下降到0.18人。
  而在铁法集团,对于瓦斯的开采,从根本上改变了以往的煤层气开发和煤炭开采的传统做法,严格实施采煤、采气一体化。李国君介绍,铁法集团已总结出了16种井下瓦斯抽采方法和地面煤层开发技术,诸如地面原始煤层压裂井法、井下斜交钻孔法、导入法等等,其中导入法是由李国君命名的,此法已在业界广泛运用数年,效果显著。
  李国君言之凿凿地告诉记者,正是采用这样灵活多变的综合抽采方法,使得铁法集团的瓦斯治理、“一通三防”管理更加科学化,由过去的“被动治”变为了现在的“主动防”,节省了大量的人力、物力、财力,使得瓦斯防治、煤层气开发与利用中的安全、资源、环保等理念得以整合,增加了井下安全生产的同时,也为煤矿区第二资源——煤层气的利用奠定了坚实的基础。
  不仅是科技,有效的激励机制也是提高瓦斯抽采的有利措施。晋城煤业集团公司建立了抽采瓦斯专项考核奖励基金,累计投入9.6亿元,建成有480口井的地面抽采井群。重点煤矿企业普遍加大安全费用提取和投入力度。2006年原82个中央财政煤矿企业合计提取安全费171亿元,平均吨煤提取19.5元,高的达50元以上,保障了抽采治理所需资金。

变“杀手”为“帮手”
  晋城煤业集团一直坚持煤层气产业化经营,变瓦斯“杀手”为“帮手”的新途径,取得了显著的综合效益。目前,晋城煤业集团煤层气利用已广泛用于发电、民用燃气与采暖、汽车燃料、工业燃料等领域。2006年瓦斯抽采量3.2788亿M3。
  他们是如何将大量的瓦斯变成经济效益的?晋城煤业集团总工程师贺天才博士说:“能有这样的经济效益,主要是因为,我们是在多个领域对瓦斯进行充分利用的。”
  晋城煤业下属的寺河矿利用井下抽采的瓦斯,建成了1.5万KW瓦斯发电试验厂。冬季利用余热为矿区供暖,实现热电联供,形成了一个闭路的多联产循环。该厂自2001年投运至2007年1-7月累计利用瓦斯量2.49亿M3,发电4.98亿kwh,实现利润1亿多元。
  此外,在民用燃气方面,瓦斯的价值也突显。晋城煤业已建成全国较大的煤层气压缩站,日设计压缩能力达50万M3。目前利用专用煤层气运输槽车,向矿区、晋城市、长治市等居民供应清洁、、安全的煤层气,2006年,供气量5390万M3,今年到7月份,民用煤层气6286.7万M3。西部煤层气产地至东部利用基地的高浓度、低浓度煤层气输送管道工程已开工建设,煤层气的供气方式将变为以长输管线为主。
  2005年7月,晋城煤业集团在晋城市建成了座压缩煤层气(CNG)加气站,并改装完成了辆CNG汽车。目前,已改装CNG汽车1000多辆,年用气近560万M3。贺天才说:“由于CNG1.2元/M3比起汽油的价格要便宜一半以上,又是绿色能源,没有污染,所以深受各大城市的欢迎。现正在不断开拓太原、长治和郑州、焦作、洛阳等周边城市的CNG汽车供气市场。”
  另外,煤层气的利用,也让燃气锅炉代替了燃煤锅炉。晋城煤业集团已新上燃气锅炉23台、总蒸发量132t/h,年耗气1500万M3。目前正在逐步以燃气锅炉代替燃煤锅炉,全部完成后,年耗气约1亿M3。同时各抽采矿井建设燃气暖风炉、空调等,为矿区生产、生活提供服务。在工业用气方面,目前已实现向晋城市陶瓷玻璃等生产企业提供工业燃料,年用气530万M3。正计划向阳城电厂、成庄矿自备电厂供气,以煤层气代替重油助燃,年可用5000万M3左右。
  除了已实现的领域,晋城煤业集团还正在规划建设以高硫煤为原料的10万吨/年合成汽油项目,这种汽油可以加烧煤层气,目前正在组织有关对项目进行可行性论证。另外,煤层气液化也是晋城煤业的一个重点项目。利用煤层气为原料的10万吨/年液化项目正在实施,届时日处理瓦斯能力达30万M3,计划2008年5月份投运。此外,日处理能力为60万M3/d的煤层液化项目也已启动,煤层气的利用范围将进一步扩大。
  引资创收
  我国煤层气资源丰富,居世界第三位。根据新一轮资源评价,我国浅煤层气地质资源量约36万亿立方米,可采资源量约10万亿立方米。这是一笔宝贵的能源资源。
  随着抽采利用技术不断成熟和扶持政策逐步到位,煤层气开发利用将成为前景广阔的新兴能源产业。煤层气作为汽车燃料,每立方米煤层气发热量相当于1公升高标号汽油。煤层气作为居民燃气、锅炉和工业燃料,每立方米煤层气发热量相当于1.3千克标准煤。面对如此可观的实用价值,引进外资、引进技术开发利用煤层气,也是部分企业创收的新路子。
  1992年—1998年,联合国开发计划署(UNDP)的煤层气开发示范项目在铁法集团下属矿区进行,成功示范了地面采空区钻井、井下水平长钻孔抽取瓦斯技术,UNDP组织投入资金138万美元;1998年-2003年,亚太经合组织日本的绿色援助机构,与铁法矿区煤层气回收利用示范项目进行了5年的成功合作,日本投资6000多万元人民币。
  李国君告诉记者,这两个项目的进行为不仅铁法矿区带来了资金和技术上的援助,更重要的是培养了一批煤层气开发与利用领域内的骨干,使这些人从国外工程技术身上学到了很多宝贵的东西,使员工的敬业精神、工作态度及工作的理念都发生了根本性的转变,为铁法集团的煤层气抽采利用打下了良好的技术基础。
  铁法集团充分利用国际技术及资金,开发与利用本矿区的煤层气。铁法集团与日本三井物产株式会社于2005年3月7日签订清洁发展机制(CDM)合作项目,2007年2月14日在日本东京与日本三井物产株式会社签订了碳减排买卖合同,合同期到2012年。该项目成功后,铁法集团于2007年开始受益,碳减排总量将达485万t,以11美元/t出售给日本三井物产株式会社,铁煤集团将获得5335万美元的无偿收益。无疑,这将为铁法矿区的煤层气开发与利用带来生机与活力。
  将瓦斯变害为宝后,不仅为

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