摘要：本文基于瓦斯電站初步建成，以及保德煤礦完善的井下瓦斯抽采條件，加之保德煤礦周邊地面預(yù)抽煤層氣輸送管道較完備，提出了通過(guò)大力實(shí)施井下超前預(yù)抽，適當(dāng)?shù)孛娉椴桑涌爝M(jìn)行保德煤礦非常規(guī)天然氣發(fā)展試點(diǎn)，既滿足保德煤礦生產(chǎn)接續(xù)需求，又能為瓦斯電站提供充足氣源，還能充分積累技術(shù)和人才，在合適時(shí)候全力進(jìn)入煤層氣開(kāi)發(fā)領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：煤層氣;開(kāi)發(fā);可行性;必要性;經(jīng)驗(yàn);保德煤礦

中圖分類(lèi)號(hào)：X752 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2020）12-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.12.124

Feasibility analysis and experience exploration of CBM （gas） development in Baode coal mine

Cheng Lin

（China Energy Conservation and Emission Reduction Co.，Ltd.，Beijing 100011，China）

Abstract：Based on the preliminary completion of the gas power station and the perfect underground gas extraction conditions in Baode Coal Mine， coupled with the relatively complete ground pre-drainage CBM transmission pipelines around Baode Coal Mine， this paper proposes to implement underground advanced pre-drainage and appropriate surface extraction. Accelerate the development of unconventional natural gas pilot projects in Baode Coal Mine， which will not only meet the continuous demand of Baode Coal Mines production， but also provide sufficient gas sources for gas power stations. It can also accumulate technology and talents and fully enter the field of coalbed methane development at the right time.

Key words：Coalbed methane;Development;Feasibility;Necessity;Experience;Baode coal mine

煤層氣是賦存在煤層中以甲烷為主要成分、以吸附在煤基質(zhì)顆粒表面為主、部分游離于煤孔隙中或溶解于煤層水中的儲(chǔ)存在煤層中的非常規(guī)天然氣，是一種煤炭共生資源[1]。煤層氣在空氣濃度達(dá)到5%-16%時(shí)，極易爆炸，是煤礦爆炸事故的“元兇”。在涉及安全生產(chǎn)問(wèn)題時(shí)，它更多被叫作“瓦斯”，所以煤層氣俗稱瓦斯。因?yàn)槊旱V瓦斯是煤礦安全生產(chǎn)的最大威脅之一，所以對(duì)于高瓦斯礦井，需要對(duì)瓦斯“先抽后采、以風(fēng)定產(chǎn)、監(jiān)測(cè)監(jiān)控”，保證瓦斯抽產(chǎn)達(dá)標(biāo)，以為安全生產(chǎn)創(chuàng)造條件。然而，煤層氣（瓦斯）又可以與天然氣混輸混用，而且燃燒后很潔凈，幾乎不產(chǎn)生任何廢氣，是上好的工業(yè)、化工、發(fā)電和居民生活燃料。據(jù)相關(guān)研究顯示，煤層氣（瓦斯）的熱值跟甲烷（CH4）含量有關(guān)，地面抽采的煤層氣甲烷（CH4）含量一般大于96.5%，當(dāng)甲烷含量97.8%時(shí)，在0℃，101.325kPa下，1m3純煤層氣的熱值相當(dāng)于1.13kg汽油、1.21kg標(biāo)準(zhǔn)煤，其熱值與天然氣相當(dāng)[2]。

1 煤層氣（瓦斯）開(kāi)發(fā)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

煤層氣技術(shù)主要分為抽采技術(shù)和利用技術(shù)。目前，利用技術(shù)較為成熟，根據(jù)甲烷濃度不同，可以做瓦斯發(fā)電、民用，以及管道輸送和液化為L(zhǎng)NG。

抽采技術(shù)方面可分為地面井抽采技術(shù)和煤礦瓦斯抽采技術(shù)。地面井抽采技術(shù)類(lèi)似天然氣井田開(kāi)發(fā)技術(shù)，除沁水和保德區(qū)塊外，其他煤層氣田尚無(wú)大規(guī)模商業(yè)化開(kāi)發(fā)的報(bào)道，似乎說(shuō)明煤層氣地面開(kāi)采的技術(shù)尚未成熟。煤礦瓦斯抽采技術(shù)主要包括本煤層千米鉆孔，采空區(qū)埋管抽放，保護(hù)層抽放等，與煤礦生產(chǎn)接續(xù)息息相關(guān)，不同的礦井，不同的工作面，宜采取不同的抽放方法。一般認(rèn)為，通過(guò)礦井巷道布置瓦斯鉆場(chǎng)，施工瓦斯千米鉆孔，征地修路費(fèi)用節(jié)省，無(wú)效進(jìn)尺少等，這樣操作屬于性價(jià)比較高的方式。

2 保德煤礦煤層氣（瓦斯）開(kāi)發(fā)的可行性分析

2.1 保德煤礦煤層氣（瓦斯）資源儲(chǔ)量比較豐富

保德煤礦位于山西省保德縣橋頭鎮(zhèn)，井田南北走向長(zhǎng)14.0km，東西傾向?qū)?.7km，面積55.90km2，井田可采煤層為8#、10#、11#、13#共4層，煤層平均傾角5°，目前開(kāi)采最上部的8#煤層，平均厚度6.8m，礦井生產(chǎn)能力1 600萬(wàn)t/a，保德煤礦是高瓦斯礦井，采用放頂煤的先進(jìn)生產(chǎn)工藝。

根據(jù)《保德煤礦瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定報(bào)告》及相關(guān)數(shù)據(jù)，估算8#煤層深部區(qū)預(yù)計(jì)瓦斯含量7.0m?/t，10#煤層預(yù)計(jì)瓦斯含量5.2m?/t，11#煤層預(yù)計(jì)瓦斯含量4.6m?/t，13#煤層預(yù)計(jì)瓦斯含量3.5m?/t。合計(jì)全井田瓦斯儲(chǔ)量為48億m?，預(yù)計(jì)可抽采瓦斯量7.5億m?（按照瓦斯抽采安全達(dá)標(biāo)的抽出率25%計(jì)算，如果為了瓦斯發(fā)電效益主動(dòng)超前抽采，可用瓦斯資源量將更多），計(jì)算各煤層瓦斯儲(chǔ)量如表1所示。

保德煤礦瓦斯儲(chǔ)量48億m3以上，理論上可滿足電站15臺(tái)機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行121年;如果電站28臺(tái)機(jī)組全部投運(yùn)，可滿足28臺(tái)機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行64年以上。

保德煤礦作為采煤企業(yè)，如果在保證煤礦安全生產(chǎn)抽采達(dá)標(biāo)的前提下，抽出25%的瓦斯，則提供給電站的氣源為12億m3，可滿足電站15臺(tái)機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行30年以上;考慮到8號(hào)煤層部分已開(kāi)采，再保守估計(jì)，滿足安全生產(chǎn)前提下抽出瓦斯7.5億m3，則可滿足電站15臺(tái)機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行19年以上。

瓦斯抽采率每提高1%，意味著煤礦本質(zhì)安全程度的極大提升，也能帶來(lái)近5 000萬(wàn)方的瓦斯發(fā)電氣源，意味著6 000萬(wàn)人民幣收入，這個(gè)數(shù)字比目前運(yùn)行6臺(tái)機(jī)組從2014～2017年3年多來(lái)的全部收益還多900萬(wàn)，意味著巨大的節(jié)能減排綜合效益。

2.2 保德煤礦煤層氣（瓦斯）開(kāi)發(fā)的必要性較大

2.2.1 煤礦安全生產(chǎn)層面

大力發(fā)展煤層氣產(chǎn)業(yè)，是“煤礦能夠做到不死人”“生產(chǎn)時(shí)能夠做到瓦斯不超限，超限就是事故”的“兩個(gè)理念”的貫徹，有助于煤礦安全生產(chǎn)。通過(guò)超前投入提前抽采煤層氣（瓦斯），把煤層氣全部抽完，然后再掘進(jìn)、回采，實(shí)質(zhì)上是超前投入，將瓦斯防治的關(guān)口前移，將有助于進(jìn)一步提升煤礦安全生產(chǎn)水平，滿足預(yù)抽期和生產(chǎn)銜接的需要，有利于從根本上預(yù)防和避免煤礦瓦斯超限。

2.2.2 循環(huán)經(jīng)濟(jì)層面

開(kāi)展保德煤礦非常規(guī)天然氣試點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)采煤采氣一體化，可變害為寶，避免因采煤造成煤層氣這種不可再生資源的浪費(fèi);充分利用現(xiàn)階段煤層氣發(fā)電較好的政策支持，與現(xiàn)在日益嚴(yán)重的“棄風(fēng)棄光不同”，瓦斯發(fā)電的收入得益于國(guó)家的鼓勵(lì)性政策，瓦斯發(fā)電公司既享受增值稅即征即退，所得稅按照90%收入計(jì)征，又不參與調(diào)峰，發(fā)電量（除廠用電外）全部上網(wǎng)，電價(jià)為0.509元/度，價(jià)格高于火力發(fā)電;同時(shí)，瓦斯電站余熱是礦區(qū)小鍋爐的完美替代能源產(chǎn)品，完全可以實(shí)現(xiàn)保德煤礦“產(chǎn)煤不燒煤、發(fā)電不用煤、供熱不用煤”，為以煤為基礎(chǔ)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展積累豐富經(jīng)驗(yàn)。

2.2.3 節(jié)能減排層面

大力發(fā)展煤層氣產(chǎn)業(yè)，對(duì)于減少溫室氣體排放、改善大氣環(huán)境方面具有非常重要意義。抽采瓦斯排空后，其主要成分甲烷與二氧化碳同樣是一種重要的溫室氣體，增溫效應(yīng)是二氧化碳的21倍;煤層氣燃燒后無(wú)灰渣、零污染，有助于煤礦實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展。

2.2.4 地企關(guān)系層面

大力發(fā)展煤層氣產(chǎn)業(yè)，有助民生，可帶動(dòng)運(yùn)輸、鋼鐵、水泥、化工、電力、生活服務(wù)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，創(chuàng)造就業(yè)機(jī)會(huì)，并為礦區(qū)百姓提供更清潔實(shí)惠的新能源，為當(dāng)?shù)卣畡?chuàng)造更多的財(cái)政收入，更好地促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展，這也是企業(yè)履行社會(huì)責(zé)任、“既要綠水青山，也要金山銀山”的表現(xiàn)。

3 保德煤礦煤層氣（瓦斯）開(kāi)發(fā)的經(jīng)驗(yàn)探索

3.1 確認(rèn)項(xiàng)目承擔(dān)主體

保德煤礦主業(yè)經(jīng)營(yíng)壓力較大，而且保德煤礦也不是一個(gè)法人單位。瓦斯電站作為獨(dú)立法人，有強(qiáng)烈動(dòng)力、有意愿、有平臺(tái)進(jìn)行煤層氣探氣權(quán)開(kāi)發(fā)，但苦于沒(méi)有煤層氣探氣權(quán)等相關(guān)權(quán)利，啟動(dòng)資金實(shí)力不足。

從目前電站與煤礦的無(wú)縫合作和未來(lái)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展看，煤礦是瓦斯電站的原料供應(yīng)者，電站與煤礦是直接的天然的瓦斯治理利益共同體;若瓦斯電站獲得煤層氣探氣權(quán)侯，可較好地與煤礦密切溝通，保證煤礦近期和遠(yuǎn)期的安全生產(chǎn)利益，并調(diào)動(dòng)煤礦現(xiàn)有瓦斯治理人員積極性。

3.2 積極進(jìn)行探索嘗試

2017年保德瓦斯發(fā)電公司與保德煤礦積極嘗試，以電站出資鋪設(shè)部分老采空區(qū)瓦斯實(shí)驗(yàn)性抽采管道的方式滿足了兩臺(tái)瓦斯發(fā)電機(jī)組的氣源，證明只要通過(guò)超前預(yù)抽，只要通過(guò)合理的工程，電站與煤礦密切配合，瓦斯氣源可以進(jìn)一步提高。

目前，保德煤礦劉家墕和棗林瓦斯電站一期工程10臺(tái)機(jī)組自2014年投運(yùn)以來(lái)累計(jì)上網(wǎng)電量24 466萬(wàn)kW·h，利用瓦斯11 242萬(wàn)m3，節(jié)約標(biāo)煤10萬(wàn)t，減排二氧化碳168萬(wàn)t，瓦斯電站余熱替代煤粉爐為保德煤礦提供洗浴蒸汽，實(shí)現(xiàn)了循環(huán)經(jīng)濟(jì)愿景。瓦斯發(fā)電送出設(shè)施、擴(kuò)展場(chǎng)地等完全滿足瓦斯電站加速發(fā)展條件，中石油煤層氣公司和山西省已經(jīng)初步打造完畢煤層氣輸送管道，通過(guò)較完善的管網(wǎng)，煤層氣可以在山西省內(nèi)較好的流通。

保德煤礦瓦斯抽采系統(tǒng)已經(jīng)全部建成，大巷已經(jīng)延伸到位，具備利用大巷進(jìn)行瓦斯鉆場(chǎng)設(shè)置、抽采排污的完善條件。

4 結(jié)束語(yǔ)

將探氣權(quán)賦予瓦斯電站，電站與煤礦充分溝通，可以達(dá)到促進(jìn)試點(diǎn)建設(shè)的目的，即實(shí)現(xiàn)28臺(tái)瓦斯電站達(dá)產(chǎn)、保德煤礦瓦斯預(yù)抽率提升、高濃度瓦斯管道輸送及煤礦抽掘采的根本好轉(zhuǎn)。以保德煤礦煤層氣開(kāi)發(fā)為試點(diǎn)，為國(guó)家能源集團(tuán)的非常規(guī)天然氣開(kāi)發(fā)作出積極探索。

參考文獻(xiàn)

[1]楊哲.煤層氣水平井鉆井裝備選型及優(yōu)化[J].煤礦安全，2020（02）：97-100.

[2]李瑞鋒.低濃度煤層氣資源利用現(xiàn)狀及效益分析[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2019（22）：56-57.

收稿日期：2020-10-28

作者簡(jiǎn)介：程琳（1987-），女，漢族，碩士研究生，工程師，研究方向?yàn)閼?zhàn)略規(guī)劃管理、投資管理。