中國煤層氣的開發利用現狀

     （一）煤層氣對煤炭生產和環境的危害

      在開采煤炭的過程中，從煤層及其頂底板巖石中散發出來的各種氣體，我國煤炭行業習慣上稱為礦井瓦斯。煤是一種有機質高度富集的可燃有機巖，礦井瓦斯是煤化作用過程中有機質所生成并滯留在煤層中的少部分氣體，而大部分氣體從煤層中排出，徑運移、聚集并在適當條件下形成非常規天然氣藏，稱為煤成氣，它是當前尋找勘查的主要對象。由于礦井瓦斯和煤成氣均來源于煤層，故又統稱為煤層氣。

      煤層氣的主要成分是甲烷，俗稱沼氣，其次是二氧化碳和氮氣，另外還有微量或少量的重烴類氣體和氫、一氧化碳、二氧化硫、硫化氫等氣體。

      礦井瓦斯對煤炭生產的危害很大。我國根據正常生產情況下，平均每產1 噸煤涌出的瓦斯量來劃分煤礦的瓦斯等級。小于或等于每噸10m3 的為低瓦斯礦井，大于每噸10 m3 的為高瓦斯礦井，曾經發生過煤與瓦斯突出的為突出礦井。我國煤礦屬于高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井占48%，因此，發生瓦斯事故的頻率很高。長期以來，瓦斯事故在我國煤礦事故中的比例一直居高不下，也是世界煤礦瓦斯災害最嚴重的國家。據有關部門統計，2001—2004 年10 月，我國煤礦共發生一次死亡10 人以上的特大事故188 起，平均每7.4 天一起，而其中瓦斯事故比例高達90%。特別是進入2004 年四季度以來，相繼發生了河南鄭州煤業集團大平礦“10·20”煤與瓦斯突出引發的瓦斯爆炸、陜西銅川陳家山煤礦“11·28”瓦斯爆炸等特別重大事故，一次傷亡100 人以上，給煤炭生產帶來嚴重威脅，給人民群眾生命財產造成重大損失，社會影響惡劣，經濟損失慘重。

      另外，煤層中的甲烷是一種重要的溫室效應氣體，而且其濃度增高后，使對流層中的臭氧增加，平流層中的臭氧減少。臭氧層減少，能使照射到地球上的紫外線增加，從而誘發皮膚癌、皮膚老化、眼疾、色盲等危害人類的疾病。因此，減少煤層甲烷（瓦斯）向大氣中排放，對穩定大氣中的甲烷濃度，緩解溫室效應的影響，保護人類健康具有十分重要的現實意義。

     （二）煤層氣的利用途徑

      礦井瓦斯是有害氣體，同時也是一種天然資源。為了降低煤礦井下的瓦斯含量，防止煤與瓦斯突出，目前常用的一種主要方法是礦井瓦斯抽放，即在煤層開采前或開采過程中，在井下采掘巷道中打水平鉆孔穿入煤層，在地面通過瓦斯泵造成負壓來進行抽放。我國遼寧撫順和山西陽泉等一些高瓦斯礦區都建立了專門的瓦斯抽放和利用系統，采取了許多預抽放措施，不僅使礦井安全生產得到了保障，同時還獲得了顯著的經濟效益。礦井瓦斯具有廣泛的利用途徑：

      1．用于發電。用抽放出來的礦井瓦斯做燃料，可用于燃氣輪機和蒸氣輪機組成的聯合循環發電廠發電。

      2．工業和民用燃料。瓦斯在燃燒過程中不產生煙塵和SO2 氣體，是工業鍋爐、民用取暖和炊事用氣的潔凈、高效能源。

      3．化工原料。可以用來制造氨、尿素、化肥、炸藥和甲醇等。

      4．交通運輸燃料。將甲烷與柴油制成混合燃料，供汽車使用，可提高燃燒效率，降低廢氣排放，減輕對環境的污染。

    （三）開發利用煤層氣的初步效果

      1．瓦斯抽放和利用在一些礦區獲得了顯著效益

      在煤礦井下抽放瓦斯，除地質構造因素外，還受制于采礦工程及其進度、抽放方式等諸多因素的影響。由于瓦斯分布的不均衡性，目前主要在高瓦斯礦區開展抽放工作。因此，總體來說，開發量不大，2002 年，全國煤炭企業開發利用瓦斯量不到8 億m3，向大氣排放量高達60 多億m3，資源利用率很低。但是，已經開展抽放和利用的單位社會經濟效益很顯著，說明礦井瓦斯是可以經濟開發、變害為利，為人類所利用的寶貴資源。

      遼寧撫順礦務局龍鳳礦是我國最早實行瓦斯抽放的礦井，以后該局又在老虎臺礦、勝利礦開展了瓦斯預抽預排和瓦斯綜合利用工作。先后利用瓦斯制造炭黑、生產甲醛獲得成功。1991 年又建起了一座裝機容量1.2 萬KW 的井口瓦斯電站。五十多年來，從礦井中直接抽出瓦斯近40 億m3，其中50～80%得以利用。他們采用采前預抽、邊采邊抽、采空區抽放等三種方式，1983 年以來，年抽出量一直在1 億m3 以上，抽放率達到60～65%，平均濃度為52%。目前，撫順礦區和市區已經建立起了煤層氣利用系統，1998 年利用量達7750.8 萬m3。從撫順至沈陽的輸氣管道已經開始運行，2001 年實現向沈陽供氣1700 萬m3，2002 年供氣2000 萬m3。

      重慶松藻煤電有限責任公司擁有6 對礦井，均屬高瓦斯煤礦，年抽放瓦斯達0.9 億m3 以上。目前，除了居民燃用和燒制炭黑外，每年有2/3 以上的瓦斯直接排入大氣中，不但白白浪費了資源，還造成了大氣污染。為了解決這一問題，公司于2003 年成立了瓦斯開發有限公司，以進一步加大瓦斯開發利用力度，促進瓦斯產業發展。

      2．煤層氣地面勘查開發獲得階段性成果

      經中國煤田地質總局1998 年完成的“全國煤層氣資源評價”項目計算，全國埋深在2000m 以淺、含氣量大于4m3/噸的煤層氣資源量為14.34 萬億m3。“九五”后期，由中聯煤層氣公司和煤炭科學研究總院西安分院完成的“中國煤層氣資源評價”項目，計算獲得全國煤層氣資源量31.46 萬億m3。說明我國煤層氣資源量十分豐富。開發煤層氣不僅可以從根本上解決煤礦瓦斯災害，改善煤炭開采安全條件，而且對調整我國能源結構，保護大氣環境均具有重大意義。因此，加快勘查開發煤層氣十分必要。

      從原能源部1989 年在沈陽召開的第一次“開發煤層氣研討會”至今，我國勘查開發煤層氣的工作進展較快較順利。上世紀九十年代初期，引進美國地面開發煤層氣技術，先后在開灤、柳林、鐵法、松藻等礦區進行了勘查開發試驗；1996年，經國務院批準，由原煤炭部、原地質部和中國石油天然氣總公司聯合組建起了中聯煤層氣有限責任公司，對全國煤層氣勘查開發進行了總體規劃，并在勘查試驗的基礎上評價獲得了第一批煤層氣儲量。到目前為止，國家儲量評審機構已經認定了山西沁水盆地南部（二個區塊）、山西陽泉和遼寧鐵法共四個區塊1023億m3 的煤層氣探明儲量，其中，沁南探明儲量達754 億m3，為進入商業化開發提供了資源保證；21 世紀以來，隨著對我國煤層氣資源及其分布規律認識的不斷深化，加強了開發試驗的探索研究，煤層氣勘查開發技術日益提高，并在沁水盆地、鐵法煤田等地區的個別單井中獲得了日產氣萬m3 以上的較高產量。在遼寧阜新礦區實現了我國首創用地面鉆井抽取煤層氣進行商業利用的范例。該礦區預測煤層氣資源量114.6 億m3，目前年抽放能力達到2200 萬m3，2003 年3 月已正式向6.5 萬戶市民供氣。同時，通過認真分析研究，認識到了我國煤層氣井普遍抽出率不高、單井產氣不穩定的地質控制因素：儲層壓力低、儲層滲透率低、含氣飽和度低和儲層地應力高“三低一高”現象突出，從而找到了影響我國煤層氣規模、經濟開發的主要障礙，為今后實現商業化開發指出了主攻方向。