煤层气开采技术

煤层气简介

1、定义

煤层气，是指储存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，是煤的伴生矿产资源，属非常规天然气，是近一二十年在国际上崛起的洁净、优质能源和化工原料。

煤层气俗称“瓦斯”，其主要成分是CH4（甲烷),与煤炭伴生、以吸附状态储存于煤层内的非常规天然气，热值是通用煤的2-5倍，主要成分为甲烷。1立方米纯煤层气的热值相当于1.13kg汽油、1.21kg标准煤，其热值与天然气相当，可以与天然气混输混用，而且燃烧后很洁净，几乎不产生任何废气，是上好的工业、化工、发电和居民生活燃料。

煤层气空气浓度达到5%-16%时，遇明火就会爆炸，这是煤矿瓦斯爆炸事故的根源。煤层气直接排放到大气中，其温室效应约为二氧化碳的21倍，对生态环境破坏性极强。在采煤之前如果先开采煤层气，煤矿瓦斯爆炸率将降低70%到85%。煤层气的开发利用具有一举多得的功效：洁净能源，商业化能产生巨大的经济效益。

2、煤层气与煤矿瓦斯的关系与差异

在煤炭工业界通常将涌入煤矿巷道内的煤层气称之为煤矿瓦斯（Gassy），其气体组分除煤层气组分外，还有煤矿巷道内气体的成分，如氮气（N2）、二氧化碳（CO2）等空气组分以及一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）等采矿活动所产生的气体组分。

在煤层气概念引进初期，有些学者为便于业外人士了解煤层气，通常在煤层气一词后加注“俗称煤矿瓦斯”。

近年来，国内外有些学者为区分两者之间的概念差异，将通过煤矿井下抽放（Gas Drainage in-mine）、采动区（GOB）抽放或废弃矿井（Abandoned Mines）抽排等方式获得的煤层气称为Coal Mine ethane （缩写为CMM）。

2、存在形式

吸附于煤内表面；以游离态存在于煤的天然孔隙中；少量溶解在煤的地层水中。

3、用途

煤层气（煤矿瓦斯）作为一种非常规天然气，可作为瓦斯发电、居民生活和工业锅炉燃料。煤层气可以用作民用燃料、工业燃料、发电

燃料、汽车燃料和重要的化工原料，用途非常广泛。每标方煤层气大约相当于9.5度电、3 m3水煤气、1L柴油、接近0.8kg液化石油气、1.1-1.2L汽油，另外,煤层气燃烧后几乎没有污染物，因此它是相当便宜的清洁型能源。

煤层气的利用可分为两类，即能源和原料。

能源——煤层气发电，每亿度电排放SO2是煤电厂的千分之一；煤电厂热效率最高40%，天然气电厂可达56%；煤层气工业燃料，锅炉燃料、金属冶炼、陶瓷玻璃工业；城市居民燃气，煤制气热值低(14.6kJ/m3)，天然气热值高(35.6kJ/m3)，天然气是21世纪中国城市民用燃气首选燃料；汽车燃料，改善汽车尾气对大气的污染。

原料——煤层气制合成氨，世界合成氨的73.7%来自天然气原料;甲醇80%由天然气生产；煤层气制乙炔，由天然气部分氧化法生产乙炔，由乙炔生产PVC制品。

煤矿瓦斯对大气污染产生的温室效应是二氧化碳的20～30 倍。煤矿瓦斯的开发利用，对改善煤矿安全生产条件、减少温室气体排放、保护生态环境、优化能源产业结构、增加清洁能源供应、培育新的经济增长点具有重大意义。

4、技术现状

煤层气的开采一般有两种方式：一是地面钻井开采；二是井下瓦斯抽放系统抽出，地面钻井开采的煤层气和抽放瓦斯都是可以利用的，

通过地面开采和抽放后可以大大减少风排瓦斯的数量，降低了煤矿对通风的要求，改善了矿工的安全生产条件。地面钻井开采方式，国外已经使用，我国有些煤层透气性较差，地面开采有一定困难，但若积极开发每年至少可采出50亿立方米；由于过去除了供暖外没有找到合理的利用手段，未能充分利用，所以，抽放瓦斯绝大部分仍然排入大气，花去了费用，浪费了资源，污染了环境。

近年来随着阜康矿区煤炭生产规模的快速发展，每天由井下抽出的大量瓦斯被排放到大气中，既浪费了瓦斯资源，又对环境造成了严重污染。阜康矿区内现有多个生产矿井，除新疆大黄山豫新煤业有限责任公司一号井抽采瓦斯直接用于发电之外，其它矿井抽放瓦斯均未进行利用。现阶段较好的开发模式是采煤采气一体化模式。

煤矿瓦斯含有大量的甲烷，属温室气体；煤矿抽采的大量瓦斯直接排入大气，将对地球产生温室效应，对环境造成严重污染；煤矿瓦斯是一种高效的清洁能源，对空直接排放是一种巨大的能源浪费。因此，必须对煤矿瓦斯进行科学的治理和有效的综合利用。

煤矿企业而言，从安全生产、经济和技术方面考虑，采用地面煤层气抽采仍然是最好的方式，建议煤炭企业在地面煤层气抽采方面取得一定的突破。

5、相关政策及标准

国务院办公厅印发了《关于加快煤层气（煤矿瓦斯）抽采利用的若干意见》（国办发〔2006〕47 号），有关部门出台了煤炭生产安全费用提取、煤层气抽采利用企业税费减免、财政补贴、瓦斯发电上网

及加价、人才培养等扶持政策，初步形成了煤层气（煤矿瓦斯）开发利用政策框架

1）《新疆煤层气勘查开发利用(2011~2020年)实施方案》(下称《实施方案》)

2013年5月获国家能源局批准。根据《实施方案》，到2015年新

疆探明煤层气地质储量550亿立方米，启动1~2个煤层气开发示范工程。到2020年，新增探明地质储量800亿立方米，煤层气产能达到15亿立方米/年，煤矿瓦斯抽采量6亿立方米。到2020年，基本完

成新疆煤层气资源潜力调查与评价，新增探明地质储量800亿立方米，建成一批煤层气开发利用示范工程和煤矿瓦斯抽采利用规模化矿区，煤层气产能达到15亿立方米/年，煤矿瓦斯抽采量6亿立方米，新疆煤层气开发利用初步实现产业化。

2）《煤层气产业政策》

2013年2月国家下发，“加大新疆、辽宁、黑龙江、河南、四川、贵州、云南、甘肃等地区煤层气资源勘探力度，建设规模化开发示范工程。”“坚持自主研发和引进相结合、基础研究和技术创新相结合，加大科技研发投入，实施国家科技重大专项、科技支撑计划、“863”计划、“973”计划和产业化示范工程，鼓励企业、科研机构和高等院校联合开展科技攻关，加强工程（技术）研究中心、重点实验室等创新平台建设，发展技术咨询服务，提升煤层气产业科技创新能力。”

能源局提出的发展目标是：“十二五”期间，建成沁水盆地和鄂尔多斯盆地东缘煤层气产业化基地。再用5-10年时间，新建3-5个产业化

基地，实现煤层气开发利用与工程技术服务、重大装备制造等相关产业协调发展。

3）煤层气（煤矿瓦斯）开发利用“十二五”规划

“国家强力推进煤矿瓦斯“先抽后采、抽采达标”，加强瓦斯综合利用，安排中央预算内资金支持煤矿瓦斯治理示范矿井和抽采利用规模化矿区建设”

实施国家科技重大专项、科技支撑计划、“973”计划、“863”计划，加强基础理论研究，加快关键技术装备研发，着重解决煤层气产业发展中重大科学技术问题。加强国际合作和交流，积极引进煤层气勘探开发利用先进技术。

加快出台勘查、钻井、压裂、集输等方面标准。

加强科技攻关“煤层气（煤矿瓦斯）科技攻关“加强重大基础理论研究、加强关键技术装备研发”

4）国务院办公厅关于进一步加快煤层气（煤矿瓦斯）抽采利用的意见国办发〔2013〕93号

“加强政府补贴政策，税收优惠政策”，“科研研发，创新平台建设”

4）《煤层气（煤矿瓦斯）排放标准（暂行）》

6、国内生产企业介绍

我国开展煤层气勘探的企业并不多，比较有实力的煤层气公司更是屈指可数，主要在山西与河南等地进行开采，如中石油煤层气公司、中联、奥瑞安、亚美大陆、格瑞克、山西煤层气公司等，这些企业大多

是外资企业

7、煤层气示范工程

1）中联公司沁南煤层气开发利用国家高技术产业化示范工程

2）国内的煤层气工业利用项目主要有：铁法煤层气供法库县陶瓷城项目，阳泉煤层气氧化铝焙烧项目

8、产业链

煤层气利用

煤层气综合利用体系图

9、建议和措施

1）结合我国煤层气开发利用的实际情况，从安全、能源、环保要求三个方面综合考虑，实行资源先行、上游开发与下游利用相结合，煤层气开发利用与煤矿安全、环境保护相结合，煤层气开发利用与天然气相结合，按照先浅后深、先富后贫的顺序积极推进，把煤层气开发利用打造成我国新的支柱产业

2）积极开展和加强对外合作交流，借鉴美国、加拿大、澳大利亚和俄罗斯等煤层气利用技术发展较快国家在开采利用方面的经验，利用国外资金和先进技术，结合我国实际情况，提高煤层气的抽采利用率

和开发利用水平

3）进一步完善煤层气抽采利用标准，借鉴国际标准，加强研究，加强沟通，努力使煤层气的安全生产标准、抽采利用标准、减排标准协调起来，确保煤矿安全生产和资源的有效利用，加快煤层气产业的发展