煤層氣與煤炭產業分析

王升輝,孫婷婷,趙亞利

(1.中國地質大學 (北京)人文經管學院,北京100083;2.國土資源部油氣資源戰略研究中心,北京100034)

1 煤層氣與煤炭行業的關系

1.1 煤炭在我國的能源消費結構中所占比例與趨勢

我國是發展中國家,人口眾多,能源需求量大。鑒于煤炭在我國能源結構中的重要地位,把煤炭作為主體能源,這是我國能源安全的基石。長期以來,我國政府堅持能源生產、消費與環境保護并重的方針,把支持潔凈煤技術的開發應用作為一項重要的戰略任務來抓。目前煤炭在我國的一次能源消費中占 67%,而世界平均水平是29%。綜合國內外的各種預測,到2020年,煤炭在我國一次能源消費結構中,仍將會占到60%～70%左右[1]。

1.2 全國煤炭與煤層氣資源量

全國煤炭資源5.57萬億t,保有儲量1.03萬億t;2009年1.5萬個煤礦產煤30億t,煤層氣抽采61.7億m3,利用17.7億m3,利用率由前幾年19.7%提高到28.7%[2]。開發煤層氣可緩解能源供需矛盾,補充天然氣清潔能源,實現充分利用有效資源,遏制煤礦瓦斯災害,保護大氣環境。

據最新一輪全國煤層氣資源評價成果 (2005年),全國煤層埋深2000m以淺煤層氣總資源量36.81×1012m3,其中埋深1500m以淺煤層氣可采資源量10.87×1012m3。主要分布于我國的東部、中部、西部及南方等四個大區,地質資源量分別為11.3×1012m3、10.5×1012m3、10.4×1012m3、4.7×1012m3,占全國的 31%、28%、28%和13%,青藏地區只有 44.3×108m3,占全國的0.01%(圖1)。全國煤層氣總資源量為36.8萬億m3。

1.3 全國煤層氣勘查目標與資源

目前我國在評價18個有利勘探目標,面積39686km2,煤層氣遠景資源量65037億m3,占總資源量17.7%,其中：Ⅰ類6個,面積21704km2,遠景資源量36319億m3;Ⅱ類5個,面積8126km2,遠景資源量13164億m3;Ⅲ類7個,面積9856km2,遠景資源量15554億m3(表1)。

2 煤炭對煤層氣產業的影響

2.1 煤炭企業的煤層氣產能規模

2.1.1 地面產能規模

在2009年中國地面煤層氣產量中,除去中國石油、中聯煤、中國石化、格瑞克、聯合國開發署等企業,由煤炭和其他企業組成的地面煤層氣企業占整個行業的比例見表2。

圖1 中國煤層氣資源分布特征

表1 煤層氣勘探目標優選分類表

表2 2009年中國煤層氣地面產量中煤炭行業所占的比重表

2.1.2 井下產能規模

2009年全國1.5萬個煤礦產煤30億t,煤層氣抽采61.7億m3,利用17.7億m3,利用率由前幾年19.7%提高到28.7%。每年向大氣釋放煤層氣約200億m3[3]。1965～2007年煤炭瓦斯井下的抽排情況見圖2。

2.2 健康、安全、環保

煤炭和煤層氣資源共存于同一空間,屬于共生礦藏,且煤炭又是煤層氣的載體。由于一個是固體礦藏,一個是氣體礦藏,二者的開采方式有著極大的不同。共生于煤層中的煤層氣 (瓦斯)是造成煤礦瓦斯爆炸、煤巖體突出的災害性氣體和引起全球氣候變暖的強烈溫室性氣體,其溫室效應約為二氧化碳的21倍[4]。另一方面,它也是一種潔凈的新能源,可以彌補我國天然氣的供應不足。如果能在采煤之前先采出煤層氣,就可以使煤礦生產中的瓦斯涌出量降低70%～85%。使高瓦斯礦區變為低瓦斯礦區,如果煤層氣能得到充分利用,至少大型煤礦的安全事故可以大大降低。因此必須要求先采氣、后采煤。

圖2 1965～2007年全國煤礦瓦斯井下抽排產量曲線

3 煤層氣在行業拓展中的問題分析

3.1 礦權重疊

與石油天然氣行業一樣,煤炭行業在煤層氣產業也面臨著礦權重疊問題。如2009年山西省在設置的35個煤層氣礦業權中,有28個與煤炭礦業權存在重疊的問題。其余7個煤層氣礦業權中,有2個與煤炭礦業權不發生重疊,有5個基本解決了重疊問題。在28個與煤炭礦業權存在重疊問題的煤層氣礦業權中,與煤炭探礦權重疊52個,與煤炭采礦權重疊 472個,探、采兩權總重疊面積3447.58km2。在山西省內登記的5個油氣探礦權中,有3個是以煤層氣勘查為主,這3個區塊與煤炭礦業權也存在著較為嚴重的重疊,重疊礦權165個,重疊面積833 km2[5]。

3.2 井下排采技術領先,地面開發技術處于起步階段

煤炭行業最擅長煤礦瓦斯井下抽排,對地面煤層氣開發不太熟悉,但通過近幾年的實踐,已取得了一定的進步,如晉煤集團在地面煤層氣鉆井抽采技術上,已基本上掌握了地面垂直井、地面叢式井、地面水平羽狀井的開發技術與工藝[6]。但在煤層氣高產富集規律預測、地震技術應用、高產井的優化、地面集輸工藝、長距離輸送及下游市場的開拓等方面與石油天然氣行業相比,仍有一定的差距。

3.3 煤層氣發電成本高,補貼發放存在困難

3.3.1 煤層氣發電現狀

目前我國的瓦斯發電裝機容量92萬kW。為了促進煤層氣開發利用,國家于2007年出臺了一系列政策激勵措施,主要內容有;煤層氣電廠不參與市場競爭,不承擔調峰任務,煤層氣電廠上網電價,比照生物質能發電項目上網電價執行每度電補助0.25元,相當于利用每方煤層氣發電補助0.65元,煤層氣電廠自發自用部分實行每千瓦小時0.20元的優惠政策,支持和鼓勵煤層氣綜合開發利用[7]。

3.3.2 煤層氣發電成本

煤層氣發電總成本包括燃料費、水費、材料費、修理費、工資及福利費、購電費、折舊費、財務及管理費等,晉煤集團寺河120MW煤層氣電廠發電預算成本見表3。

表3 晉煤集團煤層氣預算發電成本構成表

從表3可知,燃料費所占的比例最高,為55.04%。其他煤層氣發電企業,如陽泉中能煤層氣開發有限公司、陽煤集團等企業的發電成本與晉煤集團基本持平,大約在0.3～0.6元/kWh[8],其中燃料費對發電生產成本的影響最大,從一定程度上說,氣源直接決定著煤層氣發電生產成本的高低。

3.3.3 煤層氣發電面臨的主要問題

由于經濟、技術和政策等層面的原因,煤層氣利用處于開發初期,在煤層氣發電方面還存在明顯的一些問題,主要是：煤層氣發電的瓦斯濃度低,煤層氣產權不清,煤礦企業和煤層氣發電企業在承擔和轉嫁煤層氣開采成本方面矛盾明顯,國家鼓勵煤層氣發電的相關補貼政策沒有落實等。

3.3.4 煤炭行業中缺乏煤層氣主干管網

盡管晉煤集團的端氏-河南博愛煤層氣管道主體工程已經完工,但與石油天然氣行業發達的天然氣管網相比,仍缺乏競爭力。天然氣主干管網屬易燃易爆危險特種行業,必須要有國家專營的許可證才能經營。煤炭行業長期從事煤礦開采和井下瓦斯的排放,除技術方面的因素之外,在管理方面的不足是顯而易見的[9]。為了更好完成國家煤層氣開發規劃,把寶貴的煤層氣資源輸送到更加需要煤氣的經濟發達地區,煤炭行業應該與石油天然氣行業合作方能完成這一歷史使命。

4 煤層氣在行業拓展中的對策建議

4.1 采氣、采煤企業相互溝通,有效梳理氣、煤礦權

煤層氣的開發規劃,應服從煤炭勘查開發規劃的整體需要,按照煤炭資源開發的特點,根據礦區綜合規劃、井田合理布局、礦井有序接續的要求;要優先考慮煤炭生產的安全管理、采掘布局、煤炭資源節約等諸多因素,編制煤炭和煤層氣綜合開發規劃,各種煤層氣開采方式配套使用,使采氣和采煤活動有機銜接,達到既能充分開發煤層氣、有效降低煤層瓦斯含量和瓦斯壓力,減少煤礦瓦斯事故,改善煤礦安全生產條件,又保護煤炭資源、有利于煤炭開采與回收,降低煤炭生產成本的雙重目的。使兩種資源的開發在時間排序和空間配置上達到最優化。最終實現以開發煤炭資源為核心的采煤采氣一體化。

4.2 實施 “采煤采氣一體化”,實現 “三級瓦斯治理”

“采煤采氣一體化”,就是通過實施地面鉆井、井下順煤層鉆孔預抽、邊采 (掘)邊抽、采空區抽放相結合的單一中厚煤層瓦斯綜合治理模式,實現煤炭與煤層氣資源的有序開發、綜合利用及兩類產業的健康發展[10]。在具體布置地面抽采鉆井時,應注意：①統籌考慮單井的抽采效果,努力做到地面鉆孔科學避讓井下采掘巷道和井筒硐室,全力避免溝通含水層等對采煤造成影響,使煤層瓦斯均勻降低,不留下局部瓦斯含量仍大、壓力仍高,有突出危險的隱患;②統籌考慮允許抽采的時間,實現地面抽采、井下區域性遞進式預抽采、采掘工作面邊掘邊抽、邊采邊抽、采空區抽放的有序銜接,使井上下抽采效果達到最佳;③在抽采全過程中,全力做到 “地質勘探、采前抽、采中抽、采后抽”的一井多用。

4.3 繼續保持在井下抽排技術方面的領先優勢

一是在地面煤層氣鉆井抽采技術上,繼續學習、掌握地面垂直井、地面叢式井、地面水平羽狀井的開發等先進技術與工藝。

二是在井下區域性預抽采技術工藝上,在瓦斯含量較小的煤層 (巖層)中先掘進巷道,再利用千米鉆機向兩幫施工長鉆孔,形成一個大范圍的瓦斯預抽區域 (至少可涵蓋1～2個工作面),在該區域抽采瓦斯達到預定效果后,再向周邊施工巷道,利用千米鉆機打長鉆孔,形成下一個接替預抽區域,實現井下抽采區域的有序銜接[11]。

三是在雙系統抽采技術工藝上,根據煤層瓦斯含量大、透氣性好、煤質較硬、厚度適中、整體性好的特性,在本煤層布孔進行預抽采。同時,由于生產過程中工作面采空區瓦斯涌出比例大,將積極推廣應用本煤層和采空區 “雙系統”瓦斯抽采技術工藝,針對性地進行采空區抽采。

4.4 煤炭與煤層氣行業合作,實現雙贏

在煤層氣礦業權范圍內分布大量煤炭企業,礦業權重疊現象較為嚴重的地區,煤層氣礦業權人應與煤炭礦業權人簽署協議,雙方通過認真溝通、反復研究,建立煤層氣整體開發規劃,并使之成為煤、氣企業的共同方案,煤層氣企業要協助煤炭企業實施 “采前抽、采中抽、采后抽”的地面抽采,在一個特定地區實現煤層氣全過程的開采,并進行不同濃度煤層氣混合,收購煤炭開采中抽放的低濃度瓦斯與地面抽采的高濃度煤層氣混合,形成可供民用的商品氣源。地面抽采與井下抽放緊密結合,既可減少煤炭開采的安全隱患又能提高低濃度瓦斯利用率、降低瓦斯排放量,還進一步促進了煤層氣的地面開發。

5 結束語

在我國能源消費的結構中,煤炭占有非常重要的地位,煤炭和煤層氣是共生于同一空間中的兩種礦種,相比煤炭而言煤層氣的經濟附加值較低,但發展煤層氣產業對保護大氣環境、貫徹哥本哈根會議精神、減少井下瓦斯事故、提高綜合經濟效益具有十分重要的意義。目前煤炭行業在發展煤層氣產業時存在著礦權重疊、長輸管網不發達、地面開發技術相對落后、發電上網程序復雜等問題,解決這些問題根本出路在于實施 “采煤采氣一體化”、“先采氣、后采煤”,實現 “三級瓦斯治理”和與石油天然氣行業的合作,通過合作統籌編制采氣、采煤規劃,有效梳理氣、煤礦權,形成優勢互補、行業雙贏的局面,促進兩種產業的協調大發展。

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[3] 張鳳麟.論煤層氣資源開發與我國的能源消費結構[J].中國國土資源經濟,2009(03)：16-17.

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[5] 中華人民共和國地質礦產行業標準,煤層氣資源/儲量規范 [S].中華人民共和國國土資源部.DZ/T 0216-2010.

[6] 中華人民共和國地質礦產行業標準,煤、泥炭地質勘查規范[S].中華人民共和國國土資源部發布,DZ/T 0215-2002.

[7] 霍喜福.關于山西省煤層氣發電成本是調查[J].地方視角,2008,30(02)：39-41.

[8] 國土資源部推進煤炭煤層氣產業化協調健康發展經驗交流暨現場交流材料 [R].山西省晉城,2009(12).

[9] 張洪濤.實行煤炭和煤層氣綜合勘查開采,促進兩個產業協調健康發展 [R],在國土資源部推進煤炭煤層氣產業化協調健康發展經驗交流暨現場交流會上的講話,山西省晉城,2009-12-17.

[10] 陳先達.順應歷史、構建和諧、合作共贏、推進煤炭煤層氣產業化、規模化、大發展[R].在國土資源部推進煤炭煤層氣產業化協調健康發展經驗交流暨現場交流會上的總結講話,山西省晉城,2009-12-17.

[11] 張國寶.堅持抽采利用并舉,統籌協調各方力量,全面推進煤礦瓦斯治理和煤層氣產業化開發——在全國煤礦瓦斯防治工作會議上的工作報告[R].2009-0903.