保德煤礦煤層氣（瓦斯）開發的可行性分析及經驗探索

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抽煤層氣輸送管道較完備，提出了通過大力實施井下超前預抽，適當地面抽采，加快進行保德煤礦非常規天然氣發展試點，既滿足保德煤礦生產接續需求，又能為瓦斯電站提供充足氣源，還能充分積累技術和人才，在合適時候全力進入煤層氣開發領域。

關鍵詞：煤層氣;開發;可行性;必要性;經驗;保德煤礦

中圖分類號：X752 文獻標識碼：A 文章編號：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存在煤層中的非常規天然氣，是一種煤炭共生資源[1]。煤層氣在空氣濃度達到5%-16%時，極易爆炸，是煤礦爆炸事故的“元兇”。在涉及安全生產問題時，它更多被叫作“瓦斯”，所以煤層氣俗稱瓦斯。因為煤礦瓦斯是煤礦安全生產的最大威脅之一，所以對于高瓦斯礦井，需要對瓦斯“先抽后采、以風定產、監測監控”，保證瓦斯抽產達標，以為安全生產創造條件。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，幾乎不產生任何廢氣，是上好的工業、化工、發電和居民生活燃料。據相關研究顯示，煤層氣（瓦斯）的熱值跟甲烷（CH4）含量有關，地面抽采的煤層氣甲烷（CH4）含量一般大于96.5%，當甲烷含量97.8%時，在0℃，101.325kPa下，1m3純煤層氣的熱值相當于1.13kg汽油、1.21kg標準煤，其熱值與天然氣相當[2]。

1 煤層氣（瓦斯）開發技術發展現狀

煤層氣技術主要分為抽采技術和利用技術。目前，利用技術較為成熟，根據甲烷濃度不同，可以做瓦斯發電、民用，以及管道輸送和液化為LNG。

抽采技術方面可分為地面井抽采技術和煤礦瓦斯抽采技術。地面井抽采技術類似天然氣井田開發技術，除沁水和保德區塊外，其他煤層氣田尚無大規模商業化開發的報道，似乎說明煤層氣地面開采的技術尚未成熟。煤礦瓦斯抽采技術主要包括本煤層千米鉆孔，采空區埋管抽放，保護層抽放等，與煤礦生產接續息息相關，不同的礦井，不同的工作面，宜采取不同的抽放方法。一般認為，通過礦井巷道布置瓦斯鉆場，施工瓦斯千米鉆孔，征地修路費用節省，無效進尺少等，這樣操作屬于性價比較高的方式。

2 保德煤礦煤層氣（瓦斯）開發的可行性分析

2.1 保德煤礦煤層氣（瓦斯）資源儲量比較豐富

保德煤礦位于山西省保德縣橋頭鎮，井田南北走向長14.0km，東西傾向寬5.7km，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°，目前開采最上部的8#煤層，平均厚度6.8m，礦井生產能力1 600萬t/a，保德煤礦是高瓦斯礦井，采用放頂煤的先進生產工藝。

根據《保德煤礦瓦斯基礎參數測定報告》及相關數據，估算8#煤層深部區預計瓦斯含量7.0m?/t，10#煤層預計瓦斯含量5.2m?/t，11#煤層預計瓦斯含量4.6m?/t，13#煤層預計瓦斯含量3.5m?/t。合計全井田瓦斯儲量為48億m?，預計可抽采瓦斯量7.5億m?（按照瓦斯抽采安全達標的抽出率25%計算，如果為了瓦斯發電效益主動超前抽采，可用瓦斯資源量將更多），計算各煤層瓦斯儲量如表1所示。

保德煤礦瓦斯儲量48億m3以上，理論上可滿足電站15臺機組滿負荷運行121年;如果電站28臺機組全部投運，可滿足28臺機組滿負荷運行64年以上。

保德煤礦作為采煤企業，如果在保證煤礦安全生產抽采達標的前提下，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臺機組滿負荷運行30年以上;考慮到8號煤層部分已開采，再保守估計，滿足安全生產前提下抽出瓦斯7.5億m3，則可滿足電站15臺機組滿負荷運行19年以上。

瓦斯抽采率每提高1%，意味著煤礦本質安全程度的極大提升，也能帶來近5 000萬方的瓦斯發電氣源，意味著6 000萬人民幣收入，這個數字比目前運行6臺機組從2014～2017年3年多來的全部收益還多900萬，意味著巨大的節能減排綜合效益。

2.2 保德煤礦煤層氣（瓦斯）開發的必要性較大

2.2.1 煤礦安全生產層面

大力發展煤層氣產業，是“煤礦能夠做到不死人”“生產時能夠做到瓦斯不超限，超限就是事故”的“兩個理念”的貫徹，有助于煤礦安全生產。通過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、回采，實質上是超前投入，將瓦斯防治的關口前移，將有助于進一步提升煤礦安全生產水平，滿足預抽期和生產銜接的需要，有利于從根本上預防和避免煤礦瓦斯超限。

2.2.2 循環經濟層面

開展保德煤礦非常規天然氣試點，實現采煤采氣一體化，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;充分利用現階段煤層氣發電較好的政策支持，與現在日益嚴重的“棄風棄光不同”，瓦斯發電的收入得益于國家的鼓勵性政策，瓦斯發電公司既享受增值稅即征即退，所得稅按照90%收入計征，又不參與調峰，發電量（除廠用電外）全部上網，電價為0.509元/度，價格高于火力發電;同時，瓦斯電站余熱是礦區小鍋爐的完美替代能源產品，完全可以實現保德煤礦“產煤不燒煤、發電不用煤、供熱不用煤”，為以煤為基礎的循環經濟產業鏈發展積累豐富經驗。

2.2.3 節能減排層面

大力發展煤層氣產業，對于減少溫室氣體排放、改善大氣環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，增溫效應是二氧化碳的21倍;煤層氣燃燒后無灰渣、零污染，有助于煤礦實現綠色發展。

2.2.4 地企關系層面

大力發展煤層氣產業，有助民生，可帶動運輸、鋼鐵、水泥、化工、電力、生活服務等相關產業的發展，創造就業機會，并為礦區百姓提供更清潔實惠的新能源，為當地政府創造更多的財政收入，更好地促進地方經濟發展，這也是企業履行社會責任、“既要綠水青山，也要金山銀山”的表現。

3 保德煤礦煤層氣（瓦斯）開發的經驗探索

3.1 確認項目承擔主體

保德煤礦主業經營壓力較大，而且保德煤礦也不是一個法人單位。瓦斯電站作為獨立法人，有強烈動力、有意愿、有平臺進行煤層氣探氣權開發，但苦于沒有煤層氣探氣權等相關權利，啟動資金實力不足。

從目前電站與煤礦的無縫合作和未來的長遠發展看，煤礦是瓦斯電站的原料供應者，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侯，可較好地與煤礦密切溝通，保證煤礦近期和遠期的安全生產利益，并調動煤礦現有瓦斯治理人員積極性。

3.2 積極進行探索嘗試

2017年保德瓦斯發電公司與保德煤礦積極嘗試，以電站出資鋪設部分老采空區瓦斯實驗性抽采管道的方式滿足了兩臺瓦斯發電機組的氣源，證明只要通過超前預抽，只要通過合理的工程，電站與煤礦密切配合，瓦斯氣源可以進一步提高。

目前，保德煤礦劉家墕和棗林瓦斯電站一期工程10臺機組自2014年投運以來累計上網電量24 466萬kW·h，利用瓦斯11 242萬m3，節約標煤10萬t，減排二氧化碳168萬t，瓦斯電站余熱替代煤粉爐為保德煤礦提供洗浴蒸汽，實現了循環經濟愿景。瓦斯發電送出設施、擴展場地等完全滿足瓦斯電站加速發展條件，中石油煤層氣公司和山西省已經初步打造完畢煤層氣輸送管道，通過較完善的管網，煤層氣可以在山西省內較好的流通。

保德煤礦瓦斯抽采系統已經全部建成，大巷已經延伸到位，具備利用大巷進行瓦斯鉆場設置、抽采排污的完善條件。

4 結束語

將探氣權賦予瓦斯電站，電站與煤礦充分溝通，可以達到促進試點建設的目的，即實現28臺瓦斯電站達產、保德煤礦瓦斯預抽率提升、高濃度瓦斯管道輸送及煤礦抽掘采的根本好轉。以保德煤礦煤層氣開發為試點，為國家能源集團的非常規天然氣開發作出積極探索。

參考文獻

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

[2]李瑞鋒.低濃度煤層氣資源利用現狀及效益分析[J].內蒙古煤炭經濟，2019（22）：56-57.

收稿日期：2020-10-28

作者簡介：程琳（1987-），女，漢族，碩士研究生，工程師，研究方向為戰略規劃管理、投資管理。