贵州煤层气抽采及综合利用模式分析

王忠奎 罗泽卫

(1.贵州大学职业技术学院,贵州 550003;2.贵阳长坤矿山设备有限公司,贵州 550003)

贵州素以“西南煤海”著称,煤炭资源丰富,在煤层中蕴藏有大量可供开发利用的煤层气。据勘探,全省埋深2000m以浅的煤层气资源量达3.2万亿m3,总量少于山西,居全国第二。全省煤层气的分布,基本与煤矿的分布一致,相对集中于西部,以六盘水煤田最丰富,其次为织纳煤田与黔北煤田。

1 贵州省煤矿气抽采及利用情况

早在上世纪70年代,贵州省已经开始煤层气的初步开发利用,贵州六枝、水城、盘县、毕节等地区建立了煤层气抽采利用系统,进行煤层气抽采。随着地质勘查与开发试验研究的深入进行,贵州煤层气大规模商业性地面开发也逐步展开。近几年,煤层气开发利用在一些大型煤炭企业迈出了实质性步伐,在煤层气抽采和综合利用方面进行了大量有益的尝试,在煤层气资源集中分布区的林东矿业集团 (毕节黔西境内矿区)、贵州水城矿业集团以及盘江煤电集团公司、永煤集团以及兖矿集团等相继在贵州境内建起瓦斯民用工程,井下抽采的煤层气除主要用作民用燃气外,在煤层气发电领域也取得了可喜的成果。2009年贵州省就超额完成了国家下达的煤层气抽采利用目标：抽采指标6.4亿m3,实际完成7.6亿m3;利用指标0.9亿m3,实际完成0.92亿m3。2010年,煤层气抽采量达8.41亿m3,煤层气利用量有1.26亿m3,完成了抽采目标任务的118%,利用目标任务的96.9%。到目前为止,全省共建有瓦斯发电站18座,总装机容量41100KW。其中：500KW的发电机组 71台,700KW的发电机组8台。

2 贵州煤层气抽采利用模式分析

2.1 煤层气抽采利用模式

贵州煤层气抽采利用较早,从早期瓦斯抽采(放)直接排空,到抽采瓦斯用于发电,经历了漫长的发展过程。根据各个时期的特征将煤层气抽采利用模式归纳为以下三种：

(1)煤层气民用燃气模式

这种模式的特征：一矿一系统,即每个矿井建立一套抽采 (放)系统和民用系统,如图1所示。

图1 煤层气民用燃气模式示意图

在上世纪70、80年代,贵州六枝矿务局六枝煤矿、地宗煤矿,水城矿务局汪家寨煤矿、拉罗煤矿、盘江矿务局的火烧铺煤矿等就建起了瓦斯民用系统,这不仅解决了煤矿安全问题,同时解决了矿区居民的燃料问题。但这种模式利用比较单一,加之输送技术受限,不能实现远距离输送,只能就近解决矿区民用燃料问题,根本不能将煤层气输送到矿区外的乡村、城镇以解决居民的燃料问题,所以这种模式利用率极低,还不到10%,这样,每年有大量煤层气被迫排放到大气中,给大气造成了严重的污染,所以这种模式的发展受到了制约。

(2)煤层气发电模式

这种模式的特征：一矿一厂或一矿数厂,即每个煤矿建一套煤层气抽采系统和一座瓦斯发电厂或一套以上煤层气抽采系统和数座瓦斯发电厂如图2所示。

近几年,特别是国家出台一系列煤层气发电优惠政策以来,煤矿区煤层气发电模式在贵州得到迅速推广,贵州的几个大的工矿集团相继建起了瓦斯发电厂,如林东矿业集团的红林煤矿、龙凤煤矿,六枝工矿集团的比德煤矿、水城矿业集团的大湾煤矿、盘江煤电的响水煤矿以及贵州安顺轿子山煤矿都建起了这样的煤层气发电厂。到目前为止,全省共建有煤层气发电站18座,总装机容量41100KW。其中：500KW的发电机组71台,700KW的发电机组8台。

图2 煤矿区煤层气发电模式示意图

煤矿区煤层气发电的优势如下：

①灵活。一矿一厂或一矿数厂不受地形地貌限制。

②电力可在本单位消化,也可就地上网实现远距离输送,能源输送成本低。目前贵州煤层气电厂的发电量除满足自身的用电外,有的就地上网,向外地提供电力,取得了较好的经济效益。

③建厂投入少,经济效益显著。例如某煤矿投资3800万元建一座总装机容量为7500KW瓦斯发电厂,按当地电价计算,年售电收入可达2000万元以上,年利润就有900万元。

④煤层气发电技术成熟,特别是低浓度煤层气发电机组的出现,增强了煤层气发电的适应性,国内有数家煤层气发电机组生产厂家和销售商家。目前有胜利油田胜利动力机械集团有限公司、济南柴油机厂等。

但是,煤层气发电也存在一些障碍,其中包括：

①国家政策法规不够完善,缺乏较强的执行力度及统一协调,导致煤层气电厂的发电量不能真正上网供电,没有发挥煤层气电厂的优势和作用,造成了巨大的能源浪费,电厂的投资难收回。据调查,全省绝大部分瓦斯发电厂的发电量基本上是自用,多余的电量不能通过电网向外地供电,这导致很多电厂在电量富裕时停止机组发电,被迫将抽采的煤层气排空。

②受抽采煤层气浓度的变化的影响,煤层气发电的电压不稳,这一方面需要进一步技术攻关。

(3)地面钻采-液化浓缩提纯模式

地面钻采-液化模式在北方一些地区试验获得成功,实现了煤层气的远距离输送。贵州也有几家煤矿进行了地面钻采试验,如水城矿业集团鬃岭矿业有限公司及兖州矿业集团五轮山煤矿早在2007年就进行了这项工作,但预抽采的效果不好,煤层气难抽出,煤层气产量衰减快,不能满足利用要求。这种模式在贵州推广受到很大的制约,主要基于以下几个方面：

表1 煤层气抽采利用三种模式对比

①贵州大部分煤层透气性系数小于0.1m2.(MPa2.d)-1透气性差,属较难抽采煤层,瓦斯不卸压抽采效果差。

②地面钻孔难度大,钻空成本高。现在开采的煤炭埋藏较深,钻空长度大,特别是在底下打水平钻孔难度更大。

③受山区地形地貌限制,大型钻孔设备频繁搬迁困难。贵州地形地貌复杂,山峦起伏,悬崖峭壁,同一矿区海拔高度变化较大,有的在500米以上。而且煤矿一般都在偏远深山,交通十分不便,钻孔设备难以频繁搬迁和钻孔。

④配套液化设备购置和安装费昂贵,一般规模都在2000万元以上。另外,煤层液化后必须有专门设备运输或建专门管线输送,输送成本高,经济效益不好。

2.2 贵州煤层气抽采利用模式对比分析

贵州煤层气抽采利用模式在不同的时期发挥了重要作用,现从技术可行性、经济性等方面进行对比分析,如表1所示。

3 结论

(1)煤层气发电模式技术成熟,在贵州的林东、六枝、水城、盘江等集团公司进行试验并获得了成功,已建18座瓦斯电厂,现具备在省内推广的技术条件。

(2)煤层气发电模式对保护环境具有重要意义,并且符合国家产业政策,具有在省内推广的国家扶持优惠政策优势。

(3)煤气发电模式具有显著的经济效益,但还存在国家政策法规不够完善,缺乏统一协调,使煤层气电厂的发电量不能真正上网供电等一系列问题。为充分发挥贵州煤层气资源优势,改变以煤为主的能源结构,当前需探讨、解决好以下几个方面的问题：

(1)进一步落实煤层气发电优惠政策,处理好煤炭企业的利益问题,鼓励煤矿瓦斯发电。

(2)行业主管部门应加大协调力度,协调好煤、电企业关系,为煤层气电厂电力上网创造条件。

[1] 俞启香.矿井灾害防治理论与技术 [M].徐州：中国矿业大学出版社,2008.

[2] 贵州省轿子山煤矿瓦斯发电项目可行性研究报告[R].贵阳：贵州省煤矿设计院.

[3] 中国煤炭工业劳动保护科学技术学会.瓦斯灾害防治技术 [M].北京：煤炭工业出版社,2007.