澳大利亚煤矿瓦斯治理及利用

薛 生 谢 军

（澳大利亚联邦科学与工业研究组织，澳大利亚昆士兰州，4069）

煤炭是澳大利亚主要的自然资源，在澳大利亚国民经济发展中占有重要的位置。据统计，煤炭在澳大利亚一次能源消费构成中占的比例最大，2009年达到42.3%，澳大利亚76%的电力燃料来自煤炭。澳大利亚是世界上第四大产煤国，2009年煤炭产量达到5.49亿t，其中硬煤产量达到4.81亿t，褐煤产量达到0.683亿t。随着澳大利亚能源消费总量的不断增加，其煤炭消费总量也在增加，据预测，澳大利亚在2020年的煤炭产量将达到8.19亿t。

瓦斯是与煤炭共生的。随着矿井煤炭产量的增加，瓦斯涌出也必然增加，瓦斯治理的难度也将加大，但瓦斯同时又是一种清洁能源，澳大利亚煤矿将瓦斯治理与利用相结合，取得了良好的效果。本文将概要介绍澳大利亚煤矿的瓦斯赋存、涌出、抽采与利用等情况。

1 澳大利亚主要煤矿瓦斯赋存情况

截至2010年底，澳大利亚共有126个生产煤矿，其中露天矿84个，井工矿42对。井工矿产量约为1.1亿t，约占煤炭总产量的20%。褐煤生产主要在维多利亚州和南澳大利亚州，全部是露天开采；硬煤生产主要在昆士兰州和新南威尔士州，以露天矿为主，占硬煤总产量的75%左右。

露天矿主采煤层埋藏浅，瓦斯含量很小。井工矿主采煤层埋藏深度大约为200～400m，最深的为600m。煤层瓦斯含量不均，介于2～23m3／t。澳大利亚主要井工矿的瓦斯赋存情况见表1。

2 澳大利亚煤矿主要瓦斯治理技术

2.1 风排瓦斯

通风是最直接、最经济的瓦斯排放手段，对于中、低瓦斯矿井，澳大利亚主要采用风量调节及选择合理通风方式的办法来处理矿井瓦斯。例如，尤伦矿、莫兰巴诺斯矿、奥克依等煤矿均采用“均采型”通风，采煤工作面有2条巷道进风、1条巷道回风，工作面的风量在采煤时一般为5000m3／m in，检修班工作时风量减为3500m3／m in，2条进风巷之间留有厚度为40m的煤柱，每隔100m有1条联络巷，通风系统如图1所示。

表1 澳大利亚主要井工煤矿、主采煤层及其瓦斯含量

图1 采煤通风系统示意图

在工作面开采过程中，靠近工作面的一条进风巷道跨落，而另一条进风巷道将保留并作为下一个工作面的回风巷道。当工作面跨采过联络巷后，该联络巷将被封闭，从而减少向采空区漏风以防止煤炭自然发火，同时也减少了采空区瓦斯的泄漏。

2.2 地面钻井抽放

对于高、中瓦斯矿井，澳大利亚普遍采用地面定向钻井预抽瓦斯技术与地面大直径采空区瓦斯抽采技术。地面定向钻井预抽瓦斯技术用来减少煤层瓦斯含量，降低煤与瓦斯突出风险。地面定向钻井预抽瓦斯的方式有多种，目前常用的一种如图2所示。抽采孔在煤层内的长度一般为800～1200m，有时达到2000m以上。这种技术的最大优势是有充分的瓦斯预抽时间，同时不影响井下采煤生产。大直径采空区瓦斯抽采技术主要用来减少采空区瓦斯向采煤工作面涌出，地面开孔直径一般为450mm，终孔直径为250～300mm。

图2 地面定向钻井预抽瓦斯

3 澳大利亚煤矿瓦斯排放

煤矿瓦斯，特别是通风瓦斯绝大部分直接排放到大气中。2009年，澳大利亚煤矿瓦斯涌出量约为29M t（折合二氧化碳），约占全国温室气体总排量（550 M t（折合二氧化碳））的5%。其中废弃煤矿瓦斯涌出量只有1.4M t（折合二氧化碳），约占澳大利亚煤矿温室气体总涌出量的5%。据估算，通风排放瓦斯占煤矿涌出温室气体总量的64%。典型的高瓦斯矿井风排瓦斯量将达到150～300m3／s。1990－2009年期间澳大利亚煤炭产量与煤矿瓦斯排放量见图3。

图3 澳大利亚煤炭产量与煤矿瓦斯涌出量

澳大利亚的煤炭产量从1990年的2.41亿t增加到2009年的5.11亿t，增加了112%。而瓦斯涌出量只增加了65%。同一时期，每产1000t煤炭，瓦斯涌出量从67t（折合二氧化碳）下降为56t（折合二氧化碳），减少了16.5%。减少的主要原因是：增加的煤炭产量主要来自开采瓦斯含量小的煤层资源，同时在高瓦斯矿井发展瓦斯抽采与利用技术。目前大约有15对井工矿井实施瓦斯抽采。

4 澳大利亚煤矿瓦斯利用

澳大利亚政府对环境保护非常重视，在技术和资金上支持和鼓励煤炭企业减少瓦斯排放。目前有17个煤矿瓦斯减排项目，分布在15个煤矿。其中10个煤矿为井工煤矿，5个为废弃煤矿。在这17个项目中，9个项目用来发电，7个项目通过燃烧瓦斯减排，还有1个项目直接把抽采的高浓度瓦斯并入输气管道利用。

澳大利亚目前利用煤矿瓦斯发电机组的总量为215MW，并入了国家电网，瓦斯排放量减少了6.5Mt（折合二氧化碳）。最大的煤矿瓦斯发电机组位于BHP BilLion公司拥有的邻近悉尼的Appin和Tower煤矿，该发电机组从1996年开始运行，由94个1 MW的Caterpillar 3516 LE型发电机组组成，瓦斯排放量每年减少了2 Mt（折合二氧化碳）。其他主要煤矿瓦斯发电机组包括：昆士兰中部莫兰巴诺斯煤矿，利用抽采瓦斯的45MW发电机组；昆士兰中部哲曼克里克煤矿，利用抽采瓦斯的32 MW发电机组；昆士兰中部奥克依诺斯煤矿，利用抽采瓦斯的20MW发电机组；新南威尔士中部格林尼斯溪克里克煤矿，利用抽采瓦斯的10MW发电机组；新南威尔士东部西活拉煤矿，利用风排瓦斯的6 MW发电机组；新南威尔士东部泰莫煤矿，利用抽采瓦斯的7 MW发电机组；新南威尔士东部废弃的泰若巴（Teralba）煤矿，利用采空区瓦斯的4MW发电机组。

应当指出的是，目前所有在澳大利亚的煤矿瓦斯减排项目都得到了澳大利亚政府的经济资助或政策上的支持。

5 澳大利亚煤矿瓦斯展望

澳大利亚煤炭工业的发展趋势强劲，预计到2020年，澳大利亚煤炭产量将达到8.19亿t，其中井工煤矿产量将达到1.97亿t。煤矿瓦斯涌出量将达到47M t（折合二氧化碳），其中：井工矿井瓦斯涌出量为34 M t（折合二氧化碳），露天矿井瓦斯涌出量为12 M t（折合二氧化碳）。与现在相比，煤矿瓦斯涌出量将增加25%。

为了鼓励支持煤矿瓦斯利用与减排，澳大利亚政府推出了一系列的计划，例如温室气体减排计划（G GA P），2011年7月10日公布的清洁能源未来计划（C E F P l a n），以及将于2012年7月开始实行的碳税等。目前G GA P已经提供了近5000万澳元资助煤矿瓦斯发电，碳税的实施将从经济上回报煤矿瓦斯的利用。同时澳大利亚煤炭协会通过其属下的科研基金多年来一直支持开发、实施煤矿瓦斯抽采、回收、利用等方面的技术。2006年，澳大利亚煤炭协会宣布建立“澳世纪煤炭基金”用于煤炭行业温室气体减排技术研究与示范。据预测，未来10年，单个煤矿瓦斯发电量将在现在的基础上翻一番。

［1］ AustraLian Coal Year Book［M］.Brisbane：Australi a’s Mining Services，2011

［2］ Ken Cram.AustraLi a’s long wall mines review［J］.AustraLian Long wall magazine，2011（3）

［3］ Leal M.，Beamish B，Claassen C.analysis of ethane emission trends from active goaf seals at Mandalong mine［A］／／Underground Coal Operator s’COnference［C］.The University of Wollongong，2011

［4］ Black D.，Aziz N.Impact of coal properties and operational factors on mine gas drainage［A］／／Underground Coal Operators’COnference［C］.The University of Wollongong，2010