试谈湖南煤层气资源的开发与利用

2014-10-17王林赵铁桥刘烨华湖南安全技术职业学院

湖南安全与防灾 2014年7期

□文 / 王林赵铁桥刘烨华湖南安全技术职业学院

引言

煤层气系指腐植型有机物在成煤过程中所形成的天然气的总和，其主要成份是甲烷，是天然气的一个重要类型。在现行煤矿规范用词中称之为瓦斯，是一种有害气体。

据计算，1kg纤维素在变成烟煤的过程中能生成69.1kg甲烷气体，生成1t无烟煤可产生360～400m3瓦斯，据测定，现今煤层中含瓦斯量，一般不超过60m3/t。也就是说，成煤过程生成的瓦斯，大部分都已转移到围岩（可能形成气床）或大气中去了。

我国煤炭储量丰富，煤层瓦斯储量也是丰富的。据预测，我国煤层瓦斯储量约为319216×108m3，以1000m3瓦斯相当1t标准煤计算，则全国煤田瓦斯约合319×108t标准煤。若每年消耗1000×108m3瓦斯，仅煤层瓦斯就可开采319年。因此，煤层气开发利用具有良好的前景。

煤层气对煤矿开采而言是一种有害气体。若治理不当，会造成井下人员瓦斯窒息、瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出伤亡事故。事实上，在煤矿开采过程中，瓦斯事故所发生的次数和死亡人数所占的比重仅次于顶板事故。而且瓦斯事故更多的是造成煤矿井下作业人员群死群伤。据统计，仅2000年我国煤矿共发生一次死亡3～9人事故367起，死亡1694人，其中，瓦斯事故267起，死亡1281人，占事故起数的72.75%，死亡人数的75.62%；发生一次死亡10人及其以上的事故75起，死亡1398人，其中，瓦斯事故69起，死亡1319人，占事故起数的92.00%，死亡人数的94.35%。自2000年至今，全国煤矿瓦斯事故不断，一次死亡上100人的事故发生8起。由此可见，减少和控制煤矿事故发生的重点是减少和控制瓦斯事故的发生，要达到控制瓦斯事故的目的是坚持科学治理煤矿瓦斯。

煤矿开采，有大量的瓦斯从煤层和围岩涌入井巷中，然后被风流稀释并排放至大气中，有资料表明，我国每年约有56×108m3～194×108m3瓦斯被排放到大气中，占世界煤矿瓦斯排放量的三分之一。由于大量的瓦斯排至大气中，一方面会造成大气污染，另一方面会增加大气的温室效应，破坏我们赖以生存的大气层。

如此看来，在能源资源紧缺、能源需求量大的我国加强煤层气资源的勘察和开发利用，不仅在资源的开发利用方面，而且在煤矿灾害防治和大气环境的保护与治理方面都具有重大的战略意义。

湖南煤层气资源及开发利用现状

1、煤层气资源储量

从全省煤炭资源的蕴藏情况看，总体来说，不算丰富。据相关报导，到2010年底，已探明储量41×108t，保有储量31.3×108t 。预测远景储量达45.14×108t。两项共计76.44×108t。据目前勘测资料，全省14个地（州）市、自治区，除岳阳外，其余13个地（州）市、自治区都有煤炭资源分布。煤炭资源比较丰富的地区有娄底、郴州、衡阳、邵阳和株洲。煤层气是与煤层共生的，因而煤层气资源亦主要分布在煤炭资源相对丰富的娄底、郴州、邵阳和衡阳地区。煤层气资源储量，除保有煤炭资源储量所拥有的煤层气资源储量外，尚可从远景储量中获得一定数量的煤层气资源储量。

关于湖南煤层气资源储量，有这样几组数据：一是《湖南省煤矿瓦斯治理与利用“十一五”后三年规划》（2008～2010）中提出的“湖南全省1500m以浅主要含煤盆地中煤层瓦斯储量约5000×108m3，其中可采煤层煤层气资源约为1200×108m3。”第二组数据是《湖南煤炭资源开发利用现状与对策》中提出的湖南煤层气地质资源量和可采储量分别为780.80×108m3（区域煤炭资源储量与煤层气资源丰度0.30×108m3/km2的乘积）和325.94×108m3。现根据湖南现有煤矿（井）中瓦斯矿井、高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井(煤层)分别所占有的煤炭资源储量（保有储量和预测远景储量共计76.44×108t）和历年来科研、生产单位在煤矿实测的原始煤层瓦斯含量对全省煤层气资源储量作出估算。全省现有煤矿（井）956个，其中瓦斯矿井557个，高瓦斯矿井146个，煤与瓦斯突出矿井253个。在全省保有煤炭资源储量中，瓦斯矿井煤炭资源储量以保有储量的40%计算，合30.58×108t，高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井煤炭资源储量以保有储量的60%计算,合45.86×108t。据煤层瓦斯参数测定，瓦斯矿井煤层瓦斯风化带以下煤层瓦斯含量一般为3m3/t～5m3/t，取其上限值5m3/t作为瓦斯矿井煤层气资源储量的计算基数，计算出瓦斯矿井煤层气资源储量为152.90×108m3；高瓦斯矿井和煤与瓦斯突出矿井煤层瓦斯风化带以下煤层瓦斯含量下限值和上限值在6m3/t～37.24m3/t。此外，笔者据有关资料综合国内外10组118个瓦斯含量数据求其平均值为13.01m3/t。考虑到湖南煤矿煤与瓦斯突出矿井较多，另据《湖南煤层气地质特征及远景评价》提供，洪山殿矿区Ⅰ煤层平均含气量达18.48m3/t、Ⅳ煤层平均含气量达24.10m3/t；斗笠山矿区主采的Ⅱ煤层平均含气量17.91m3/t；冷水江矿区主采Ⅲ、Ⅴ煤层，煤层含气量平均16.64m3/t。综合上述资料，此处取全省高瓦斯和煤与瓦突出矿井保有煤炭资源储量的煤层瓦斯含量平均值为16m3/t，作为高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井煤层气资源储量的计算基数，计算出高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井煤层气资源储量为733.76×108m3。即全省煤层气资源储量总计为886.66×108m3（其资源储量计算深度为1500m以浅）。比较以上三组数据，我们认为，第一组数据过于乐观，第二组数据和第三组数据比较接近，相对客观些，可以此作为全省煤层气资源储量的依据。

2、煤层气开发利用情况

上世纪60年代至90年代，湖南煤矿先后在原白沙矿务局红卫煤矿的坦家冲和里王庙矿井、原涟邵矿务局洪山殿煤矿蛇形山井、原娄底地区资江煤矿、原衡阳地区常宁红旗煤矿、原邵阳地区肖家冲煤矿、原涟邵矿务局洪山殿煤矿彭家冲井、原涟邵矿务局利民煤矿利民井和利北井等十多个矿井建立了地面（永久）瓦斯抽采（放）系统。90年代后期到本世纪头5年，因煤矿灾害治理的需要，特别是从2001年在全国煤矿开展安全治理整顿并随着此项活动的不断深化，湖南多数煤与瓦斯突出矿井相继建立了地面或井下移动式瓦斯抽采（放）系统。

2009年国家安全生产监督管理总局和国家煤矿安全监察局颁布《防治煤与瓦斯突出规定》，第14条中规定：突出矿井必须建立建立满足防突工作要求的地面瓦斯抽采系统。2011年5月，国办发〔2011〕26号《国务院办公厅转发国家发展和改革委员会、国家安全生产监督管理总局关于进一步加强煤矿瓦斯防治工作若干意见的通知》中规定：高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井，要做到先抽后采、抽采达标。凡应建未建瓦斯抽采系统或抽采未达标的矿井，要停产整顿，经验收达到相关标准后方可恢复生产。在建的煤与瓦斯突出矿井揭露煤层前，应建地面抽采系统的高瓦斯矿井进入采区施工前，要建成地面瓦斯抽采系统并投入使用。这些规定有效地促进了煤矿瓦斯抽采系统的建设和煤矿瓦斯抽采工作。到2012年4月份，全省已建立瓦斯抽采利用系统287套。自2007年在湘煤集团所属洪山殿矿业公司蛇形山煤矿建立第一台瓦斯发电机组以来，到2013年底，全省建成瓦斯发电站30个，年抽采瓦斯量2.2×108m3，年利用瓦斯1.35×108m3，利用率高达60%以上，其全部用于坑口瓦斯发电，年发电量超过1亿千瓦时。

目前，湖南煤层气采出方式主要以煤炭开采过程从煤（岩）通过自然排放至采掘空间经风流排至地面大气中。据资料报导，2012年全省年产原煤约0.8×108t，煤矿排放瓦斯约7.8×108m3。其次是通过井下向煤层或采空区打钻孔抽采（放）瓦斯。2013年全省共抽采瓦斯量2.2×108m3。

煤层气资源开发利用工作方向

湖南煤层气开发利用应综合考虑灾害治理，能源开发利用和环境治理。湖南煤层开采技术条件差，属全国煤矿开采的重灾区，尤以瓦斯灾害为重。近十年，湖南煤矿瓦斯事故次数和死亡人数分别占全省煤矿事故总次数和总人数的18.89%和33.41%。因此，抽采（放）瓦斯首先必须突出灾害防治这个重点。

就煤层气开发利用而言，首先是需要找准目标。湖南可采煤层厚度以中厚煤层为主，单位含煤面积煤层瓦斯储量小。瓦斯矿井因煤层瓦斯含量小，抽采成本高，效果差，在开发利用煤层气资源时暂可不予考虑。为此，应将煤层气开发利用放在高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井煤层气的抽采（放）。全省煤矿每年向大气中排放瓦斯约7.8×108m3，将对大气产生一定的污染和破坏，影响人居环境。就此问题，在全国而言，是一个带有普遍性的问题。解决这一问题，需要通过两个途径来解决，一是加大煤层气抽采和利用量。二是依靠科学技术的发展，通过分离集气等技术将矿井风排出来的混合气体中的煤层气（瓦斯）收集并予以利用。目前，还只有依靠加大煤层气抽采量来缓解这一问题。

煤层气资源开发利用工作面临的任务

1、资源勘测

全省煤层气资源储量、可采量将随着煤层气资源勘测工作的拓展与深化而增大。很明显，煤层气资源储量的勘测主要与煤炭资源储量的勘测相伴而行。近年来，随着湖南煤田地质勘探工作的开展，获得了数以亿吨的煤炭资源储量，与此同时，相应地也新增了煤层气资源储量。

2、资源开采

煤层气资源开采主要依靠抽采的方法进行。煤层气抽采方法主要有从地面向煤（岩）层或采空区打钻孔抽采和在井下向煤（岩）层或采空区打钻孔抽采。从湖南的实际实际看，在目前技术条件下煤层气地面抽采很难形成规模，尚难展现出好的前景。故湖南煤层气抽采主要依靠在井下向煤（岩）层或采空区打钻孔进行。从目前的情况看，井下钻孔抽采瓦斯已形成一定范围和规模，抽采量已达2×108m3。但湖南煤层多为低透气性煤层，从抽采难易程度上而言多属难或较难抽采煤层。就这一类煤层的瓦斯抽采而言，技术上还存在诸多问题。因而抽采效果尚不看好，抽采成本很高。解决这类问题尚需政府在政策上的支持，应通过加大投入，主要解决技术和工艺方面的问题，其次是抽采设备设施上的问题。此外，还应从冲减成本上给煤矿企业或煤层气开采专业公司予以支持。

3、资源利用

煤层气有较为广泛的用途，作为一种能源，可以用作居民家庭燃料、工业发电和汽车动力燃料等；作为一种化工原料，可以用来生产甲醇、甲醛、乙酸、甲基氧化物、甲胺、尿素、炭黑一系列重要化工产品。因此，开发和利用煤层瓦斯，可化害为利，变废为宝。目前，湖南煤层气抽采出来的煤层气主要是用来发电。从湖南煤层气利用的发展趋势看，今后也将如此。因为用于坑口发电较为简便灵活，应该成为一种可取的方向。

煤层气资源开发利用前景预测

据以上计算，全省煤层气资源储量为886.66×108m3。综合技术和经济的考虑，可以确定以高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井（煤层）煤层气资源储量作为可开发利用资源量，即733.76×108m3。以抽采率30%～40%计算，可采天然气资源储量约200×108m3～300×108m3。目前资源储量计算深度为1500m以浅，随着煤田地质勘探范围和深度（-1500m以下）的增大，煤炭资源储量和煤层气资源储量均有可能增加。