井工煤矿全生命周期甲烷捕集核算及减排路径

原白云,岳宗耀,高保彬,李兵兵,贾天让

1.河南理工大学工商管理学院能源经济研究中心,河南焦作 454000;2.河南理工大学安全科学与工程学院,河南焦作 454000

全球化石能源消费带来温室气体排放增长,由此引发温室效应等环境问题。在百年尺度上,甲烷(CH4)的增温潜势是CO2的20 余倍[1]。《中美格拉斯哥联合宣言》中提出,甲烷减排是减少温室气体排放的重点。根据国家能源局公布的最新数据,2022年我国煤炭消费量占能源消费总量的56%[2],而井工煤矿煤炭开采等活动导致的CH4排放量,占全国CH4排放总量的38%[3],是最大的CH4排放源。因此,制定CH4减排措施,有必要系统地对井工煤矿CH4排放展开研究。

当前核算CH4排放的方法主要分为环境甲烷浓度测量值(自上而下)法和单个来源的排放估计数(自下而上)法[4]。国外学者核算煤矿CH4排放量的方法主要有三种:第一种是气体排放程度(DGE)方法,对地下煤矿的CH4排放量进行测算[5]。第二种是统计方法,使用地质数据集、测量的轴瓦斯排放和采空区气体通气孔(GGV)生产值,以具体的数值测算煤矿CH4气体排放量[6]。第三种是模型分析方法,通过地质分析和建模以及瓦斯控制系统的数值,对煤层的CH4含量进行测算[7]。三种方法主要针对煤矿开采过程中的CH4排放进行核算。

国内一些学者对煤炭开采过程中温室气体排放也进行了相关研究,取得了一系列研究成果。曹原广等[8]基于生命周期法和井工煤矿工作流程,构建了井工煤矿全生命周期的碳排放核算模型。GAO 等[9]基于《国家温室气体清单指南IPCC—2019》(以下简称《IPCC—2019 指南》)梳理了中国煤炭开采产生的CH4排放量。CHEN 等[10]根据煤矿废弃前的产能估算了1980 年至2020 年废弃煤矿的CH4排放量。马翠梅等[11]针对煤矿不同排放源CH4逃逸开展研究,提出了煤炭CH4逃逸排放计算方法。国内学者的研究主要针对煤矿开采和废弃煤矿中CH4的排放量核算。

目前的研究尚未将《IPCC—2019 指南》中最新增补的内容考虑在内,对甲烷捕集的核算方法有待改进。在《IPCC—2019 指南》中,核算范围最新增补了煤炭地质勘探环节的温室气体排放[12],煤炭生产过程中逃逸排放源及排放因子也得到补充。基于此,本文以CH4近零排放为目标,探索井工煤矿全生命周期内各阶段CH4捕集核算方法,构建井工煤矿全生命周期CH4捕集核算模型,进而提出相应的减排路径及方案,为井工煤矿CH4精准减排提供参考。

1 井工煤矿全生命周期CH4 捕集核算模型构建

以井工煤矿的实际工作流程为依据,对井工煤矿全生命周期CH4捕集进行研究。依据生命周期理论,将井工煤矿全生命周期划分为4 个阶段:地质勘探阶段、煤炭开采阶段、矿后活动阶段及煤矿废弃阶段。井工煤矿全生命周期CH4捕集核算模型的边界如图1 所示。

图1 井工煤矿全生命周期CH4 捕集核算边界示意图Fig.1 Boundary of CH4 capture accounting for the whole life cycle of underground coal mines

通过收集分析相关资料,依据《IPCC—2019 指南》和国家标准《温室气体排放核算与报告要求第11 部分:煤炭生产企业:GB/T 32151.11—2018》(以下简称《GB/T 32151.11—2018》),构建了井工煤矿全生命周期CH4捕集核算模型。井工煤矿全生命周期CH4捕集计算方法见式(1)。

式中,E(CH4)为煤矿CH4总排放量,t;Ee、Em、Eaf、Eab分别为地质勘探、煤炭开采、矿后活动、废弃煤矿阶段造成的CH4排放量,t。

1.1 地质勘探阶段CH4 排放量

地质勘探阶段CH4排放量(Ee)计算方法见式(2)。

式中,A为勘探活动的钻孔数量;EF为勘探钻孔的CH4排放因子。

考虑不同的井工煤矿在煤炭勘探阶段的钻孔数量可能存在数据不可获得的问题,以及煤炭勘探钻孔的CH4排放因子的不同,本文提供2 种勘探阶段CH4排放量的核算方法。

1.1.1 区域估值法

将特定钻井的排放量视为该勘探区域的排放因子,与该勘探区域的钻孔数相乘得到该区域地质勘探阶段CH4的排放量。以此方法把每个区域的排放量相加,可以估算出该煤矿勘探阶段的CH4排放量。其计算方法见式(3)。

式中,n为该煤矿地质勘探的区域单元数量;Asi为第i个地质勘探区域的钻孔数量;EFsi为第i个地质勘探区域的CH4排放因子,m3/钻孔;CF为转换因子,即CH4的密度。

1.1.2 平均估值法

对于未在任何勘探区域钻井中测量CH4排放量的煤矿,可采用平均估值法进行核算。采用该方法核算时,首先将勘探煤层分为3 个深度范围(0 ～600 m;600 ～1 200 m;1 200 m 以下),参考《IPCC—2019 指南》 设置相应的CH4排放因子[11],同时根据煤矿在相应深度范围内新勘探增加的煤炭资源储备量数据,可以得到井工煤矿地质勘探阶段CH4排放量。其计算方法见式(4)。

式中,Ai为一定时期内第i个煤层深度范围下的储煤增加量;EFi为第i个煤层深度范围下CH4排放因子,m3/t。

若在勘探周期内煤炭资源量发生减少,该勘探阶段的CH4排放应被视为零排放,而不是负排放。

1.2 煤炭开采阶段CH4 排放量

煤炭开采阶段CH4排放量(Em)计算方法见式(5)。

式中,Esm为抽采系统的CH4排放量,t;Eum为通风系统的CH4排放量,t;Efl为火炬燃烧造成的CH4销毁量,t;Eru为回收的CH4利用量,t。

1.2.1 抽采系统CH4排放量

针对井工煤矿抽采系统产生的CH4排放量(Esm)的核算,本文提供3 种方法。

(1) 依据《煤矿瓦斯抽采基本指标》对抽采系统CH4排放量进行核算[13]。其计算方法见式(6)。

式中,n为预抽块段数;K为邻近层和围岩CH4储量系数;L1i为第i个工作面长度,m;L2i为第i个工作面走向长度,m;M为煤层平均厚度,m;γ为煤的视密度,t/m3;X为煤层CH4含量,m3/t;η为CH4预抽率;t为预抽时间,a。

(2) 将煤层CH4含量降到8 m3/t,作为考察临界值对CH4排放量进行核算。其计算方法见式(7)。

式中,p为煤层残余相对CH4压力,MPa;a为CH4吸附常数,煤的极限吸附量,m3/t;b为CH4吸附常数,MPa-1;φ为煤的孔隙率;Ad为煤的灰分质量分数;Mad为煤的水分质量分数;γ为煤的容重,t/m3。

(3) 对于高产高效矿井,根据地质条件、生产计划等将井下预抽区域分块段进行CH4排放量的计算。当一个矿井、采区或工作面的通风所能允许的CH4涌出量小于绝对CH4涌出量时,需要进行CH4抽采,即满足式(8)条件。

式中,q为矿井(采区或工作面)的CH4涌出量,m3/min;qf为通风所能承担的最大CH4涌出量,m3/min;v为《煤矿安全规程》规定的工作面最高风速;S为通风巷道(或工作面)断面积,m2;C为《煤矿安全规程》允许的风流中的CH4浓度;K为CH4涌出不均衡系数。

矿井各块段抽采率(P)与抽采时间(t)呈正相关关系,抽采率随抽采时间的增加而升高,且各块段变化趋势曲线间距非常接近。因此,可以假设函数形式如式(9)。

结合式(9),可推得矿井CH4抽采量计算方法,见式(10)。

式中,λ为抽采率随抽采时间变化的系数;n为抽采块段的数量;Pi为块段i的年CH4抽采率;qi为块段i的煤层CH4储量,m3;ti为块段i的年CH4抽采时间,月;Wi为块段i的煤层原始CH4含量,m3/t;mi为块段i的煤炭储量,t;Q0i为块段i极限最大风量,m3/min;Ci为块段i巷道内CH4平均体积分数。

块段极限最大风量(Q0)计算方法见式(11)。

式中,L为最小控顶距,m;H为设计平均采高,m;Φ为有效断面系数;v为采煤工作面允许的最高风速,m/s。

1.2.2 通风造成的CH4排放量

通风造成的CH4排放量(Eum)计算方法见式(12)。

式中,m为月份;qCH4-W为测定当月平均每分钟的CH4风排量,在0 ℃、一个标准大气压下的标准流量,Nm3/min;d为矿井当月的实际工作日数,d。

当月平均每分钟的CH4风排量qCH4-W计算方法见式(13)。

式中,N为每月测定次数;n为测定序号;QR为第n班回风巷风流中的风流量,Nm3/min;CR-CH4为第n班回风巷风流中的CH4体积分数。

1.2.3 火炬燃烧CH4销毁量

火炬燃烧CH4销毁量(Efl)计算方法见式(14)。

式中,Qf为煤层气(煤矿瓦斯)的火炬燃烧量(混量),Nm3;VCH4为煤层气(煤矿瓦斯)中CH4的体积浓度;OFf为火炬燃烧的碳氧化率。

1.2.4 CH4回收利用量

CH4回收利用量(Eru)计算方法见式(15)。

式中,Qu为企业回收利用的瓦斯气体量(混量),Nm3;VCH4为企业回收利用的瓦斯气体中CH4的体积分数。

1.3 矿后活动阶段CH4 排放量

矿后活动阶段CH4排放量(Eaf)计算方法见式(16)。

式中,i为煤炭生产企业井工煤矿的CH4等级;ADi为CH4等级为i的所有矿井全年原煤产量之和,t/a;EFi为CH4等级为i的矿井矿后活动CH4排放因子。

1.4 废弃矿井阶段CH4 排放量

废弃矿井阶段CH4排放量(Eab)计算方法见式(17)。

式中,T为井工煤矿预期废弃的总年数;Eabi为井工煤矿第i个废弃年预计的CH4排放量,t/a;Earui为井工煤矿第i个废弃年CH4的回收和利用量,t/a;Eabz为井工煤矿废弃阶段CH4资源总储量,t;EFabi为井工煤矿第i个废弃年CH4的排放因子,a-1;i为矿井当前的废弃年数;a和b是常量,决定下降曲线。

综上,井工煤矿全生命周期CH4捕集核算模型如图2 所示。

图2 井工煤矿全生命周期CH4 捕集核算模型Fig.2 Accounting model of CH4 capture in the whole life cycle of underground coal mine

实际应用过程中,核算模型在式(1)至式(18)中的排放系数可采用实测数据,或参考《IPCC—2019 指南》和《GB/T 32151.11—2018》中的缺省值确定。

2 井工煤矿CH4 减排路径分析

2.1 排放足迹分析

对井工煤矿全生命周期各阶段的CH4排放足迹进行分析,分析不同阶段井工煤矿CH4排放占比,有助于明确CH4减排重点,为寻找CH4减排路径和实施减排措施提供指导。

《IPCC—2019 指南》中明确指出,井工煤炭开采及矿后活动2 个阶段CH4排放量较大,对CH4排放趋势的影响较大,因此被列为中国温室气体清单的关键类别[14]。在井工煤矿全生命周期中,煤炭开采阶段CH4排放量占据主导地位,占总量的50%～70%[11];其次是矿后活动阶段和废弃阶段,分别占据总量的10%～25%[11]和5%～20%[15];勘探阶段的甲烷排放相对较低,占总量的1% 左右[16]。井工煤矿全生命周期各阶段CH4足迹分布规律如图3 所示。

图3 井工煤矿全生命周期各阶段CH4 足迹分布Fig.3 Distribution of CH4 footprint in each stage of underground coal mine life cycle

在实际应用中,不同井工煤矿具体占比数据会受到煤矿的地质条件、开采方式、安全管理等因素的影响,因此需要根据具体的煤矿情况进行分析。

2.2 减排路径

在井工煤矿全生命周期中,CH4的主要排放方式是通过自然逸散或抽排通风进入大气中,CH4排放的主要来源包括:地质勘探过程中钻探钻孔造成的逃逸排放;煤炭开采时通风系统和抽采系统产生的CH4排放;煤炭加工处理、运输等环节煤中残余CH4逃逸排放;废弃矿井遗煤层中CH4逃逸排放。

井工煤矿CH4减排路径(图4)应包括井工煤矿全生命周期各个阶段,涵盖CH4气体流量与浓度精准监测、煤矿CH4高效精准抽采、全浓度CH4综合利用等关键技术。

图4 井工煤矿全生命周期CH4 减排路径Fig.4 CH4emission reduction method in the whole life cycle of underground coal mine

2.2.1 CH4排放监测

CH4气体排放监测作为煤矿CH4高效抽采利用的基础,将直接影响煤矿甲烷减排方案实施的效果。《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》中明确指出,矿井CH4抽放泵站的相应位置应设置流量传感器等相关设备,对抽采的CH4流量、浓度等参数进行监测。《污染源自动监控管理办法》中规定,CH4抽放系统应安装监控设备并将实时监测数据同步至环保部门的监控中心。

现行规定和办法中针对煤炭开采阶段的CH4排放监测技术,主要包括催化燃烧法、光干涉法、热导法、红外吸收光谱法等[17]。

(1) 催化燃烧法:通过测量CH4在气室内燃烧温度的变化,将热量变化转化为电信号,根据电信号输出值判断CH4浓度。

(2) 光干涉法:对比CH4气体与空气折射率的差异来判断CH4的浓度。如果监测区域其他气体(CO2、N2等)含量过高,会导致监测结果误差较大。

(3) 热导法:以气体的导热系数为判断依据,测定空气中CH4的体积分数。只有当CH4体积分数较大时,热导法才适用。

(4) 红外吸收光谱法:包括非分散红外光谱(NDIR)和可调谐半导体激光吸收光谱(TDLAS)两种。NDIR 主要利用CH4在中红外区产生的红外吸收光谱进行浓度监测;TDLAS 主要利用CH4在近红外区产生的红外吸收光谱,通过驱动系统改变激光的工作温度和电流来调谐波长,可以对不同浓度范围进行监测。

CH4排放监测技术对比如图5 所示。催化燃烧法、光干涉法、热导法主要用于煤矿开采阶段井下CH4浓度监测,催化燃烧法适用于监测低浓度CH4,热导法适用于高浓度CH4监测,而光干涉法的监测范围处于两者之间。红外吸收光谱法与前三种方法相比,具有更宽的监测范围、更小的误差、更高的稳定性、更广的适用范围,可以应用于地质勘探、矿后活动、废弃矿井阶段CH4气体浓度监测。

图5 CH4 监测技术对比Fig.5 Comparison of CH4 monitoring technologies

2.2.2 CH4高效精准抽采

CH4高效精准抽采是实现煤矿CH4综合利用的前提,涉及的技术环节包括CH4含量精准测定、CH4涌出量精准预测、煤矿全生命周期CH4抽采、CH4抽采过程精准调控等。

(1) CH4含量精准测定。CH4气体含量精准测定是CH4高效抽采的基础。在井工煤矿实施钻探抽采之前,需利用井下定向长钻孔等设备对目标区域CH4含量进行探测,钻探过程中需最大限度保证采样的原始状态及探测结果的准确性。基于此,有学者开发了“五保”(保压、保温、保质、保光、保湿)取芯技术[18],对煤矿CH4含量实现高精度、高保真度测量。

(2) CH4涌出量精准预测。CH4涌出量的预测方法经过不断改进,由最初的单因素预测方法,逐步向多元测算方法发展,包括灰色理论、遗传算法、神经网络等预测方法[19]。不同学者将不同的方法相结合,提出了各种预测技术,并在实践中不断修正和改进,已形成较为成熟的CH4含量预测方法。

(3) 煤矿全生命周期CH4抽采。煤矿全生命周期CH4抽采覆盖煤矿井下“中硬煤层、碎软煤层、顶板岩层”全区域[20],包括煤层气开发、开采层CH4抽采、邻近层CH4抽采、采空区CH4抽采、围岩CH4抽采、综合抽采等多种形式。在CH4含量精准测定、涌出量精准预测的基础上,借助旋转地质导向定向钻进、碎软煤层双动力头双管定向钻进、井下大直径高位长钻孔定向钻进等技术[21],对煤矿勘探阶段、开采阶段、矿后活动阶段、废弃矿井阶段进行连续抽采,实现煤矿全生命周期各阶段CH4应抽尽抽(图6)。

图6 煤矿全生命周期CH4 抽采示意图Fig.6 CH4 drainage in the whole life cycle of coal mine

煤层气开发作为CH4减排的核心环节之一,有助于煤矿实现甲烷资源的利用最大化和排放最小化。在煤矿未开发地区,利用直井或水平井对自然状态下的煤层气进行开采,可以实现对煤层中嵌存的CH4资源进行有效释放和利用。多分支水平井在我国的应用较为广泛,其特点是可增加有效供给范围,单井抽采效率高,对煤层及周边自然环境的危害较小。将煤层气开发与CH4高效抽采紧密结合,煤矿可以在减少排放的同时,获取稳定的能源供应。

针对采空区CH4抽采,需考虑采空区的煤层数。对于单层煤或层间距较小的双层煤,可采用抽放井、穿层抽采等技术进行抽采;当煤层较多时,可采用回采巷道抽采、低压差抽采等技术对采空区进行抽采[22]。考虑矿井采空区的结构和地质条件的差异,从采空区的CH4含量测定到抽采过程的精准调控,需要结合采空区的特点优化抽采流程。

(4) CH4抽采过程精准调控。CH4抽采过程精准调控包括CH4抽采增透技术和流量调控技术。依托CH4含量精准测定,形成由点到面的综合增透体系;综合CH4各监测点实时数据,保证CH4抽采系统安全、高效工作,为CH4高效抽采提供支撑。

2.2.3 CH4全浓度利用技术

CH4全浓度利用技术是实现煤矿甲烷减排的关键点,直接影响减排目标的实施效果。目前我国煤矿CH4利用技术已取得积极进展,主要利用途径包括发电、工业燃料等方面。CH4内燃机发电、低浓度CH4蓄热氧化、低浓度CH4直接燃烧等利用技术应用较为广泛,在河南、山西、安徽等地均有推广应用[23-25]。CH4利用应包括全浓度分级利用,不同浓度范围的CH4利用方式也有所不同(图7)。

图7 煤矿CH4 全浓度分级利用示意图Fig.7 Full-concentration graded utilization of coal mine gas

图8 煤矿企业CH4 减排方案示意图Fig.8 CH4 emission reduction schemes for coal mining enterprises

体积分数在1% ～5% 之间的CH4多用于发电、热能利用、混合燃料等方面。当前CH4发电技术大致分为内燃机组、燃气轮机组、蒸汽轮机组三类[26],内燃机发电相比其他两者效率更高、应用更为广泛。燃气发电机或燃气涡轮机将甲烷燃烧产生动力,转化为电能供应矿山和周边地区。除发电以外,此体积分数范围内的CH4也可以被用于产生热能,如供热、蒸汽生产等,满足工业和民用领域的热能需求。将CH4与其他燃料混合,如天然气,可以用于内燃机发动机,如汽车、发电机等,提供动力。

体积分数在5% ～30% 之间的CH4可用于天然气供应、化学品制造、燃料电池等。在CH4体积分数适中的情况下,可以通过净化处理将甲烷注入天然气管道,供应市场或社区的天然气供应。通过催化和化学反应,将CH4转化为化学品,如甲醇、合成气等,也可用于工业化学制品的生产。利用CH4进行固体氧化物燃料电池[27],将甲烷氧化产生电能,可以实现高效清洁能源转化。

体积分数高于30%的CH4气体,目前主要用于燃气发电、工业用途、合成气制备等方面[28]。用于燃气发电,如燃气轮机或燃气内燃机,将甲烷的燃烧热能转化为电能;用于高温工业,如冶金、玻璃、陶瓷等领域;CH4的燃烧能够提供所需的高温能源,用于原料加热、反应驱动等;通过压缩或液化的方式可以将高浓度CH4进行储存,作为能源的后备;压缩甲烷(CNG)和液化甲烷(LNG)可以在需要能源的时候释放出来供应电力或其他能源需求。

3 井工煤矿CH4 减排路径实施方案

在煤矿企业实施具体CH4减排方案时,需要将技术与企业管理相结合,以确保方案的有效实施。煤矿企业CH4减排方案(图7)主要内容包括:

(1) 制定明确的甲烷减排策略和计划。根据企业的规模、生产工艺和地理条件,企业管理者应制定长期和短期的减排目标,明确实施路径和时间表。根据煤矿生命周期的不同阶段,制定详细的减排计划,确保地质勘探、煤炭开采、加工处理、运输等环节均覆盖在减排计划内。

(2) 建立全方位的CH4排放监测体系。将井工煤矿生命周期各阶段的CH4排放纳入监测范围,通过安装流量传感器、监控设备等,实时监测煤矿CH4流量、浓度等参数。在不同阶段,应采用催化燃烧法、光干涉法、热导法和红外吸收光谱法等多种监测方法,确保煤矿井下CH4含量的精准测定。

(3) 建立完善的CH4排放数据库。将CH4监测技术、CH4排放数据库与核算模型相结合,实现井工煤矿全生命周期CH4排放的科学监测与精确核算,为CH4减排奠定基础。

(4) 采用现代化的CH4高效抽采技术。利用CH4含量精准测定和涌出量预测,采用先进的地质导向定向钻进技术,可提高抽采效率,减少甲烷泄漏。结合碎软煤层双动力头双管定向钻进、井下大直径高位长钻孔等技术,对不同阶段的瓦斯进行连续抽采,最大限度地减少排放。依托精准测定和预测,采用增透技术和流量调控技术,实现CH4抽采过程的精准调控和最优化。

(5) 根据甲烷浓度的不同范围,制定全浓度甲烷利用策略。对体积分数大于30% 的CH4,推广燃气发电技术,将甲烷转化为清洁能源;对体积分数5%～30% 的CH4,可以考虑注入天然气管道供应,或用于化学品制造;对体积分数低于5% 的CH4,经过催化氧化、蓄热氧化等装置燃烧后再利用。引入先进的内燃机组、燃气轮机组等CH4发电技术,将甲烷的能量转化为电能或热能,供应矿山和周边地区。

(6) 加强技术创新与人才培养。与科研机构、技术公司合作,持续推进甲烷减排技术的创新与应用。技术创新与人才培养需要一定的资金投入,提升企业整体对甲烷减排技术的理解和应用能力。管理者应合理规划资源投入,积极与政府、科研机构等建立合作关系,获取技术支持和资金支持。以CH4发电技术为例,当前甲烷发电项目基本以BOT( Build-Operate-Transfer ) 和 BOO ( Build-Own-Operate)模式建设。例如,河南能源义煤集团与河南青天新能源公司达成BOT 合作模式建设瓦斯发电项目;川煤集团威鑫煤业公司和华荣能源公司以BOO 合作模式建设瓦斯发电项目。在煤矿CH4减排实践中,煤矿企业应结合自身实际条件选择不同的合作模式,推动煤矿甲烷资源的最大化利用。

(7) 定期进行评估与审核。应持续监控甲烷排放情况,并根据监测数据进行及时的调整和改进,以确保减排方案的有效性和持续性。

(8) 根据技术进步和市场变化,不断完善方案。对减排方案也需要进行经济评估,评估投资回报周期和减排效果。结合企业实际情况,制定可行的投资计划,确保甲烷减排措施的经济可行性。

4 结论与展望

(1) 基于全生命周期视角,构建了井工煤矿全生命周期CH4捕集核算模型。根据井工煤矿工作流程,其全生命周期大致可分为煤炭勘探阶段、煤炭开采阶段、矿后活动阶段、煤矿废弃阶段,结合《IPCC—2019 指南》以及《GB/T 32151.11—2018》国家标准设计了井工煤矿全生命周期CH4捕集核算方法。

(2) 分析了井工煤矿全生命周期各阶段的CH4排放足迹,明确CH4减排途径,提出了减排方案。煤炭开采阶段CH4排放是目前甲烷减排的重点环节,煤矿矿后活动以及废弃阶段的甲烷排放量也不能忽视。井工煤矿应加大CH4排放监测力度,实现煤矿全生命周期甲烷排放精准核算,促进CH4高效抽采,推进全浓度CH4分级利用技术,提高CH4综合利用水平。CH4减排具体实施方案也需要根据不同企业的实际情况进行调整和定制,以确保其有效性和可行性。

(3) 目前,我国煤矿CH4气体抽采的体积分数基本在30% 以下,主要集中于煤矿开采前预抽以及开采过程中抽排,并且对低浓度CH4的利用率不足30% ,现有CH4利用技术存在经济性差、稳定性差等诸多缺陷。因此,为有效控制温室气体排放,实现我国甲烷减排目标,亟需进一步突破高浓度CH4气体安全高效抽采技术、低浓度CH4富集与提浓技术、全浓度CH4高效率发电技术等关键理论与技术难题。