馮立杰 翟雪琪 王金鳳 李朝輝 郭一格 .鄭州大學(xué)管理工程研究所 .河南省煤層氣開發(fā)利用有限公司

采煤采氣一體化開發(fā)模式的價(jià)值分析

馮立杰1,2翟雪琪1王金鳳1李朝輝1郭一格21.鄭州大學(xué)管理工程研究所 2.河南省煤層氣開發(fā)利用有限公司

目前,有關(guān)采煤采氣一體化開發(fā)模式的效益研究仍多處于定性分析階段,缺乏對(duì)綜合價(jià)值的定量化分析。為此,在引入價(jià)值分析觀點(diǎn)的基礎(chǔ)上,采用數(shù)量經(jīng)濟(jì)方法探討了采煤采氣一體化開發(fā)模式的綜合價(jià)值。首先從時(shí)間、空間和功能上分析了采煤采氣一體化開發(fā)模式的內(nèi)涵,指出了采煤與采氣應(yīng)該統(tǒng)籌安排、協(xié)調(diào)開發(fā)。然后從減少瓦斯事故頻次、提高采煤速度、解決能源緊缺問題以及二氧化碳減排等方面分別計(jì)算了采煤采氣一體化開發(fā)模式的安全價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值、能源價(jià)值及環(huán)境價(jià)值,并建立了綜合價(jià)值評(píng)估模型。最后結(jié)合案例分析驗(yàn)證了該模型的適用性。結(jié)果表明:采煤采氣一體化模式具有巨大的綜合價(jià)值,有利于開發(fā)潔凈能源,提高經(jīng)濟(jì)效益,保障煤礦安全生產(chǎn),改善大氣環(huán)境。該項(xiàng)研究為全面和科學(xué)地認(rèn)識(shí)采煤采氣一體化開發(fā)模式提供了新的思路。

煤層氣 采煤采氣一體化 開發(fā)模式 價(jià)值分析

煤層氣開發(fā)與煤炭開采有著緊密的聯(lián)系,只有將采煤與采氣有機(jī)結(jié)合,實(shí)施采煤采氣一體化,才能實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展,否則會(huì)浪費(fèi)資源并且威脅煤礦安全。目前,煤礦瓦斯的抽采只求達(dá)到減輕礦井瓦斯的濃度,導(dǎo)致許多煤礦抽采出的瓦斯直接排放到大氣而未被利用,而煤層氣開發(fā)項(xiàng)目多數(shù)只注重企業(yè)的獲利情況,沒有真正考慮未來煤礦開采的安全問題,勢(shì)必造成安全管理“顧此失彼”的局面,給本質(zhì)安全型礦井建設(shè)帶來極大困難[1]。因此,如何實(shí)現(xiàn)煤層氣開發(fā)與煤礦開采的協(xié)調(diào)發(fā)展成為煤層氣開發(fā)企業(yè)、煤炭企業(yè)以及政府等亟須解決的問題。

隨著煤層氣產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展,國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)煤層氣開發(fā)利用做了大量的研究,張遂安提出了煤層氣資源開發(fā)模式分類方案,指出采煤采氣一體化不僅是“安全—資源—環(huán)境”商業(yè)理念的全面體現(xiàn),而且更是一種值得倡導(dǎo)的資源綜合開發(fā)的新模式[2]。高遠(yuǎn)文等指出目前我國(guó)煤層氣的開發(fā)方式主要有原始儲(chǔ)層煤層氣的開發(fā)和煤礦區(qū)煤層氣的開發(fā)兩種[3]。王連剛等重點(diǎn)探討了煤層氣開發(fā)模式以及開發(fā)技術(shù)[4]。徐祖成等針對(duì)煤層氣與煤炭?jī)煞N資源礦權(quán)重疊的問題,提出了一種采氣采煤協(xié)調(diào)發(fā)展的綜合開發(fā)模式[5]。但是,目前關(guān)于采煤采氣一體化模式價(jià)值探討的研究還比較少?；诖?本文從價(jià)值角度考慮,分析了采煤采氣一體化模式內(nèi)涵,從安全價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值、能源價(jià)值及環(huán)境價(jià)值等4個(gè)方面探討了采煤采氣一體化模式的綜合價(jià)值,并結(jié)合具體案例進(jìn)行了分析。

1 采煤采氣一體化開發(fā)模式內(nèi)涵

采煤采氣一體化開發(fā)模式是指采煤與采氣統(tǒng)籌安排、協(xié)調(diào)開發(fā)、互為支撐的一種綠色生產(chǎn)模式,即設(shè)計(jì)實(shí)施采氣工程時(shí),考慮采煤工程的需求,而設(shè)計(jì)實(shí)施采煤工程時(shí),又兼顧采氣工程的需求。其內(nèi)涵可從時(shí)間、空間及功能3方面體現(xiàn)[6],具體如圖1所示。

1.1 在時(shí)間上實(shí)現(xiàn)煤、氣綜合開發(fā)

保持煤層氣抽采、礦井建設(shè)和煤炭開采的協(xié)調(diào),編制煤炭和煤層氣綜合開發(fā)規(guī)劃,形成地質(zhì)勘探、地面預(yù)抽、礦井建設(shè)、煤炭開采、采中抽采、采后抽采的煤、氣綜合開發(fā)模式。

1.2 在空間上實(shí)現(xiàn)立體抽采格局

綜合考慮安全管理、采掘布局、煤炭資源節(jié)約、煤層氣資源開發(fā)利用等諸多因素,保證地面煤層氣抽采井位的布置與礦井開拓與采掘布置銜接相適應(yīng),實(shí)現(xiàn)煤炭開采與煤層氣開發(fā)的有機(jī)結(jié)合,形成“采前地面預(yù)抽、井下先抽后采、邊抽邊采”的立體抽采格局。

圖1 采煤采氣一體化模式圖

1.3 在功能上實(shí)現(xiàn)鉆井、掘進(jìn)工程統(tǒng)籌安排

利用煤層氣鉆井的地質(zhì)勘探、采前抽、采動(dòng)抽、采后抽以及制冷通道等多功能性用途,體現(xiàn)“一孔多用”的綜合價(jià)值,逐步形成煤層氣開發(fā)與礦井建設(shè)、生產(chǎn)組織、安全管理相互協(xié)調(diào),安全效益、經(jīng)濟(jì)效益、能源效益和環(huán)境效益同步提高的和諧局面。

2 采煤采氣一體化模式價(jià)值分析

實(shí)施采煤采氣一體化模式,開發(fā)利用煤層氣具有巨大的安全價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值、能源價(jià)值和環(huán)境價(jià)值,具體表現(xiàn)為:①煤層氣的開發(fā)可以改善煤礦安全生產(chǎn),提高安全價(jià)值;②煤層氣的開發(fā)降低了井下瓦斯?jié)舛?有利于提高井下采煤速度和掘進(jìn)速度,并且改善井下作業(yè)的通風(fēng)環(huán)境,從而提高煤炭生產(chǎn)效率;③煤層氣是一種新型、潔凈能源,利用抽采的煤層氣除了可以進(jìn)行瓦斯發(fā)電,節(jié)省供電費(fèi)用,還可以代替天然氣資源,用于作為居民燃?xì)?、鍋爐和工業(yè)燃料等,解決我國(guó)能源緊缺問題;④開發(fā)利用煤礦瓦斯可以有效減少溫室氣體排放,改善大氣環(huán)境質(zhì)量。因此,采煤采氣一體化模式的綜合價(jià)值可從以下4個(gè)方面進(jìn)行分析。

2.1 安全價(jià)值

煤層氣開發(fā)與煤炭開采有機(jī)結(jié)合,形成“以抽保采、以采促抽、以抽保用、以用促抽”的良性循環(huán),可以改造煤礦安全生產(chǎn),提高煤礦企業(yè)的安全效益。煤礦瓦斯事故是煤礦安全生產(chǎn)的重大威脅之一,我國(guó)國(guó)有煤礦高瓦斯和瓦斯突出礦井占總礦井的46%,瓦斯事故頻繁。每年因瓦斯災(zāi)害造成的死亡人數(shù)達(dá)2 000人以上,僅根據(jù)最近15 a的統(tǒng)計(jì),因瓦斯事故而死亡的人數(shù)占煤炭行業(yè)工傷事故死亡人數(shù)的30%～40%,占重大事故的70%～80%,直接經(jīng)濟(jì)損失超過500億元。瓦斯事故造成的人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失,在社會(huì)上形成很大負(fù)面影響[7]。實(shí)施采煤采氣一體化的模式,采煤之前先抽采煤層氣,有利于從根本上防止煤礦瓦斯事故,改善煤礦的安全生產(chǎn)條件,從而提高煤礦企業(yè)的效益。

采煤采氣一體化模式的安全價(jià)值體現(xiàn)為瓦斯事故發(fā)生次數(shù)的減少,因此安全價(jià)值可以表示為瓦斯事故發(fā)生次數(shù)的減少而節(jié)約的成本。瓦斯事故造成的損失由直接經(jīng)濟(jì)損失和間接經(jīng)濟(jì)損失兩部分組成。直接經(jīng)濟(jì)損失包括事故所造成的人員生命價(jià)值的損失和生產(chǎn)設(shè)施破壞損失;間接經(jīng)濟(jì)損失包括因事故導(dǎo)致的產(chǎn)值減少、資源的破壞和受事故影響而造成的其他損失等。因此,安全價(jià)值計(jì)算公式可以表示為:

式中VF為安全價(jià)值;VDF為減少的直接經(jīng)濟(jì)損失;VIDF為減少的間接經(jīng)濟(jì)損失。

據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì),在瓦斯爆炸事故中,每死亡1人造成的直接經(jīng)濟(jì)損失都在30萬元以上。根據(jù)國(guó)際勞工組織的計(jì)算方法,事故造成的間接經(jīng)濟(jì)損失往往是直接經(jīng)濟(jì)損失的4～5倍。直接經(jīng)濟(jì)損失減少額的計(jì)算公式如下:

式中VDF1為平均死亡1人造成的直接經(jīng)濟(jì)損失;VDF2為資產(chǎn)損失減少額;n為死亡人數(shù)的減少量。

間接經(jīng)濟(jì)損失減少額的計(jì)算公式:

式中λ為事故損失間直倍比系數(shù)。

2.2 經(jīng)濟(jì)價(jià)值

煤層氣的開發(fā)可以有效地降低井下瓦斯的濃度,提高煤炭開采的效率。瓦斯?jié)舛鹊慕档陀欣谔岣卟擅核俣群途蜻M(jìn)速度,改善井下作業(yè)的通風(fēng)環(huán)境,從而提高煤炭生產(chǎn)效率。此外,采煤采氣一體化對(duì)煤炭資源和煤層氣資源進(jìn)行綜合勘探,降低了勘探成本。可見,采煤采氣一體化模式的經(jīng)濟(jì)價(jià)值主要包括生產(chǎn)效益的提高和生產(chǎn)成本的降低這兩方面。經(jīng)濟(jì)價(jià)值的計(jì)算公式可表示為:

式中VE為經(jīng)濟(jì)價(jià)值;VE1為生產(chǎn)效益增加值;VE2為生產(chǎn)成本節(jié)約值。

生產(chǎn)效益增加值的計(jì)算公式為:

式中v1為抽采后的平均采煤速度,t/d;v0為抽采前的平均采煤速度,t/d;N為平均每年的工作天數(shù);P為每噸煤炭的市場(chǎng)價(jià)格。

由于生產(chǎn)成本的降低表現(xiàn)在通風(fēng)成本、鉆井和掘進(jìn)成本的節(jié)約,故其計(jì)算公式為:

式中Vk為節(jié)約的鉆井和掘進(jìn)成本;Vt為節(jié)約的通風(fēng)成本。

2.3 能源價(jià)值

對(duì)抽采的煤層氣進(jìn)行開發(fā)利用,充分發(fā)揮其作為一種新型、潔凈能源的作用,主要體現(xiàn)在:利用煤層氣發(fā)電,可以緩解地區(qū)用電緊張,減少煤礦遠(yuǎn)距離架線供電的投資;利用煤層氣作為居民燃?xì)?、鍋爐和工業(yè)燃料,不僅緩解我國(guó)天然氣資源緊缺的問題,還有利于改善大氣環(huán)境。因此,采煤采氣一體化的能源價(jià)值可由煤層氣發(fā)電效益和煤層氣燃料效益兩部分組成,其計(jì)算公式為:

式中VN為能源價(jià)值;VN1為瓦斯發(fā)電效益;VN2為瓦斯燃料效益。

煤層氣發(fā)電效益相當(dāng)于節(jié)省的供電成本,其計(jì)算公式為:

式中QN1為煤層氣發(fā)電的總量;CNS為每度電(kWh)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)收費(fèi);CNG為每度電的發(fā)電成本。

煤層氣燃料效益的計(jì)算公式為:

式中QN2為煤層氣燃料的總量;PN為每立方米煤層氣的市場(chǎng)價(jià)格。

2.4 環(huán)境價(jià)值

開發(fā)利用煤層氣可以有效減排溫室氣體,改善大氣環(huán)境。我國(guó)是煤炭生產(chǎn)大國(guó),在進(jìn)行煤炭資源開采的過程中,大量瓦斯被排放到大氣中。因此,實(shí)施采煤采氣一體化模式,開發(fā)并合理地利用煤層氣,不僅可以避免采煤造成的煤層氣這種不可再生資源的浪費(fèi),還能減少溫室氣體排放。采煤采氣一體化模式的環(huán)境價(jià)值可理解為減排二氧化碳帶來的價(jià)值,計(jì)算公式如下:

式中VH為環(huán)境價(jià)值;QC為減排的二氧化碳總量;P C為每噸二氧化碳的價(jià)格。

綜上可知,假定采煤采氣一體化開發(fā)模式的價(jià)值為V,則其評(píng)估模型可表示為:

3 案例分析

3.1 案例背景

某礦業(yè)集團(tuán)下屬的某煤礦屬于高濃度瓦斯礦井,瓦斯?jié)舛燃s為30%。為保證煤礦開采的安全,企業(yè)決定對(duì)該礦井實(shí)施采煤采氣一體化開發(fā)模式。通過采煤、采氣的協(xié)調(diào)發(fā)展,該礦井節(jié)省了通風(fēng)成本、鉆井和掘進(jìn)成本共約800萬元,而且每年從井下抽上來3 000 ×104m3瓦斯有80%得到了合理的利用,其中90%用于發(fā)電,剩余10%用作燃料。由于瓦斯?jié)舛鹊慕档?該礦井平均采煤速度比以前提高了400 t/d,而且瓦斯事故逐年減少,死亡人數(shù)每年平均下降8人。

3.2 計(jì)算與分析

3.2.1 安全價(jià)值

根據(jù)瓦斯事故中每死亡一人造成的直接經(jīng)濟(jì)損失為30萬元,造成的間接經(jīng)濟(jì)損失是直接經(jīng)濟(jì)損失的4倍,則采煤采氣一體化開發(fā)模式為該礦井帶來的安全價(jià)值為:

VF=直接經(jīng)濟(jì)損失減少額+間接經(jīng)濟(jì)損失減少額= 30×8+240×4=240+960=1 200(萬元)

3.2.2 經(jīng)濟(jì)價(jià)值

該礦井職工每年工作為300 d,按照煤的市場(chǎng)價(jià)格為800元/t計(jì),則經(jīng)濟(jì)價(jià)值為:

VE=生產(chǎn)效益增加額+生產(chǎn)成本節(jié)約額=400× 300×800元+800萬元=10 400(萬元)

3.2.3 能源價(jià)值

據(jù)專家統(tǒng)計(jì),1 m3的純瓦斯氣體可發(fā)電3.18度,每度電可節(jié)省成本為0.6元左右,煤層氣市場(chǎng)價(jià)格按照1.2元/m3計(jì)算,則能源價(jià)值為:

VN=發(fā)電效益+燃料效益=2 400×90%×3.18× 0.6+2 400×10%×1.2=4 409.28(萬元)

3.2.4 環(huán)境價(jià)值

每利用1 000 m3煤層氣相當(dāng)于節(jié)省了1 t標(biāo)準(zhǔn)煤,每噸煤燃燒會(huì)產(chǎn)生約2.5 t的二氧化碳。按照二氧化碳的市場(chǎng)價(jià)格200元/t,環(huán)境價(jià)值為:

VH=減排的二氧化碳總量×二氧化碳市場(chǎng)價(jià)格= 3 000×80%/1 000×2.5×200=1 200(萬元)

該煤礦實(shí)施采煤采氣一體化開發(fā)模式的綜合價(jià)值為:

V=VF+VE+VN+VH=1 200+10 400+ 4 409.28+1 200=17 209.28(萬元)

從上述結(jié)果可知,該礦井通過實(shí)施采煤采氣一體化開發(fā)模式,給企業(yè)帶來了約1.720 928億元的綜合效益。

4 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)施采煤采氣一體化模式,不僅可以保證煤礦安全生產(chǎn),在一定程度上加快井下采煤速度和掘進(jìn)速度,提高了煤炭生產(chǎn)效率,而且煤層氣作為一種新型能源,還有利于解決我國(guó)能源緊缺問題和改善大氣環(huán)境質(zhì)量。本文結(jié)合價(jià)值分析的觀點(diǎn),在采煤采氣一體化開發(fā)模式內(nèi)涵的基礎(chǔ)上,從安全、經(jīng)濟(jì)、能源和環(huán)境等角度對(duì)其綜合價(jià)值進(jìn)行了探討,建立了價(jià)值評(píng)估模型,最后結(jié)合具體的案例分析說明了采煤采氣一體化開發(fā)模式的價(jià)值,為全面和科學(xué)地認(rèn)識(shí)采煤采氣一體化模式提供了新的思路,從而更好地促進(jìn)煤層氣開發(fā)和煤炭開采協(xié)調(diào)發(fā)展。

[1]李華峰,陳瑋胤.對(duì)我國(guó)采煤采氣一體化開發(fā)模式的思考[J].科技資訊,2009(32):96.

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Com prehensive value analysis of the development mode of integrated coal m in ing and gas extraction

Feng Lijie1,2,Zhai Xueqi1,Wang Jinfeng1,Li Zhaohui1,Guo Yige2
(1.Institute of M anagement Engineering,Zhengzhou University,Zhengzhou, Henan 450001,China; 2.Henan Provincial Coal Seam Gas Development and U tilization Co.,L td.,Zhengzhou,Henan 450016, China)

NATUR.GAS IND.VOLUM E 31,ISSUE 2,pp.110-113,2/25/2011.(ISSN 1000-0976;In Chinese)

Most related studies on the developmentmodeof integrated coalmining and gas extraction,fo r lack of quantitative evaluation on its comp rehensive values,are still at the stage of qualitative analysis.In view of this,based on the introduction of value analysis perspective,the comp rehensive valuesof this developmentmode are discussed by meansof quantitative economics.The essence of this developmentmode is first analyzed from the aspects of time,space and functions and it is p roposed that coalmining and gas extraction should be overall p lanned and cooperatively developed.Then,the comp rehensive values of this development mode w hich includes safety value,economic value,energy value and environmental value are calculated respectively by gas accident frequency, coalmining rate enhancement,energy sho rtages response,and CO2emission reduction.On basisof this,an evaluation modelof the comp rehensive values of this developmentmode is thus built and its adap tability is also verified by many actual cases.The results show that this developmentmode is of great integrated values and w ill be good for the discovery of more clean energy sources,the imp rovement of economic p rofit,the guarantee of safe p roduction at coalmines,the reduction of air pollution,p roviding a new idea fo r engineers to have full know ledge and scientific understanding of the integrated coalmining and gas extraction.

coalbed methane gas,integrated coalmining and gas extraction,developmentmode,value analysis

馮立杰,1966年生,教授級(jí)高級(jí)工程師,博士;2004年畢業(yè)于天津大學(xué)管理學(xué)院并獲博士學(xué)位;主要從事管理科學(xué)與工程、系統(tǒng)工程、煤層氣開發(fā)與決策研究等工作。地址:(450001)河南省鄭州市鄭州大學(xué)新校區(qū)管理工程學(xué)院。電話:(0371) 67781828。E-mail:ak3399@vip.sina.com

馮立杰等.采煤采氣一體化開發(fā)模式的價(jià)值分析.天然氣工業(yè),2011,31(2):110-113.

10.3787/j.issn.1000-0976.2011.02.028

2010-10-30 編輯 趙 勤)

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2011.02.028

Feng L ijie,p rofessor of senior engineer,born in 1966,graduated w ith a Ph.D degree from Tianjin University in 2004.He ismainly engaged in research of management science and engineering,system engineering,and coalbed methane development and policy-making,etc..

Add:Zhenzhou,Henan 450001,P.R.China

Tel:+86-371-6778 1828 E-mail:ak3399@vip.sina.com