張明波山西省地質(zhì)礦產(chǎn)研究院，山西太原 030001

煤層氣開發(fā)現(xiàn)狀研究

張明波
山西省地質(zhì)礦產(chǎn)研究院，山西太原 030001

在能源危機(jī)越來越嚴(yán)重的背景下，我國開始加強(qiáng)對(duì)新型能源的探索，煤層氣是一種清潔能源，具有較高的利用價(jià)值，尤其是在能源越來越短缺的背景下，環(huán)境壓力和煤礦生產(chǎn)的形勢(shì)越來越嚴(yán)峻。本文對(duì)煤層氣能源開發(fā)的現(xiàn)狀進(jìn)行分析和探討。

煤層氣；能源開發(fā)；現(xiàn)狀

煤層氣又稱煤礦瓦斯或煤田沼氣，是在煤炭資源中比較常見的一種吸附在煤層上的可燃?xì)怏w，這些氣體一般會(huì)吸附在煤層、炭質(zhì)頁巖、泥巖等物質(zhì)上。在傳統(tǒng)的煤礦開采過程中，出現(xiàn)爆炸的一個(gè)主要原因就是煤層氣的存在，因此長期以來煤層氣都被成為是煤礦開采過程中的殺手，這種氣體是一種對(duì)空氣會(huì)產(chǎn)生影響的氣體，排放到大氣中的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生比較嚴(yán)重的溫室效應(yīng)，同時(shí)還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，破壞帶七層，但是煤層氣也是一種新型的能源。所以總體說來，煤層氣的存在有利有弊，我國當(dāng)前的能源危機(jī)越來越嚴(yán)重，因此在能源領(lǐng)域中將目光瞄準(zhǔn)在煤層氣的開發(fā)上，當(dāng)前關(guān)于煤層氣的開發(fā)，我國已經(jīng)有了初步的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1 我國煤層氣開采現(xiàn)狀

國外對(duì)于煤層氣的開發(fā)時(shí)間相對(duì)較早，相比起來，我國的煤層氣的研究起步時(shí)間比較晚，可以分成3個(gè)不同的階段，第一個(gè)階段是從20世紀(jì)50年代到70年代末，這個(gè)階段加強(qiáng)煤層氣的開發(fā)主要是為了減少瓦斯災(zāi)害，對(duì)煤層氣進(jìn)行開發(fā)的時(shí)候主要是在井下進(jìn)行煤層氣的抽放和利用，并且及時(shí)將井下抽放的瓦斯排放到大氣中，利用率較低。第二個(gè)階段是從20世紀(jì)70年代末到90年代初，這段時(shí)期內(nèi)煤層氣的開發(fā)主要是集中在將煤層氣當(dāng)作新能源進(jìn)行勘探，在當(dāng)時(shí)的研究過程中，人們嘗試將煤礦中抽取出來的瓦斯當(dāng)作礦區(qū)的生活燃料以及工業(yè)燃料，而且在相應(yīng)的地區(qū)也開展了技術(shù)試驗(yàn)，取得了相應(yīng)的成績。到20世紀(jì)90年代時(shí)，煤礦井下瓦斯抽放利用工作已經(jīng)開始普遍出現(xiàn)，而且形成了很多種抽放方式，抽放的技術(shù)也得到了快速發(fā)展，而且為了促進(jìn)我國的煤層氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，聯(lián)合國開發(fā)計(jì)劃署與中國政府簽署了資助“中國煤層氣資源開發(fā)”的項(xiàng)目，提高了我國政府對(duì)煤層氣資源的認(rèn)識(shí)，對(duì)于煤層氣資源的開發(fā)有進(jìn)一步的促進(jìn)作用。第三個(gè)階段是從20世紀(jì)90年代至今，這個(gè)階段的研究集中在優(yōu)質(zhì)能源的開發(fā)和利用上，開展了煤層氣的勘探試驗(yàn)，并且取得了很大的進(jìn)展，同時(shí)，為了使得煤層氣的開發(fā)可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，我國還加強(qiáng)了對(duì)煤層氣開發(fā)的項(xiàng)目研究，將所得到的結(jié)果應(yīng)用在煤層氣的勘探開發(fā)過程中。

總體說來，從20世紀(jì)開始進(jìn)行煤層氣的探索開發(fā)以來，我國的煤層氣開發(fā)已經(jīng)經(jīng)過了50余年的發(fā)展，煤層氣的抽取技術(shù)也形成了體系，對(duì)于煤層氣的開采工作有很大的促進(jìn)。同時(shí)，我國還積極與國外的很多能源開采公司進(jìn)行合作，國外企業(yè)也開始在我國進(jìn)行投資，對(duì)于我國的煤層氣開發(fā)有一定的促進(jìn)作用。

2 中國煤層氣開采前景

煤層氣在煤炭生產(chǎn)中被稱為瓦斯，雖然一直都是煤礦開采過程中的一個(gè)安全隱患，但是從能源角度來講，煤層氣是一種比石油和煤礦都要干凈的天然氣，其產(chǎn)生的環(huán)境污染不大，高濃度瓦斯的熱值接近油氣田的天然氣，可以被充分利用在能源領(lǐng)域中，而且?guī)淼慕?jīng)濟(jì)效益也是很可觀的。隨著我國的經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)能源的需求也越來越大，煤礦資源、石油資源的稀缺，使得我國必須要將能源開發(fā)的視角放到其他領(lǐng)域中。煤層氣的開發(fā)利用具有十分廣闊的前景，這種氣體帶來的經(jīng)濟(jì)效益也十分可觀，通過統(tǒng)計(jì)分析可知，如果我國能夠?qū)β癫厣疃仍趦汕滓詢?nèi)的煤層氣進(jìn)行抽取，只要抽取率達(dá)到40％左右，就可以達(dá)到80％的利用率，具體可以利用的煤層氣大約有9.6×1012m3～11.2×1012m3，而每立方米的煤層氣資源可以產(chǎn)生3kW·h的電能，通過計(jì)算可知，在該情況下產(chǎn)生的電能為28.8×1012～33.6×1012kW·h，根據(jù)當(dāng)前電價(jià)可知，其產(chǎn)生的市場總值為8.64×1012～10.08×1012元人民幣。由此可見，煤層氣可以帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益，在未來的發(fā)展前景巨大。

由于煤層氣的開采前景巨大，在未來的發(fā)展過程中應(yīng)該要加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，煤層氣產(chǎn)業(yè)是一項(xiàng)比較龐大的系統(tǒng)工程，將會(huì)帶動(dòng)其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，例如，建設(shè)一個(gè)煤層氣產(chǎn)業(yè)基地，則可以同時(shí)帶動(dòng)很多其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，比如鋼鐵、水泥、化工等行業(yè)，都可以隨之發(fā)展起來，由此可見，在煤層氣產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展的過程中，也能帶動(dòng)其他行業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)水平的不斷提升。由此可見，煤層氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迫在眉睫，煤層氣一旦形成了相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)，則會(huì)給其他的行業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益。

當(dāng)前我國的煤層氣經(jīng)過提煉以及存儲(chǔ)之后，主要是用于發(fā)電、化工產(chǎn)品生產(chǎn)、汽車燃料供應(yīng)等方面。根據(jù)當(dāng)前我國煤層氣的開采現(xiàn)狀，在未來我國的煤層氣的開采主要可以從地面開采角度著手。當(dāng)前我國對(duì)于煤層氣的開發(fā)使用較多的一種方法依舊是井下開采，井下開采帶來的問題也越來越明顯，因?yàn)槲覈鴮?duì)煤層氣的需求越來越大，尤其是對(duì)于高濃度的煤層氣資源，需求量會(huì)逐漸增大，煤炭開采受限于經(jīng)濟(jì)增長的減緩和替代能源的增加，井下開采并不能帶來較大規(guī)模的開采，而且井下開采的效率也會(huì)受到科技水平和經(jīng)濟(jì)性的影響。

相比起來，地面開采帶來的經(jīng)濟(jì)效益比井下開采的經(jīng)濟(jì)效益更高，在井下進(jìn)行煤層氣抽取的時(shí)候，單位體積的熱值較低，而且也容易混入一些空氣，而且井下開采的煤層氣要運(yùn)輸出去時(shí)也會(huì)產(chǎn)生較高的成本，對(duì)于各種資源都不能進(jìn)行充分地利用，比如井下開采煤層氣時(shí)，只能在開采地域周圍使用，或者通過稀釋之后直接排入到空氣中，還會(huì)帶來空氣污染，煤層氣直接排放到空氣中帶來的溫室效應(yīng)會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于二氧化碳。對(duì)于煤層氣而言，只有濃度較高的氣體才有利用價(jià)值，會(huì)產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益，而高濃度瓦斯主要來自于兩個(gè)方面，一個(gè)是地面抽取，其中所含的甲烷達(dá)到95％以上，另一種則是通過濃縮工藝對(duì)井下抽取的瓦斯進(jìn)行處理之后進(jìn)行利用。當(dāng)前對(duì)低濃度的瓦斯進(jìn)行提純時(shí)所采用的技術(shù)主要是真空變壓吸附法，也就是當(dāng)瓦斯?jié)舛容^低的時(shí)候利用吸附塔進(jìn)行吸附，然后將其抽成真空，降低CH4的分壓，使得這些氣體能夠匯集起來。通過這種方式可以實(shí)現(xiàn)對(duì)甲烷含量的調(diào)節(jié)，當(dāng)煤層氣中的甲烷含量達(dá)到30％以上時(shí)，則可以將這些煤層氣用于民用燃?xì)庑袠I(yè)、瓦斯發(fā)電、鍋爐燃燒等，當(dāng)甲烷的含量達(dá)到90％以上時(shí)，則可以將煤層氣用于LNG撬車、CNG裝罐或者管道運(yùn)輸，發(fā)揮出更大的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化利用。

3 結(jié)論

綜上所述，煤層氣是煤礦開采過程中的一種安全隱患，但同時(shí)也是一種重要的天然氣資源，而且是一種清潔程度較高的天然氣資源。在能源危機(jī)越來越嚴(yán)重的背景下，我國開始注重對(duì)煤層氣資源的開發(fā)，從20世紀(jì)50年代至今，我國的煤層氣開發(fā)已經(jīng)取得了相應(yīng)的成就，未來我國會(huì)繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)煤層氣資源的開發(fā)，加強(qiáng)對(duì)煤層氣開采技術(shù)的研究，實(shí)現(xiàn)煤層氣的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，有效緩解能源危機(jī)和壓力。

［1］趙旭生，龍伍見.我國煤層氣開發(fā)現(xiàn)狀及建議［J］.中州煤炭，2001（6）：13-14.

［2］李嘉川，王小峰，石兆彬.中國煤層氣開發(fā)現(xiàn)狀與建議［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011（8）：43-45.

［3］劉忠華，湯婧，呂晶.我國煤層氣開發(fā)現(xiàn)狀和開發(fā)技術(shù)的難點(diǎn)分析［J］.內(nèi)江科技，2011，32（12）：22.

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1674-6708（2016）170-0135-01

張明波，中級(jí)工程師，山西省地質(zhì)礦產(chǎn)研究院，研究方向?yàn)槊簩託狻?/p>