煤層氣與煤炭產(chǎn)業(yè)分析

王升輝,孫婷婷,趙亞利

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué) (北京)人文經(jīng)管學(xué)院,北京100083;2.國(guó)土資源部油氣資源戰(zhàn)略研究中心,北京100034)

1 煤層氣與煤炭行業(yè)的關(guān)系

1.1 煤炭在我國(guó)的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中所占比例與趨勢(shì)

我國(guó)是發(fā)展中國(guó)家,人口眾多,能源需求量大。鑒于煤炭在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中的重要地位,把煤炭作為主體能源,這是我國(guó)能源安全的基石。長(zhǎng)期以來(lái),我國(guó)政府堅(jiān)持能源生產(chǎn)、消費(fèi)與環(huán)境保護(hù)并重的方針,把支持潔凈煤技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用作為一項(xiàng)重要的戰(zhàn)略任務(wù)來(lái)抓。目前煤炭在我國(guó)的一次能源消費(fèi)中占 67%,而世界平均水平是29%。綜合國(guó)內(nèi)外的各種預(yù)測(cè),到2020年,煤炭在我國(guó)一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中,仍將會(huì)占到60%～70%左右[1]。

1.2 全國(guó)煤炭與煤層氣資源量

全國(guó)煤炭資源5.57萬(wàn)億t,保有儲(chǔ)量1.03萬(wàn)億t;2009年1.5萬(wàn)個(gè)煤礦產(chǎn)煤30億t,煤層氣抽采61.7億m3,利用17.7億m3,利用率由前幾年19.7%提高到28.7%[2]。開(kāi)發(fā)煤層氣可緩解能源供需矛盾,補(bǔ)充天然氣清潔能源,實(shí)現(xiàn)充分利用有效資源,遏制煤礦瓦斯災(zāi)害,保護(hù)大氣環(huán)境。

據(jù)最新一輪全國(guó)煤層氣資源評(píng)價(jià)成果 (2005年),全國(guó)煤層埋深2000m以淺煤層氣總資源量36.81×1012m3,其中埋深1500m以淺煤層氣可采資源量10.87×1012m3。主要分布于我國(guó)的東部、中部、西部及南方等四個(gè)大區(qū),地質(zhì)資源量分別為11.3×1012m3、10.5×1012m3、10.4×1012m3、4.7×1012m3,占全國(guó)的 31%、28%、28%和13%,青藏地區(qū)只有 44.3×108m3,占全國(guó)的0.01%(圖1)。全國(guó)煤層氣總資源量為36.8萬(wàn)億m3。

1.3 全國(guó)煤層氣勘查目標(biāo)與資源

目前我國(guó)在評(píng)價(jià)18個(gè)有利勘探目標(biāo),面積39686km2,煤層氣遠(yuǎn)景資源量65037億m3,占總資源量17.7%,其中：Ⅰ類6個(gè),面積21704km2,遠(yuǎn)景資源量36319億m3;Ⅱ類5個(gè),面積8126km2,遠(yuǎn)景資源量13164億m3;Ⅲ類7個(gè),面積9856km2,遠(yuǎn)景資源量15554億m3(表1)。

2 煤炭對(duì)煤層氣產(chǎn)業(yè)的影響

2.1 煤炭企業(yè)的煤層氣產(chǎn)能規(guī)模

2.1.1 地面產(chǎn)能規(guī)模

在2009年中國(guó)地面煤層氣產(chǎn)量中,除去中國(guó)石油、中聯(lián)煤、中國(guó)石化、格瑞克、聯(lián)合國(guó)開(kāi)發(fā)署等企業(yè),由煤炭和其他企業(yè)組成的地面煤層氣企業(yè)占整個(gè)行業(yè)的比例見(jiàn)表2。

圖1 中國(guó)煤層氣資源分布特征

表1 煤層氣勘探目標(biāo)優(yōu)選分類表

表2 2009年中國(guó)煤層氣地面產(chǎn)量中煤炭行業(yè)所占的比重表

2.1.2 井下產(chǎn)能規(guī)模

2009年全國(guó)1.5萬(wàn)個(gè)煤礦產(chǎn)煤30億t,煤層氣抽采61.7億m3,利用17.7億m3,利用率由前幾年19.7%提高到28.7%。每年向大氣釋放煤層氣約200億m3[3]。1965～2007年煤炭瓦斯井下的抽排情況見(jiàn)圖2。

2.2 健康、安全、環(huán)保

煤炭和煤層氣資源共存于同一空間,屬于共生礦藏,且煤炭又是煤層氣的載體。由于一個(gè)是固體礦藏,一個(gè)是氣體礦藏,二者的開(kāi)采方式有著極大的不同。共生于煤層中的煤層氣 (瓦斯)是造成煤礦瓦斯爆炸、煤巖體突出的災(zāi)害性氣體和引起全球氣候變暖的強(qiáng)烈溫室性氣體,其溫室效應(yīng)約為二氧化碳的21倍[4]。另一方面,它也是一種潔凈的新能源,可以彌補(bǔ)我國(guó)天然氣的供應(yīng)不足。如果能在采煤之前先采出煤層氣,就可以使煤礦生產(chǎn)中的瓦斯涌出量降低70%～85%。使高瓦斯礦區(qū)變?yōu)榈屯咚沟V區(qū),如果煤層氣能得到充分利用,至少大型煤礦的安全事故可以大大降低。因此必須要求先采氣、后采煤。

圖2 1965～2007年全國(guó)煤礦瓦斯井下抽排產(chǎn)量曲線

3 煤層氣在行業(yè)拓展中的問(wèn)題分析

3.1 礦權(quán)重疊

與石油天然氣行業(yè)一樣,煤炭行業(yè)在煤層氣產(chǎn)業(yè)也面臨著礦權(quán)重疊問(wèn)題。如2009年山西省在設(shè)置的35個(gè)煤層氣礦業(yè)權(quán)中,有28個(gè)與煤炭礦業(yè)權(quán)存在重疊的問(wèn)題。其余7個(gè)煤層氣礦業(yè)權(quán)中,有2個(gè)與煤炭礦業(yè)權(quán)不發(fā)生重疊,有5個(gè)基本解決了重疊問(wèn)題。在28個(gè)與煤炭礦業(yè)權(quán)存在重疊問(wèn)題的煤層氣礦業(yè)權(quán)中,與煤炭探礦權(quán)重疊52個(gè),與煤炭采礦權(quán)重疊 472個(gè),探、采兩權(quán)總重疊面積3447.58km2。在山西省內(nèi)登記的5個(gè)油氣探礦權(quán)中,有3個(gè)是以煤層氣勘查為主,這3個(gè)區(qū)塊與煤炭礦業(yè)權(quán)也存在著較為嚴(yán)重的重疊,重疊礦權(quán)165個(gè),重疊面積833 km2[5]。

3.2 井下排采技術(shù)領(lǐng)先,地面開(kāi)發(fā)技術(shù)處于起步階段

煤炭行業(yè)最擅長(zhǎng)煤礦瓦斯井下抽排,對(duì)地面煤層氣開(kāi)發(fā)不太熟悉,但通過(guò)近幾年的實(shí)踐,已取得了一定的進(jìn)步,如晉煤集團(tuán)在地面煤層氣鉆井抽采技術(shù)上,已基本上掌握了地面垂直井、地面叢式井、地面水平羽狀井的開(kāi)發(fā)技術(shù)與工藝[6]。但在煤層氣高產(chǎn)富集規(guī)律預(yù)測(cè)、地震技術(shù)應(yīng)用、高產(chǎn)井的優(yōu)化、地面集輸工藝、長(zhǎng)距離輸送及下游市場(chǎng)的開(kāi)拓等方面與石油天然氣行業(yè)相比,仍有一定的差距。

3.3 煤層氣發(fā)電成本高,補(bǔ)貼發(fā)放存在困難

3.3.1 煤層氣發(fā)電現(xiàn)狀

目前我國(guó)的瓦斯發(fā)電裝機(jī)容量92萬(wàn)kW。為了促進(jìn)煤層氣開(kāi)發(fā)利用,國(guó)家于2007年出臺(tái)了一系列政策激勵(lì)措施,主要內(nèi)容有;煤層氣電廠不參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng),不承擔(dān)調(diào)峰任務(wù),煤層氣電廠上網(wǎng)電價(jià),比照生物質(zhì)能發(fā)電項(xiàng)目上網(wǎng)電價(jià)執(zhí)行每度電補(bǔ)助0.25元,相當(dāng)于利用每方煤層氣發(fā)電補(bǔ)助0.65元,煤層氣電廠自發(fā)自用部分實(shí)行每千瓦小時(shí)0.20元的優(yōu)惠政策,支持和鼓勵(lì)煤層氣綜合開(kāi)發(fā)利用[7]。

3.3.2 煤層氣發(fā)電成本

煤層氣發(fā)電總成本包括燃料費(fèi)、水費(fèi)、材料費(fèi)、修理費(fèi)、工資及福利費(fèi)、購(gòu)電費(fèi)、折舊費(fèi)、財(cái)務(wù)及管理費(fèi)等,晉煤集團(tuán)寺河120MW煤層氣電廠發(fā)電預(yù)算成本見(jiàn)表3。

表3 晉煤集團(tuán)煤層氣預(yù)算發(fā)電成本構(gòu)成表

從表3可知,燃料費(fèi)所占的比例最高,為55.04%。其他煤層氣發(fā)電企業(yè),如陽(yáng)泉中能煤層氣開(kāi)發(fā)有限公司、陽(yáng)煤集團(tuán)等企業(yè)的發(fā)電成本與晉煤集團(tuán)基本持平,大約在0.3～0.6元/kWh[8],其中燃料費(fèi)對(duì)發(fā)電生產(chǎn)成本的影響最大,從一定程度上說(shuō),氣源直接決定著煤層氣發(fā)電生產(chǎn)成本的高低。

3.3.3 煤層氣發(fā)電面臨的主要問(wèn)題

由于經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和政策等層面的原因,煤層氣利用處于開(kāi)發(fā)初期,在煤層氣發(fā)電方面還存在明顯的一些問(wèn)題,主要是：煤層氣發(fā)電的瓦斯?jié)舛鹊?煤層氣產(chǎn)權(quán)不清,煤礦企業(yè)和煤層氣發(fā)電企業(yè)在承擔(dān)和轉(zhuǎn)嫁煤層氣開(kāi)采成本方面矛盾明顯,國(guó)家鼓勵(lì)煤層氣發(fā)電的相關(guān)補(bǔ)貼政策沒(méi)有落實(shí)等。

3.3.4 煤炭行業(yè)中缺乏煤層氣主干管網(wǎng)

盡管晉煤集團(tuán)的端氏-河南博愛(ài)煤層氣管道主體工程已經(jīng)完工,但與石油天然氣行業(yè)發(fā)達(dá)的天然氣管網(wǎng)相比,仍缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。天然氣主干管網(wǎng)屬易燃易爆危險(xiǎn)特種行業(yè),必須要有國(guó)家專營(yíng)的許可證才能經(jīng)營(yíng)。煤炭行業(yè)長(zhǎng)期從事煤礦開(kāi)采和井下瓦斯的排放,除技術(shù)方面的因素之外,在管理方面的不足是顯而易見(jiàn)的[9]。為了更好完成國(guó)家煤層氣開(kāi)發(fā)規(guī)劃,把寶貴的煤層氣資源輸送到更加需要煤氣的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū),煤炭行業(yè)應(yīng)該與石油天然氣行業(yè)合作方能完成這一歷史使命。

4 煤層氣在行業(yè)拓展中的對(duì)策建議

4.1 采氣、采煤企業(yè)相互溝通,有效梳理氣、煤礦權(quán)

煤層氣的開(kāi)發(fā)規(guī)劃,應(yīng)服從煤炭勘查開(kāi)發(fā)規(guī)劃的整體需要,按照煤炭資源開(kāi)發(fā)的特點(diǎn),根據(jù)礦區(qū)綜合規(guī)劃、井田合理布局、礦井有序接續(xù)的要求;要優(yōu)先考慮煤炭生產(chǎn)的安全管理、采掘布局、煤炭資源節(jié)約等諸多因素,編制煤炭和煤層氣綜合開(kāi)發(fā)規(guī)劃,各種煤層氣開(kāi)采方式配套使用,使采氣和采煤活動(dòng)有機(jī)銜接,達(dá)到既能充分開(kāi)發(fā)煤層氣、有效降低煤層瓦斯含量和瓦斯壓力,減少煤礦瓦斯事故,改善煤礦安全生產(chǎn)條件,又保護(hù)煤炭資源、有利于煤炭開(kāi)采與回收,降低煤炭生產(chǎn)成本的雙重目的。使兩種資源的開(kāi)發(fā)在時(shí)間排序和空間配置上達(dá)到最優(yōu)化。最終實(shí)現(xiàn)以開(kāi)發(fā)煤炭資源為核心的采煤采氣一體化。

4.2 實(shí)施 “采煤采氣一體化”,實(shí)現(xiàn) “三級(jí)瓦斯治理”

“采煤采氣一體化”,就是通過(guò)實(shí)施地面鉆井、井下順煤層鉆孔預(yù)抽、邊采 (掘)邊抽、采空區(qū)抽放相結(jié)合的單一中厚煤層瓦斯綜合治理模式,實(shí)現(xiàn)煤炭與煤層氣資源的有序開(kāi)發(fā)、綜合利用及兩類產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展[10]。在具體布置地面抽采鉆井時(shí),應(yīng)注意：①統(tǒng)籌考慮單井的抽采效果,努力做到地面鉆孔科學(xué)避讓井下采掘巷道和井筒硐室,全力避免溝通含水層等對(duì)采煤造成影響,使煤層瓦斯均勻降低,不留下局部瓦斯含量仍大、壓力仍高,有突出危險(xiǎn)的隱患;②統(tǒng)籌考慮允許抽采的時(shí)間,實(shí)現(xiàn)地面抽采、井下區(qū)域性遞進(jìn)式預(yù)抽采、采掘工作面邊掘邊抽、邊采邊抽、采空區(qū)抽放的有序銜接,使井上下抽采效果達(dá)到最佳;③在抽采全過(guò)程中,全力做到 “地質(zhì)勘探、采前抽、采中抽、采后抽”的一井多用。

4.3 繼續(xù)保持在井下抽排技術(shù)方面的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)

一是在地面煤層氣鉆井抽采技術(shù)上,繼續(xù)學(xué)習(xí)、掌握地面垂直井、地面叢式井、地面水平羽狀井的開(kāi)發(fā)等先進(jìn)技術(shù)與工藝。

二是在井下區(qū)域性預(yù)抽采技術(shù)工藝上,在瓦斯含量較小的煤層 (巖層)中先掘進(jìn)巷道,再利用千米鉆機(jī)向兩幫施工長(zhǎng)鉆孔,形成一個(gè)大范圍的瓦斯預(yù)抽區(qū)域 (至少可涵蓋1～2個(gè)工作面),在該區(qū)域抽采瓦斯達(dá)到預(yù)定效果后,再向周邊施工巷道,利用千米鉆機(jī)打長(zhǎng)鉆孔,形成下一個(gè)接替預(yù)抽區(qū)域,實(shí)現(xiàn)井下抽采區(qū)域的有序銜接[11]。

三是在雙系統(tǒng)抽采技術(shù)工藝上,根據(jù)煤層瓦斯含量大、透氣性好、煤質(zhì)較硬、厚度適中、整體性好的特性,在本煤層布孔進(jìn)行預(yù)抽采。同時(shí),由于生產(chǎn)過(guò)程中工作面采空區(qū)瓦斯涌出比例大,將積極推廣應(yīng)用本煤層和采空區(qū) “雙系統(tǒng)”瓦斯抽采技術(shù)工藝,針對(duì)性地進(jìn)行采空區(qū)抽采。

4.4 煤炭與煤層氣行業(yè)合作,實(shí)現(xiàn)雙贏

在煤層氣礦業(yè)權(quán)范圍內(nèi)分布大量煤炭企業(yè),礦業(yè)權(quán)重疊現(xiàn)象較為嚴(yán)重的地區(qū),煤層氣礦業(yè)權(quán)人應(yīng)與煤炭礦業(yè)權(quán)人簽署協(xié)議,雙方通過(guò)認(rèn)真溝通、反復(fù)研究,建立煤層氣整體開(kāi)發(fā)規(guī)劃,并使之成為煤、氣企業(yè)的共同方案,煤層氣企業(yè)要協(xié)助煤炭企業(yè)實(shí)施 “采前抽、采中抽、采后抽”的地面抽采,在一個(gè)特定地區(qū)實(shí)現(xiàn)煤層氣全過(guò)程的開(kāi)采,并進(jìn)行不同濃度煤層氣混合,收購(gòu)煤炭開(kāi)采中抽放的低濃度瓦斯與地面抽采的高濃度煤層氣混合,形成可供民用的商品氣源。地面抽采與井下抽放緊密結(jié)合,既可減少煤炭開(kāi)采的安全隱患又能提高低濃度瓦斯利用率、降低瓦斯排放量,還進(jìn)一步促進(jìn)了煤層氣的地面開(kāi)發(fā)。

5 結(jié)束語(yǔ)

在我國(guó)能源消費(fèi)的結(jié)構(gòu)中,煤炭占有非常重要的地位,煤炭和煤層氣是共生于同一空間中的兩種礦種,相比煤炭而言煤層氣的經(jīng)濟(jì)附加值較低,但發(fā)展煤層氣產(chǎn)業(yè)對(duì)保護(hù)大氣環(huán)境、貫徹哥本哈根會(huì)議精神、減少井下瓦斯事故、提高綜合經(jīng)濟(jì)效益具有十分重要的意義。目前煤炭行業(yè)在發(fā)展煤層氣產(chǎn)業(yè)時(shí)存在著礦權(quán)重疊、長(zhǎng)輸管網(wǎng)不發(fā)達(dá)、地面開(kāi)發(fā)技術(shù)相對(duì)落后、發(fā)電上網(wǎng)程序復(fù)雜等問(wèn)題,解決這些問(wèn)題根本出路在于實(shí)施 “采煤采氣一體化”、“先采氣、后采煤”,實(shí)現(xiàn) “三級(jí)瓦斯治理”和與石油天然氣行業(yè)的合作,通過(guò)合作統(tǒng)籌編制采氣、采煤規(guī)劃,有效梳理氣、煤礦權(quán),形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、行業(yè)雙贏的局面,促進(jìn)兩種產(chǎn)業(yè)的協(xié)調(diào)大發(fā)展。

[1] 嚴(yán)緒朝.中國(guó)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化和天然氣的戰(zhàn)略地位與作用[J].國(guó)際石油經(jīng)濟(jì),2010(03)：66-67.

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[7] 霍喜福.關(guān)于山西省煤層氣發(fā)電成本是調(diào)查[J].地方視角,2008,30(02)：39-41.

[8] 國(guó)土資源部推進(jìn)煤炭煤層氣產(chǎn)業(yè)化協(xié)調(diào)健康發(fā)展經(jīng)驗(yàn)交流暨現(xiàn)場(chǎng)交流材料 [R].山西省晉城,2009(12).

[9] 張洪濤.實(shí)行煤炭和煤層氣綜合勘查開(kāi)采,促進(jìn)兩個(gè)產(chǎn)業(yè)協(xié)調(diào)健康發(fā)展 [R],在國(guó)土資源部推進(jìn)煤炭煤層氣產(chǎn)業(yè)化協(xié)調(diào)健康發(fā)展經(jīng)驗(yàn)交流暨現(xiàn)場(chǎng)交流會(huì)上的講話,山西省晉城,2009-12-17.

[10] 陳先達(dá).順應(yīng)歷史、構(gòu)建和諧、合作共贏、推進(jìn)煤炭煤層氣產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化、大發(fā)展[R].在國(guó)土資源部推進(jìn)煤炭煤層氣產(chǎn)業(yè)化協(xié)調(diào)健康發(fā)展經(jīng)驗(yàn)交流暨現(xiàn)場(chǎng)交流會(huì)上的總結(jié)講話,山西省晉城,2009-12-17.

[11] 張國(guó)寶.堅(jiān)持抽采利用并舉,統(tǒng)籌協(xié)調(diào)各方力量,全面推進(jìn)煤礦瓦斯治理和煤層氣產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)——在全國(guó)煤礦瓦斯防治工作會(huì)議上的工作報(bào)告[R].2009-0903.