采煤采氣一體化開發模式的價值分析

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

采煤采氣一體化開發模式的價值分析

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

目前,有關采煤采氣一體化開發模式的效益研究仍多處于定性分析階段,缺乏對綜合價值的定量化分析。為此,在引入價值分析觀點的基礎上,采用數量經濟方法探討了采煤采氣一體化開發模式的綜合價值。首先從時間、空間和功能上分析了采煤采氣一體化開發模式的內涵,指出了采煤與采氣應該統籌安排、協調開發。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算了采煤采氣一體化開發模式的安全價值、經濟價值、能源價值及環境價值,并建立了綜合價值評估模型。最后結合案例分析驗證了該模型的適用性。結果表明:采煤采氣一體化模式具有巨大的綜合價值,有利于開發潔凈能源,提高經濟效益,保障煤礦安全生產,改善大氣環境。該項研究為全面和科學地認識采煤采氣一體化開發模式提供了新的思路。

煤層氣 采煤采氣一體化 開發模式 價值分析

煤層氣開發與煤炭開采有著緊密的聯系,只有將采煤與采氣有機結合,實施采煤采氣一體化,才能實現協調發展,否則會浪費資源并且威脅煤礦安全。目前,煤礦瓦斯的抽采只求達到減輕礦井瓦斯的濃度,導致許多煤礦抽采出的瓦斯直接排放到大氣而未被利用,而煤層氣開發項目多數只注重企業的獲利情況,沒有真正考慮未來煤礦開采的安全問題,勢必造成安全管理“顧此失彼”的局面,給本質安全型礦井建設帶來極大困難[1]。因此,如何實現煤層氣開發與煤礦開采的協調發展成為煤層氣開發企業、煤炭企業以及政府等亟須解決的問題。

隨著煤層氣產業的不斷發展,國內學者針對煤層氣開發利用做了大量的研究,張遂安提出了煤層氣資源開發模式分類方案,指出采煤采氣一體化不僅是“安全—資源—環境”商業理念的全面體現,而且更是一種值得倡導的資源綜合開發的新模式[2]。高遠文等指出目前我國煤層氣的開發方式主要有原始儲層煤層氣的開發和煤礦區煤層氣的開發兩種[3]。王連剛等重點探討了煤層氣開發模式以及開發技術[4]。徐祖成等針對煤層氣與煤炭兩種資源礦權重疊的問題,提出了一種采氣采煤協調發展的綜合開發模式[5]。但是,目前關于采煤采氣一體化模式價值探討的研究還比較少。基于此,本文從價值角度考慮,分析了采煤采氣一體化模式內涵,從安全價值、經濟價值、能源價值及環境價值等4個方面探討了采煤采氣一體化模式的綜合價值,并結合具體案例進行了分析。

1 采煤采氣一體化開發模式內涵

采煤采氣一體化開發模式是指采煤與采氣統籌安排、協調開發、互為支撐的一種綠色生產模式,即設計實施采氣工程時,考慮采煤工程的需求,而設計實施采煤工程時,又兼顧采氣工程的需求。其內涵可從時間、空間及功能3方面體現[6],具體如圖1所示。

1.1 在時間上實現煤、氣綜合開發

保持煤層氣抽采、礦井建設和煤炭開采的協調,編制煤炭和煤層氣綜合開發規劃,形成地質勘探、地面預抽、礦井建設、煤炭開采、采中抽采、采后抽采的煤、氣綜合開發模式。

1.2 在空間上實現立體抽采格局

綜合考慮安全管理、采掘布局、煤炭資源節約、煤層氣資源開發利用等諸多因素,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,實現煤炭開采與煤層氣開發的有機結合,形成“采前地面預抽、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 在功能上實現鉆井、掘進工程統籌安排

利用煤層氣鉆井的地質勘探、采前抽、采動抽、采后抽以及制冷通道等多功能性用途,體現“一孔多用”的綜合價值,逐步形成煤層氣開發與礦井建設、生產組織、安全管理相互協調,安全效益、經濟效益、能源效益和環境效益同步提高的和諧局面。

2 采煤采氣一體化模式價值分析

實施采煤采氣一體化模式,開發利用煤層氣具有巨大的安全價值、經濟價值、能源價值和環境價值,具體表現為:①煤層氣的開發可以改善煤礦安全生產,提高安全價值;②煤層氣的開發降低了井下瓦斯濃度,有利于提高井下采煤速度和掘進速度,并且改善井下作業的通風環境,從而提高煤炭生產效率;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行瓦斯發電,節省供電費用,還可以代替天然氣資源,用于作為居民燃氣、鍋爐和工業燃料等,解決我國能源緊缺問題;④開發利用煤礦瓦斯可以有效減少溫室氣體排放,改善大氣環境質量。因此,采煤采氣一體化模式的綜合價值可從以下4個方面進行分析。

2.1 安全價值

煤層氣開發與煤炭開采有機結合,形成“以抽保采、以采促抽、以抽保用、以用促抽”的良性循環,可以改造煤礦安全生產,提高煤礦企業的安全效益。煤礦瓦斯事故是煤礦安全生產的重大威脅之一,我國國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。每年因瓦斯災害造成的死亡人數達2 000人以上,僅根據最近15 a的統計,因瓦斯事故而死亡的人數占煤炭行業工傷事故死亡人數的30%～40%,占重大事故的70%～80%,直接經濟損失超過500億元。瓦斯事故造成的人員傷亡和巨大的經濟損失,在社會上形成很大負面影響[7]。實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條件,從而提高煤礦企業的效益。

采煤采氣一體化模式的安全價值體現為瓦斯事故發生次數的減少,因此安全價值可以表示為瓦斯事故發生次數的減少而節約的成本。瓦斯事故造成的損失由直接經濟損失和間接經濟損失兩部分組成。直接經濟損失包括事故所造成的人員生命價值的損失和生產設施破壞損失;間接經濟損失包括因事故導致的產值減少、資源的破壞和受事故影響而造成的其他損失等。因此,安全價值計算公式可以表示為:

式中VF為安全價值;VDF為減少的直接經濟損失;VIDF為減少的間接經濟損失。

據調查統計,在瓦斯爆炸事故中,每死亡1人造成的直接經濟損失都在30萬元以上。根據國際勞工組織的計算方法,事故造成的間接經濟損失往往是直接經濟損失的4～5倍。直接經濟損失減少額的計算公式如下:

式中VDF1為平均死亡1人造成的直接經濟損失;VDF2為資產損失減少額;n為死亡人數的減少量。

間接經濟損失減少額的計算公式:

式中λ為事故損失間直倍比系數。

2.2 經濟價值

煤層氣的開發可以有效地降低井下瓦斯的濃度,提高煤炭開采的效率。瓦斯濃度的降低有利于提高采煤速度和掘進速度,改善井下作業的通風環境,從而提高煤炭生產效率。此外,采煤采氣一體化對煤炭資源和煤層氣資源進行綜合勘探,降低了勘探成本。可見,采煤采氣一體化模式的經濟價值主要包括生產效益的提高和生產成本的降低這兩方面。經濟價值的計算公式可表示為:

式中VE為經濟價值;VE1為生產效益增加值;VE2為生產成本節約值。

生產效益增加值的計算公式為:

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;P為每噸煤炭的市場價格。

由于生產成本的降低表現在通風成本、鉆井和掘進成本的節約,故其計算公式為:

式中Vk為節約的鉆井和掘進成本;Vt為節約的通風成本。

2.3 能源價值

對抽采的煤層氣進行開發利用,充分發揮其作為一種新型、潔凈能源的作用,主要體現在:利用煤層氣發電,可以緩解地區用電緊張,減少煤礦遠距離架線供電的投資;利用煤層氣作為居民燃氣、鍋爐和工業燃料,不僅緩解我國天然氣資源緊缺的問題,還有利于改善大氣環境。因此,采煤采氣一體化的能源價值可由煤層氣發電效益和煤層氣燃料效益兩部分組成,其計算公式為:

式中VN為能源價值;VN1為瓦斯發電效益;VN2為瓦斯燃料效益。

煤層氣發電效益相當于節省的供電成本,其計算公式為:

式中QN1為煤層氣發電的總量;CNS為每度電(kWh)國家標準收費;CNG為每度電的發電成本。

煤層氣燃料效益的計算公式為:

式中QN2為煤層氣燃料的總量;PN為每立方米煤層氣的市場價格。

2.4 環境價值

開發利用煤層氣可以有效減排溫室氣體,改善大氣環境。我國是煤炭生產大國,在進行煤炭資源開采的過程中,大量瓦斯被排放到大氣中。因此,實施采煤采氣一體化模式,開發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,還能減少溫室氣體排放。采煤采氣一體化模式的環境價值可理解為減排二氧化碳帶來的價值,計算公式如下:

式中VH為環境價值;QC為減排的二氧化碳總量;P C為每噸二氧化碳的價格。

綜上可知,假定采煤采氣一體化開發模式的價值為V,則其評估模型可表示為:

3 案例分析

3.1 案例背景

某礦業集團下屬的某煤礦屬于高濃度瓦斯礦井,瓦斯濃度約為30%。為保證煤礦開采的安全,企業決定對該礦井實施采煤采氣一體化開發模式。通過采煤、采氣的協調發展,該礦井節省了通風成本、鉆井和掘進成本共約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%用于發電,剩余10%用作燃料。由于瓦斯濃度的降低,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,死亡人數每年平均下降8人。

3.2 計算與分析

3.2.1 安全價值

根據瓦斯事故中每死亡一人造成的直接經濟損失為30萬元,造成的間接經濟損失是直接經濟損失的4倍,則采煤采氣一體化開發模式為該礦井帶來的安全價值為:

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

3.2.2 經濟價值

該礦井職工每年工作為300 d,按照煤的市場價格為800元/t計,則經濟價值為:

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

3.2.3 能源價值

據專家統計,1 m3的純瓦斯氣體可發電3.18度,每度電可節省成本為0.6元左右,煤層氣市場價格按照1.2元/m3計算,則能源價值為:

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

3.2.4 環境價值

每利用1 000 m3煤層氣相當于節省了1 t標準煤,每噸煤燃燒會產生約2.5 t的二氧化碳。按照二氧化碳的市場價格200元/t,環境價值為:

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

該煤礦實施采煤采氣一體化開發模式的綜合價值為:

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

從上述結果可知,該礦井通過實施采煤采氣一體化開發模式,給企業帶來了約1.720 928億元的綜合效益。

4 結束語

實施采煤采氣一體化模式,不僅可以保證煤礦安全生產,在一定程度上加快井下采煤速度和掘進速度,提高了煤炭生產效率,而且煤層氣作為一種新型能源,還有利于解決我國能源緊缺問題和改善大氣環境質量。本文結合價值分析的觀點,在采煤采氣一體化開發模式內涵的基礎上,從安全、經濟、能源和環境等角度對其綜合價值進行了探討,建立了價值評估模型,最后結合具體的案例分析說明了采煤采氣一體化開發模式的價值,為全面和科學地認識采煤采氣一體化模式提供了新的思路,從而更好地促進煤層氣開發和煤炭開采協調發展。

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

[2]張遂安.煤層氣資源特點與開發模式[J].煤田地質與勘探, 2007,35(4):27-30.

[3]高遠文,姚艷斌.我國煤層氣產業現狀及開發模式探討[J].資源與產業,2008,10(2):90-92.

[4]王連剛,李俊乾.我國煤層氣開發模式與開發技術問題探討[J].煤炭科學技術,2010,38(4):104-107.

[5]徐祖成,李延祥.中國采氣采煤協調發展的“三交模式”[J].天然氣工業,2010,30(6):106-108.

[6]張俊威.晉煤集團采煤采氣一體化綜合開發模式應用探討[J].中國煤層氣,2008,5(2):11-14.

[7]張遂安.采煤采氣一體化理論與實踐[J].中國煤層氣, 2006,3(4):14-16.

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,教授級高級工程師,博士;2004年畢業于天津大學管理學院并獲博士學位;主要從事管理科學與工程、系統工程、煤層氣開發與決策研究等工作。地址:(450001)河南省鄭州市鄭州大學新校區管理工程學院。電話:(0371) 67781828。E-mail:ak3399@vip.sina.com

馮立杰等.采煤采氣一體化開發模式的價值分析.天然氣工業,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