澳大利亞煤礦瓦斯治理及利用

薛 生 謝 軍

（澳大利亞聯邦科學與工業研究組織，澳大利亞昆士蘭州，4069）

煤炭是澳大利亞主要的自然資源，在澳大利亞國民經濟發展中占有重要的位置。據統計，煤炭在澳大利亞一次能源消費構成中占的比例最大，2009年達到42.3%，澳大利亞76%的電力燃料來自煤炭。澳大利亞是世界上第四大產煤國，2009年煤炭產量達到5.49億t，其中硬煤產量達到4.81億t，褐煤產量達到0.683億t。隨著澳大利亞能源消費總量的不斷增加，其煤炭消費總量也在增加，據預測，澳大利亞在2020年的煤炭產量將達到8.19億t。

瓦斯是與煤炭共生的。隨著礦井煤炭產量的增加，瓦斯涌出也必然增加，瓦斯治理的難度也將加大，但瓦斯同時又是一種清潔能源，澳大利亞煤礦將瓦斯治理與利用相結合，取得了良好的效果。本文將概要介紹澳大利亞煤礦的瓦斯賦存、涌出、抽采與利用等情況。

1 澳大利亞主要煤礦瓦斯賦存情況

截至2010年底，澳大利亞共有126個生產煤礦，其中露天礦84個，井工礦42對。井工礦產量約為1.1億t，約占煤炭總產量的20%。褐煤生產主要在維多利亞州和南澳大利亞州，全部是露天開采；硬煤生產主要在昆士蘭州和新南威爾士州，以露天礦為主，占硬煤總產量的75%左右。

露天礦主采煤層埋藏淺，瓦斯含量很小。井工礦主采煤層埋藏深度大約為200～400m，最深的為600m。煤層瓦斯含量不均，介于2～23m3／t。澳大利亞主要井工礦的瓦斯賦存情況見表1。

2 澳大利亞煤礦主要瓦斯治理技術

2.1 風排瓦斯

通風是最直接、最經濟的瓦斯排放手段，對于中、低瓦斯礦井，澳大利亞主要采用風量調節及選擇合理通風方式的辦法來處理礦井瓦斯。例如，尤倫礦、莫蘭巴諾斯礦、奧克依等煤礦均采用“均采型”通風，采煤工作面有2條巷道進風、1條巷道回風，工作面的風量在采煤時一般為5000m3／m in，檢修班工作時風量減為3500m3／m in，2條進風巷之間留有厚度為40m的煤柱，每隔100m有1條聯絡巷，通風系統如圖1所示。

表1 澳大利亞主要井工煤礦、主采煤層及其瓦斯含量

圖1 采煤通風系統示意圖

在工作面開采過程中，靠近工作面的一條進風巷道跨落，而另一條進風巷道將保留并作為下一個工作面的回風巷道。當工作面跨采過聯絡巷后，該聯絡巷將被封閉，從而減少向采空區漏風以防止煤炭自然發火，同時也減少了采空區瓦斯的泄漏。

2.2 地面鉆井抽放

對于高、中瓦斯礦井，澳大利亞普遍采用地面定向鉆井預抽瓦斯技術與地面大直徑采空區瓦斯抽采技術。地面定向鉆井預抽瓦斯技術用來減少煤層瓦斯含量，降低煤與瓦斯突出風險。地面定向鉆井預抽瓦斯的方式有多種，目前常用的一種如圖2所示。抽采孔在煤層內的長度一般為800～1200m，有時達到2000m以上。這種技術的最大優勢是有充分的瓦斯預抽時間，同時不影響井下采煤生產。大直徑采空區瓦斯抽采技術主要用來減少采空區瓦斯向采煤工作面涌出，地面開孔直徑一般為450mm，終孔直徑為250～300mm。

圖2 地面定向鉆井預抽瓦斯

3 澳大利亞煤礦瓦斯排放

煤礦瓦斯，特別是通風瓦斯絕大部分直接排放到大氣中。2009年，澳大利亞煤礦瓦斯涌出量約為29M t（折合二氧化碳），約占全國溫室氣體總排量（550 M t（折合二氧化碳））的5%。其中廢棄煤礦瓦斯涌出量只有1.4M t（折合二氧化碳），約占澳大利亞煤礦溫室氣體總涌出量的5%。據估算，通風排放瓦斯占煤礦涌出溫室氣體總量的64%。典型的高瓦斯礦井風排瓦斯量將達到150～300m3／s。1990－2009年期間澳大利亞煤炭產量與煤礦瓦斯排放量見圖3。

圖3 澳大利亞煤炭產量與煤礦瓦斯涌出量

澳大利亞的煤炭產量從1990年的2.41億t增加到2009年的5.11億t，增加了112%。而瓦斯涌出量只增加了65%。同一時期，每產1000t煤炭，瓦斯涌出量從67t（折合二氧化碳）下降為56t（折合二氧化碳），減少了16.5%。減少的主要原因是：增加的煤炭產量主要來自開采瓦斯含量小的煤層資源，同時在高瓦斯礦井發展瓦斯抽采與利用技術。目前大約有15對井工礦井實施瓦斯抽采。

4 澳大利亞煤礦瓦斯利用

澳大利亞政府對環境保護非常重視，在技術和資金上支持和鼓勵煤炭企業減少瓦斯排放。目前有17個煤礦瓦斯減排項目，分布在15個煤礦。其中10個煤礦為井工煤礦，5個為廢棄煤礦。在這17個項目中，9個項目用來發電，7個項目通過燃燒瓦斯減排，還有1個項目直接把抽采的高濃度瓦斯并入輸氣管道利用。

澳大利亞目前利用煤礦瓦斯發電機組的總量為215MW，并入了國家電網，瓦斯排放量減少了6.5Mt（折合二氧化碳）。最大的煤礦瓦斯發電機組位于BHP BilLion公司擁有的鄰近悉尼的Appin和Tower煤礦，該發電機組從1996年開始運行，由94個1 MW的Caterpillar 3516 LE型發電機組組成，瓦斯排放量每年減少了2 Mt（折合二氧化碳）。其他主要煤礦瓦斯發電機組包括：昆士蘭中部莫蘭巴諾斯煤礦，利用抽采瓦斯的45MW發電機組；昆士蘭中部哲曼克里克煤礦，利用抽采瓦斯的32 MW發電機組；昆士蘭中部奧克依諾斯煤礦，利用抽采瓦斯的20MW發電機組；新南威爾士中部格林尼斯溪克里克煤礦，利用抽采瓦斯的10MW發電機組；新南威爾士東部西活拉煤礦，利用風排瓦斯的6 MW發電機組；新南威爾士東部泰莫煤礦，利用抽采瓦斯的7 MW發電機組；新南威爾士東部廢棄的泰若巴（Teralba）煤礦，利用采空區瓦斯的4MW發電機組。

應當指出的是，目前所有在澳大利亞的煤礦瓦斯減排項目都得到了澳大利亞政府的經濟資助或政策上的支持。

5 澳大利亞煤礦瓦斯展望

澳大利亞煤炭工業的發展趨勢強勁，預計到2020年，澳大利亞煤炭產量將達到8.19億t，其中井工煤礦產量將達到1.97億t。煤礦瓦斯涌出量將達到47M t（折合二氧化碳），其中：井工礦井瓦斯涌出量為34 M t（折合二氧化碳），露天礦井瓦斯涌出量為12 M t（折合二氧化碳）。與現在相比，煤礦瓦斯涌出量將增加25%。

為了鼓勵支持煤礦瓦斯利用與減排，澳大利亞政府推出了一系列的計劃，例如溫室氣體減排計劃（G GA P），2011年7月10日公布的清潔能源未來計劃（C E F P l a n），以及將于2012年7月開始實行的碳稅等。目前G GA P已經提供了近5000萬澳元資助煤礦瓦斯發電，碳稅的實施將從經濟上回報煤礦瓦斯的利用。同時澳大利亞煤炭協會通過其屬下的科研基金多年來一直支持開發、實施煤礦瓦斯抽采、回收、利用等方面的技術。2006年，澳大利亞煤炭協會宣布建立“澳世紀煤炭基金”用于煤炭行業溫室氣體減排技術研究與示范。據預測，未來10年，單個煤礦瓦斯發電量將在現在的基礎上翻一番。

［1］ AustraLian Coal Year Book［M］.Brisbane：Australi a’s Mining Services，2011

［2］ Ken Cram.AustraLi a’s long wall mines review［J］.AustraLian Long wall magazine，2011（3）

［3］ Leal M.，Beamish B，Claassen C.analysis of ethane emission trends from active goaf seals at Mandalong mine［A］／／Underground Coal Operator s’COnference［C］.The University of Wollongong，2011

［4］ Black D.，Aziz N.Impact of coal properties and operational factors on mine gas drainage［A］／／Underground Coal Operators’COnference［C］.The University of Wollongong，2010