王升輝,孫婷婷,趙亞利

(1.中國地質大學 (北京)人文經管學院,北京100083;2.國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)的關系

1.1 煤炭在我國的能源消費結構中所占比例與趨勢

我國是發(fā)展中國家,人口眾多,能源需求量大。鑒于煤炭在我國能源結構中的重要地位,把煤炭作為主體能源,這是我國能源安全的基石。長期以來,我國政府堅持能源生產、消費與環(huán)境保護并重的方針,把支持潔凈煤技術的開發(fā)應用作為一項重要的戰(zhàn)略任務來抓。目前煤炭在我國的一次能源消費中占 67%,而世界平均水平是29%。綜合國內外的各種預測,到2020年,煤炭在我國一次能源消費結構中,仍將會占到60%～70%左右[1]。

1.2 全國煤炭與煤層氣資源量

全國煤炭資源5.57萬億t,保有儲量1.03萬億t;2009年1.5萬個煤礦產煤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]。開發(fā)煤層氣可緩解能源供需矛盾,補充天然氣清潔能源,實現(xiàn)充分利用有效資源,遏制煤礦瓦斯災害,保護大氣環(huán)境。

據(jù)最新一輪全國煤層氣資源評價成果 (2005年),全國煤層埋深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。主要分布于我國的東部、中部、西部及南方等四個大區(qū),地質資源量分別為11.3×1012m3、10.5×1012m3、10.4×1012m3、4.7×1012m3,占全國的 31%、28%、28%和13%,青藏地區(qū)只有 44.3×108m3,占全國的0.01%(圖1)。全國煤層氣總資源量為36.8萬億m3。

1.3 全國煤層氣勘查目標與資源

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

2 煤炭對煤層氣產業(yè)的影響

2.1 煤炭企業(yè)的煤層氣產能規(guī)模

2.1.1 地面產能規(guī)模

在2009年中國地面煤層氣產量中,除去中國石油、中聯(lián)煤、中國石化、格瑞克、聯(lián)合國開發(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)占整個行業(yè)的比例見表2。

圖1 中國煤層氣資源分布特征

表1 煤層氣勘探目標優(yōu)選分類表

表2 2009年中國煤層氣地面產量中煤炭行業(yè)所占的比重表

2.1.2 井下產能規(guī)模

2009年全國1.5萬個煤礦產煤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。由于一個是固體礦藏,一個是氣體礦藏,二者的開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、煤巖體突出的災害性氣體和引起全球氣候變暖的強烈溫室性氣體,其溫室效應約為二氧化碳的21倍[4]。另一方面,它也是一種潔凈的新能源,可以彌補我國天然氣的供應不足。如果能在采煤之前先采出煤層氣,就可以使煤礦生產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年全國煤礦瓦斯井下抽排產量曲線

3 煤層氣在行業(yè)拓展中的問題分析

3.1 礦權重疊

與石油天然氣行業(yè)一樣,煤炭行業(yè)在煤層氣產業(yè)也面臨著礦權重疊問題。如2009年山西省在設置的35個煤層氣礦業(yè)權中,有28個與煤炭礦業(yè)權存在重疊的問題。其余7個煤層氣礦業(yè)權中,有2個與煤炭礦業(yè)權不發(fā)生重疊,有5個基本解決了重疊問題。在28個與煤炭礦業(yè)權存在重疊問題的煤層氣礦業(yè)權中,與煤炭探礦權重疊52個,與煤炭采礦權重疊 472個,探、采兩權總重疊面積3447.58km2。在山西省內登記的5個油氣探礦權中,有3個是以煤層氣勘查為主,這3個區(qū)塊與煤炭礦業(yè)權也存在著較為嚴重的重疊,重疊礦權165個,重疊面積833 km2[5]。

3.2 井下排采技術領先,地面開發(fā)技術處于起步階段

煤炭行業(yè)最擅長煤礦瓦斯井下抽排,對地面煤層氣開發(fā)不太熟悉,但通過近幾年的實踐,已取得了一定的進步,如晉煤集團在地面煤層氣鉆井抽采技術上,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發(fā)技術與工藝[6]。但在煤層氣高產富集規(guī)律預測、地震技術應用、高產井的優(yōu)化、地面集輸工藝、長距離輸送及下游市場的開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,補貼發(fā)放存在困難

3.3.1 煤層氣發(fā)電現(xiàn)狀

目前我國的瓦斯發(fā)電裝機容量92萬kW。為了促進煤層氣開發(fā)利用,國家于2007年出臺了一系列政策激勵措施,主要內容有;煤層氣電廠不參與市場競爭,不承擔調峰任務,煤層氣電廠上網電價,比照生物質能發(fā)電項目上網電價執(zhí)行每度電補助0.25元,相當于利用每方煤層氣發(fā)電補助0.65元,煤層氣電廠自發(fā)自用部分實行每千瓦小時0.20元的優(yōu)惠政策,支持和鼓勵煤層氣綜合開發(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、水費、材料費、修理費、工資及福利費、購電費、折舊費、財務及管理費等,晉煤集團寺河120MW煤層氣電廠發(fā)電預算成本見表3。

表3 晉煤集團煤層氣預算發(fā)電成本構成表

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

3.3.3 煤層氣發(fā)電面臨的主要問題

由于經濟、技術和政策等層面的原因,煤層氣利用處于開發(fā)初期,在煤層氣發(fā)電方面還存在明顯的一些問題,主要是：煤層氣發(fā)電的瓦斯?jié)舛鹊?煤層氣產權不清,煤礦企業(yè)和煤層氣發(fā)電企業(yè)在承擔和轉嫁煤層氣開采成本方面矛盾明顯,國家鼓勵煤層氣發(fā)電的相關補貼政策沒有落實等。

3.3.4 煤炭行業(yè)中缺乏煤層氣主干管網

盡管晉煤集團的端氏-河南博愛煤層氣管道主體工程已經完工,但與石油天然氣行業(yè)發(fā)達的天然氣管網相比,仍缺乏競爭力。天然氣主干管網屬易燃易爆危險特種行業(yè),必須要有國家專營的許可證才能經營。煤炭行業(yè)長期從事煤礦開采和井下瓦斯的排放,除技術方面的因素之外,在管理方面的不足是顯而易見的[9]。為了更好完成國家煤層氣開發(fā)規(guī)劃,把寶貴的煤層氣資源輸送到更加需要煤氣的經濟發(fā)達地區(qū),煤炭行業(yè)應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)拓展中的對策建議

4.1 采氣、采煤企業(yè)相互溝通,有效梳理氣、煤礦權

煤層氣的開發(fā)規(guī)劃,應服從煤炭勘查開發(fā)規(guī)劃的整體需要,按照煤炭資源開發(fā)的特點,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發(fā)規(guī)劃,各種煤層氣開采方式配套使用,使采氣和采煤活動有機銜接,達到既能充分開發(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,改善煤礦安全生產條件,又保護煤炭資源、有利于煤炭開采與回收,降低煤炭生產成本的雙重目的。使兩種資源的開發(fā)在時間排序和空間配置上達到最優(yōu)化。最終實現(xiàn)以開發(fā)煤炭資源為核心的采煤采氣一體化。

4.2 實施 “采煤采氣一體化”,實現(xiàn) “三級瓦斯治理”

“采煤采氣一體化”,就是通過實施地面鉆井、井下順煤層鉆孔預抽、邊采 (掘)邊抽、采空區(qū)抽放相結合的單一中厚煤層瓦斯綜合治理模式,實現(xiàn)煤炭與煤層氣資源的有序開發(fā)、綜合利用及兩類產業(yè)的健康發(fā)展[10]。在具體布置地面抽采鉆井時,應注意：①統(tǒng)籌考慮單井的抽采效果,努力做到地面鉆孔科學避讓井下采掘巷道和井筒硐室,全力避免溝通含水層等對采煤造成影響,使煤層瓦斯均勻降低,不留下局部瓦斯含量仍大、壓力仍高,有突出危險的隱患;②統(tǒng)籌考慮允許抽采的時間,實現(xiàn)地面抽采、井下區(qū)域性遞進式預抽采、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到最佳;③在抽采全過程中,全力做到 “地質勘探、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方面的領先優(yōu)勢

一是在地面煤層氣鉆井抽采技術上,繼續(xù)學習、掌握地面垂直井、地面叢式井、地面水平羽狀井的開發(fā)等先進技術與工藝。

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

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

4.4 煤炭與煤層氣行業(yè)合作,實現(xiàn)雙贏

在煤層氣礦業(yè)權范圍內分布大量煤炭企業(yè),礦業(yè)權重疊現(xiàn)象較為嚴重的地區(qū),煤層氣礦業(yè)權人應與煤炭礦業(yè)權人簽署協(xié)議,雙方通過認真溝通、反復研究,建立煤層氣整體開發(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)實施 “采前抽、采中抽、采后抽”的地面抽采,在一個特定地區(qū)實現(xiàn)煤層氣全過程的開采,并進行不同濃度煤層氣混合,收購煤炭開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合,既可減少煤炭開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,還進一步促進了煤層氣的地面開發(fā)。

5 結束語

在我國能源消費的結構中,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濟附加值較低,但發(fā)展煤層氣產業(yè)對保護大氣環(huán)境、貫徹哥本哈根會議精神、減少井下瓦斯事故、提高綜合經濟效益具有十分重要的意義。目前煤炭行業(yè)在發(fā)展煤層氣產業(yè)時存在著礦權重疊、長輸管網不發(fā)達、地面開發(fā)技術相對落后、發(fā)電上網程序復雜等問題,解決這些問題根本出路在于實施 “采煤采氣一體化”、“先采氣、后采煤”,實現(xiàn) “三級瓦斯治理”和與石油天然氣行業(yè)的合作,通過合作統(tǒng)籌編制采氣、采煤規(guī)劃,有效梳理氣、煤礦權,形成優(yōu)勢互補、行業(yè)雙贏的局面,促進兩種產業(yè)的協(xié)調大發(fā)展。

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

[8] 國土資源部推進煤炭煤層氣產業(yè)化協(xié)調健康發(fā)展經驗交流暨現(xiàn)場交流材料 [R].山西省晉城,2009(12).

[9] 張洪濤.實行煤炭和煤層氣綜合勘查開采,促進兩個產業(yè)協(xié)調健康發(fā)展 [R],在國土資源部推進煤炭煤層氣產業(yè)化協(xié)調健康發(fā)展經驗交流暨現(xiàn)場交流會上的講話,山西省晉城,2009-12-17.

[10] 陳先達.順應歷史、構建和諧、合作共贏、推進煤炭煤層氣產業(yè)化、規(guī)?；?、大發(fā)展[R].在國土資源部推進煤炭煤層氣產業(yè)化協(xié)調健康發(fā)展經驗交流暨現(xiàn)場交流會上的總結講話,山西省晉城,2009-12-17.

[11] 張國寶.堅持抽采利用并舉,統(tǒng)籌協(xié)調各方力量,全面推進煤礦瓦斯治理和煤層氣產業(yè)化開發(fā)——在全國煤礦瓦斯防治工作會議上的工作報告[R].2009-0903.