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建零排放矿区 创瓦斯利用示范 促煤炭事业发展
信息来源: 发布日期:[2014-08-08] 点击量::2674
新生能源公司总经理 田振林              
    我国是一个煤炭资源较为丰富的国家。多年来,煤矿瓦斯一直是困扰煤矿安全生产的重大隐患,煤矿重特大瓦斯爆炸事故的发生给人民群众生命财产造成了重大损失;同时,未经综合利用的煤层气(瓦斯)直接排放到大气中,将造成严重的环境污染和资源浪费。所以加强瓦斯治理,充分开发利用高热值、无污染的瓦斯清洁资源,对于缓解能源紧张矛盾、保护环境、促进煤矿安全生产具有重要的现实意义和长远的战略意义。
    一、全国煤层气(瓦斯)治理利用现状
    数据显示,我国煤层气主要集中在鄂尔多斯盆地东缘和沁水盆地,全国95%的煤层气资源分布在晋陕内蒙古、新疆、冀豫皖和云贵川渝等四个含气区,主要42个含气盆地埋深2000 m以浅的煤层气地质资源量36.81万亿m3 ,与陆上常规天然气资源量38万亿m3基本相当,其中晋陕内蒙古含气区煤层气资源量最大,为17.25万亿立方米,占全国煤层气总资源量的50%左右。
    由于煤矿瓦斯开采方式的不同,煤矿瓦斯中CH4的含量也会有很大不同。 一是通过地面钻井对瓦斯进行开采,称为地面煤层气开采。采出CH4含量一般大于90%,约占煤矿瓦斯总量的1%左右,其成份特性和天然气基本一致,这类气体可进行发电或作为民用燃料、化工原料等。二是通过煤矿井下瓦斯抽放系统抽出。抽出的CH4浓度范围多在3%~80%之间,约占煤矿瓦斯总量的15%左右, 我国在2010年以前及世界上其它国家对其利用都局限于浓度为30%以上部分;其中的三分之二瓦斯浓度都低于30%,属于存在爆炸危险的低浓度瓦斯;由于我国解决了低浓度瓦斯的安全输送及安全利用问题,目前我国煤矿低浓度瓦斯发电利用发展迅速,并取得了较好社会效果和经济效益。 三是通过煤矿通风系统排出的通风瓦斯(俗称“乏风”或风排瓦斯),其CH4含量低于0。75%。虽然瓦斯浓度特别低,利用难度大经济效益差,但排放的瓦斯量约占煤矿生产瓦斯排出总量的70%,基本都被直接排放到大气中。陕煤彬长集团和胜动集团共同研制的“煤矿通风瓦斯氧化装置”,可以对这部分瓦斯进行氧化、发电利用,此前世界上也仅有澳大利亚对通风瓦斯进行了利用。 
    二、彬长矿区瓦斯治理的任务与利用的重要性
    彬长矿区煤层瓦斯含量不高,但由于煤层厚度大,矿井绝对瓦斯涌出量大,严重影响了煤矿安全生产。生产矿井中,大佛寺煤矿自2007年~2013年连续7年被鉴定为高瓦斯矿井,绝对瓦斯涌出量最高达到200m3/min,矿井在2009年2月发生井下瓦斯燃烧事故的教训尤为深刻。胡家河、孟村、小庄、文家坡均属于高瓦斯矿井,亭南、水帘洞等生产矿井相对瓦斯涌出量也在10m3/t以上,绝对瓦斯涌出量均在62 m3/min以上,水帘洞煤矿曾在1989年发生严重的井下瓦斯爆炸事故。下沟和蒋家河煤矿虽然被鉴定为低瓦斯矿井,但均存在高瓦斯区域。火石咀煤矿目前开采区域虽然处于瓦斯风化带,但今后随着开采深度的增加,煤层瓦斯含量和矿井瓦斯涌出量势必增大。
    1、瓦斯治理的任务
    (一)煤矿瓦斯治理形势依然严峻
    矿井瓦斯涌出量大是制约矿区煤炭高效、安全开采的主要因素。煤炭生产矿井主要是通过井下瓦斯抽放来降低瓦斯的大量涌出,通过加大风量来降低矿井瓦斯浓度。高瓦斯矿井一般采用本煤层预抽、边采边抽、边掘边抽、地面预抽(地面煤层气抽采)等瓦斯治理方法,而井下瓦斯抽采工程量大、投资高,由于瓦斯抽采影响,煤矿生产接续困难的问题也时常出现,矿区瓦斯治理形势依然严峻。
    (二)煤炭企业快速发展,环境影响不断增加
    目前,全国煤矿瓦斯利用率较低,大量的低浓度抽采瓦斯和矿井通风瓦斯由于得不到有效利用而排放到空气中。随着彬长矿区各矿井陆续建成投产,抽采瓦斯和通风瓦斯排空量将不断增加。陕煤彬长5对矿井风排瓦斯纯量2。5亿m3/y,抽排瓦斯量为1亿m3/y。整个彬长矿区13对矿井全部建成后,风排瓦斯纯量5亿m3/y,抽排瓦斯量为2亿m3/y,大量的煤矿瓦斯排放到空气中,不仅会造成优质、洁净能源的巨大浪费,也将对环境造成更大影响。
    2、瓦斯治理与利用的重要性
    通过瓦斯综合治理和利用,不仅减少了温室气体排放,保护了生态环境,保障了煤矿安全、高效生产,同时也可以带来一定的经济效益,从而调动了企业的瓦斯治理和利用的积极性。彬长矿区大佛寺井田已经形成了“以利用创效益、以效益促抽采、以抽采保安全、以安全促生产”的煤矿绿色开采和可持续发展方式。
    目前,大佛寺矿井已实现了瓦斯“零排放”的模式,取得了可观的安全效益、社会效益和一定的经济效益,为其他煤矿瓦斯治理和综合利用和实现矿井瓦斯“零排放”提供了思路和方向,在矿区乃至全国都具有极其重要的借鉴意义。
    三、彬长矿区煤层气(瓦斯)开发利用现状与特点
    低浓度瓦斯发电形成产业集群。已在大佛寺矿井建成了全国最大的装机容量1.2万千瓦的低浓度瓦斯电厂,年发电能力8000万度,每年减排二氧化碳37.8万吨。被国家发改委确定为CDM(清洁发展机制)项目,在联合国CDM项目执行理事会成功注册。
    矿井通风瓦斯利用取得重大进展。在彬长集团大佛寺风井广场成功完成了煤矿通风瓦斯(乏风)氧化技术研究及6万m³/h处理能力氧化装置应用试验,通过了国家能源局组织的技术成果鉴定,达到国际领先水平。在此基础上,在大佛寺矿井建成了全国第一座通风瓦斯发电厂,年供电能力3000多万度,每年减排二氧化碳41万吨。被国家发改委确定为CDM项目,已经成功申请到联合国PCDM项目(规划包括彬长矿区其他矿井的CDM项目)注册。
    地面瓦斯抽采利用力争全面实施。在对彬长矿区大佛寺井田瓦斯地面抽采技术试验及商业性评估的基础上,完成了大佛寺矿区瓦斯地面抽采利用日产30万m3  煤层气项目的规划设计。经过近的抽采试验取得了很好的成果,水平井最高日产气量达到22300 m³,直井最高日产气量达到2100 m³,为侏罗系煤田地面煤层气抽采做出了示范。对通过地面钻孔抽采的煤层气进行净化、加压、液化销售;建设LNG加气站,为汽车提供清洁燃气能源。
    通过实施瓦斯综合利用“三步走”战略,在陕煤彬长集团首先实现大佛寺矿井生产过程瓦斯气体“零”排放示范,尽快实现彬长矿区瓦斯零排放,从而达到煤矿企业安全与效益、低碳、绿色开采的高度和谐统一,建成资源节约型、环境友好型、安全高效型的节能减排及循环经济示范工业园区。四、未来发展的方向与设想
    1、建设全国乃至世界上第一个瓦斯零排放的矿井
    煤矿生产过程中瓦斯通过一下渠道排出,一是通过抽排泵站排出,二是通过矿井主通风机排出,三是通过在煤矿未开采区域地面钻井抽采煤层气。将抽排系统中浓度在8%及以上的抽排瓦斯用于低浓度瓦斯发电;将抽排系统中浓度小于8%的抽排瓦斯掺混到通风瓦斯中通过高温氧化产生过热蒸汽发电利用;地面钻井抽采的煤层气经过加工净化并入天然气管道或液化利用。通过三种利用方式,使矿井生产过程中排出的瓦斯基本全部得到利用,不直接向大气中排放,实现矿井生产过程中瓦斯零排放。大佛寺矿井已经建立了矿井生产过程中瓦斯零排放的煤矿瓦斯利用模式,使大佛寺煤矿成为全国乃至世界上第一个瓦斯“零”排放的矿井。
    2、实施整个彬长矿区零排放示范工程
    在探索实践大佛寺煤矿瓦斯“零”排放基础上,陕煤集团编制了《陕西彬长矿区矿井瓦斯零排放规划》。陕西省发改委以《关于建设国家煤矿瓦斯零排放示范矿区矿区的请示》向国家能源局请示,国家以国能煤炭(2013)410号文件进行了批复并给予大力肯定和支持。文件要求:“示范矿区建设要统筹规划、分步实施、与煤炭开采有序衔接;… … ‘十三五’期间在彬长矿区其他矿井扩大示范规模和范围,推进落实各项建设任务,实现彬长矿区瓦斯零排放目标。” 
    通过在彬长集团大佛寺煤矿和彬长集团其它四对矿井实施低浓度瓦斯发电、通风瓦斯利用和地面煤层气抽采工作,实现彬长矿区煤炭生产过程中瓦斯零排放目标。
    3、在陕煤高瓦斯矿区推广瓦斯零排放模式
    在实现整个彬长矿区煤炭生产过程中瓦斯零排放目标以后,积极在整个陕煤集团其他高瓦斯矿区进行零排放模式推广,努力使整个陕煤集团高瓦斯矿区建设成为瓦斯零排放矿区。
    4、建立全国煤层气瓦斯开发利用工程示范 
    根据2012年瓦斯等级鉴定结果,我国现有瓦斯矿井8997处,占全国矿井总数的73.3%;高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井3284处,占全国矿井总数的26.7%。另外,国有大型煤矿中,高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井所占比率高达44%。
    据2013年煤矿瓦斯防治部际协调领导小组第十次会议上的数据,2012年,我国煤层气(煤矿瓦斯)抽采量为141亿立方米、利用量为58亿立方米。其中,煤矿瓦斯抽采  量为114亿立方米、利用量为38亿立方米,利用率为33.3%;地面煤层气产量为27亿立方米、利用量为20亿立方米,利用率为74%。也就是说,2012年,我国有76亿立方米的煤矿瓦斯未得到利用。
    2011年,全国煤矿风排瓦斯量约为190亿立方米,其中国有重点煤矿风排瓦斯量为77。8亿立方米,地方国有煤矿风排瓦斯量为29。8亿立方米,乡镇煤矿风排瓦斯量为82。9亿立方米。
    通过彬长矿区煤炭生产过程中瓦斯零排放的实践,首先建成陕西省煤层气瓦斯开发利用工程示范,总结评价运营模式、经营理念、安全效益、社会效益、经济效益、推广应用前景,为全国瓦斯治理利用做出示范,积极申请建立国家煤矿瓦斯综合利用工程示范基地。
 

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