我国煤矿瓦斯抽采利用现状及存在问题分析.pdf

声明声明下面论文由免费论文教育网 http//www.PaperE 用 户转载自互联网，版权归原作者所有，本文档仅供参考，严禁抄袭 免费免费论文论文教育教育网网 -1- 我国煤矿瓦斯抽采利用现状及存在问题分析我国煤矿瓦斯抽采利用现状及存在问题分析1 王力，翟成，陆海龙，王欣 中国矿业大学安全工程学院，江苏徐州 221008 E-mailhllvyy 摘摘 要要 本文分析了我国煤矿井下瓦斯抽采技术与利用途径， 并且基于对我国历年井下瓦斯 抽采量、利用量进行统计分析，阐明我国煤矿瓦斯抽采利用现状，指出当前我国煤矿瓦斯抽 放与利用是矛盾的统一体；针对我国煤矿瓦斯抽采利用存在的问题，提出对策，并对今后我 国煤矿瓦斯抽采利用的发展方向提出了建议。 关键词关键词煤矿瓦斯；抽采；利用 中图分类号中图分类号TD712 文献标识码文献标识码A 矿井瓦斯是与煤炭共生的绿色能源，中国煤矿瓦斯资源量达 31 万亿 m3。全国煤矿每年 向大气排放的瓦斯多达 150 亿 m3以上，通过对煤矿瓦斯抽采利用不仅可以保证煤矿的安全 生产，而其具有良好的经济效益和社会效益。近年来煤矿瓦斯抽采利用已经纳入“十一五” 规划项目， 然而我国煤矿瓦斯的抽采利用依然存在很多问题， 所以要加大力度改善我国瓦斯 抽采利用现状，使我国井下瓦斯工业尽快发展壮大，缓解能源紧缺的压力，变害为宝，造福 人民。 1. 瓦斯抽采利用技术及方法瓦斯抽采利用技术及方法 1.1 瓦斯抽采技术瓦斯抽采技术 我国机械抽采瓦斯始于 1938 年，1952 年开始工业应用，我国煤矿井下瓦斯抽采技术， 大致经历了四个发展阶段[1] ① 高透气性煤层预抽瓦斯阶段20 世纪 50 年代初期，我国在抚顺高透气性特厚煤层 首次采用井下巷道和钻孔预抽煤层瓦斯，而且把抽出的瓦斯作为民用燃料加以利用。 ② 邻近层卸压瓦斯抽采阶段20 世纪 50 年代中期，对于煤层群中首采层瓦斯涌出量 比较大的阳泉矿区， 在工作面回风巷和运输巷打上向穿层钻孔抽采邻近层卸压瓦斯， 取得了 满意的效果，以后邻近层卸压抽采瓦斯技术在我国得到了推广应用。 ③ 低透气性煤层强化抽采阶段从 20 世纪 60 年代开始，对预抽效果较差的低透气性 高瓦斯煤层及突出危险煤层， 试验了多种强化抽瓦斯的方法， 如煤层高中压注水、 水力冲孔、 水力压裂、水力割缝、松动爆破等。 ④ 高产高效矿井（工作面）综合抽采瓦斯阶段从 20 世纪 80 年代开始，随着机械化 采煤的迅速发展，开采强度大幅度提高，开采层、邻近层、采空区的瓦斯涌出也急剧增加， 有的采煤工作面瓦斯涌出量已达 70m3/min～80m3/min。单一的抽采方法已无法满足安全生 产的要求，开发了综合抽采瓦斯技术。 目前，我国煤矿井下瓦斯抽采技术及方法主要有[2] ① 从抽采部位上分，有开采层瓦斯抽采、邻近层瓦斯抽采以及采空区瓦斯抽采； ② 从抽采时间上分，有采掘前预抽、边采边抽以及采后抽； ③ 抽采管道形状上分，有钻孔抽采、巷道抽采以及采空区插管抽采。 1本课题得到国家自然科学基金资助项目 （50534090， 50574093） ,国家重点基础研究发展计划 （2005cb221506） 的资助。 -2- 1.2 瓦斯利用途径瓦斯利用途径 瓦斯用途目前主要分为两大类一是作燃料，二是作化工原料。瓦斯作燃料按行业门类 分为民用燃料、发电用燃料、工业用燃料、汽车用燃料和气体工业用燃料及其它类燃料。 瓦斯化工有两条途径一是瓦斯化工，另一条是合成气化工。 现有煤矿瓦斯利用以民用和工业燃气为主，已达到 80，瓦斯发电则是主导发展方向， 瓦斯化工也具有广阔的市场前景。 图 1 瓦斯利用途径分类统计 Fig1 The way of the methane utilization 瓦斯民用的基本技术条件为①瓦斯浓度大于 30；②足够的气源、稳定的气压，当 用于炊事时，气压应大于 2000Pa；③气体混合物中无有害杂质；④完善的气体储贮和输送 设施。瓦斯民用系统一般由抽采泵、储气罐、调压站和输气管道组成。这些最基本的条件， 在技术上比较容易实现。当井下抽采系统中瓦斯浓度平均为 30～50时，可通过加压后直 接供给矿区居民用户。 由于瓦斯的燃烧热值可根据需要进行调整， 而且瓦斯不含煤炭干馏物 质，不需庞大的净化装置进行净化处理，不腐蚀、不堵塞输气设备和管道，因此是极好的民 用燃料气。 瓦斯可作为洁净的工业炉燃料，能够减少污染，改善工业产品质量。工业炉主要包括金 属加工工业炉、硅酸盐窑炉和工业锅炉三种。工业炉以瓦斯为燃料，可以增加传热效率，提 高工业炉的生产率。 瓦斯发电，技术成熟的工艺有燃气轮机发电、气轮机发电、燃气发动机发电和联合循 环系统发电，以及热电冷联供瓦斯发电，在淮南、松藻、水城、皖北等矿区都有应用实例。 2004 年，晋城无烟煤集团公司寺河矿井下瓦斯抽采、寺河 120MW 瓦斯电厂列为亚行贷款 山西省瓦斯综合开发利用子项目。 利用瓦斯发电有很多优越性， 发电机组效率高有利于节约 能源，而且发电机组可以直接使用从矿井抽采的低浓度瓦斯，有利建设坑口电站。另外对于 瓦斯民用系统，发电机组是有效的调峰手段。因此，现阶段发展利用瓦斯发电具有很大的现 实意义。 当开采或抽采的瓦斯是含高浓度纯净的瓦斯气时，把它作为原料气生产一系列化工产 品，可以获得较好的经济效益。以高浓度瓦斯为原料可以生产炭黑、甲醛、甲醇和化肥等化 工产品。 不过瓦斯作为原料气生产化工产品存在一个经济规模问题。 只有足够稳定的气源才 能保证足够的产量。 2．我国煤矿瓦斯抽采利用现状．我国煤矿瓦斯抽采利用现状 2.1 煤矿瓦斯抽采量煤矿瓦斯抽采量 我国开始进行井下瓦斯抽采是从 20 世纪 50 年代开始的，当时仅有抚顺、阳泉、天府和 -3- 北票等 6 个矿井抽采瓦斯，年抽采量约 60106m3；60 年代又有中梁山、焦作、淮南、松藻、 峰峰等局的 20 多个矿井先后开展了抽采瓦斯工作， 年抽采量为 16107m3； 70 年代抽采矿井 猛增到 83 个，抽采量达 24 107m3；80 年代抽采矿井达到 111 个，抽采量达到 38107m3， 1996 年 41 个局 133 个矿井在抽采瓦斯，年抽出量达 6.307108m3。1999 年，全国共有 44 个矿务局（矿业集团）146 对矿井进行井下瓦斯的抽采工作。截至 1999 年的 48 年中全国累 计抽采瓦斯 131.24108m3[3]。 最近几年，煤矿区瓦斯抽采非常活跃。据不完全统计，2000 年，全国有 184 座煤矿建立了 井下抽采系统和地面输配气系统，年抽采量达到 8.58 亿 m3；2002 年我国共有 141 个煤矿实 施瓦斯抽采，年抽采瓦斯总量达 8.67l08m3，与 20 世纪 50 年代初期相比，瓦斯抽采矿井数 量增加了 23.5 倍，年瓦斯抽采量增加了 7.67 倍。2002 年，20 个主要瓦斯抽采矿区共计 95 个抽采矿井的瓦斯抽采量之和为 7.12108m3，占全国瓦斯抽采总量的 82.1。2005 年，我 国共有 228 座煤矿进行瓦斯抽采，瓦斯抽采总量达到 21.33 亿 m3，同比增加 2.04 亿 m3，增 幅为 10.57。 表 1 我国煤矿瓦斯抽采矿井数和抽采量 Tab.1 The number of mines rcising methane drainage and the CMM drainage quantity 时间 抽采矿 井数/个 抽采量 /108m3 时间 抽采 矿井数 /个 抽采量 /108m3 1980 83 3 1994 146 5.8 1981 87 3 1995 150 6 1982 91 2.9 1996 133 6.31 1983 95 3.35 1997 138 7 1984 99 3.5 1998 142 6 1985 112 3.3 1999 146 8 1986 115 3.2 2000 180 9 1987 118 3.5 2001 185 10 1988 110 3.8 2002 190 12 1989 111 3.8 2003 190 15 1990 111 4.5 2004 214 19.29 1991 112 4.8 2005 228 21.33 1992 118 5.55 1993 125 5.5 2006 1-10 月* 266 20.66 注标“*”数据来源于国家安全监管总局调度统计司。 -4- 2006 年 1-10 月，在原国有重点煤矿 286 处高瓦斯和瓦斯突出矿井中，已开展瓦斯抽采 的矿井有 266 处，占 92.3。辖区内高瓦斯和瓦斯突出矿井全部开展瓦斯抽采的有辽宁、 吉林、山西、山东、江西、贵州、云南、陕西、中煤集团公司、神华集团公司共 10 个统计 单位，占 52.6。预计 2006 年井下瓦斯抽采量将达到 24 亿 m3，比 2005 年增加 12.5。 2.2 煤矿瓦斯抽采率煤矿瓦斯抽采率 晋城、抚顺、阳泉、松藻、天府、淮南、盘江、铁法、石炭井、水城、平顶山、芙蓉、 中梁山、南桐、淮北、鹤岗、鹤壁、峰峰、焦作、丰城、六枝是我国目前的主要抽采瓦斯矿 区，各矿区瓦斯抽采情况见表 2。 表 2 我国主要矿区瓦斯抽采量和瓦斯抽采率 Tab.2 The CMM drainage quantity and efficiency in major mine areas 2002 年 2004 年 2005 年 矿区 名称 瓦斯涌 出量 /Mm3 抽采 量 /Mm3 抽采 率 / 抽采 井数 /个 瓦斯 涌 出量 /Mm3 抽采 量 /Mm3 抽采 率 / 瓦斯涌 出量 /Mm3 抽采 量 /Mm3 抽采率 / 晋城 760.65 352.48 46.39 2 357.3105.5330 780.53 381.1 48.82 抚顺 162.11 128.56 79.30 1 121 103 83 132.1 105.6 79.9 阳泉 378.87 117.26 30.95 9 599 306 51.04692.5 385.2 50.2 松藻 194.08 76.55 50.06 6 222 121.650 231 131.3 49 天府 79.41 63.72 80.24 4 67 19.9 30 71 23.5 56.1 盘江 202.49 51.18 26.14 6 316 128 40.5 352 132 37.5 淮南 312.82 49.39 15.87 9 430 150 35 450 162 36 铁法 157.41 44.48 28.80 210.2 60.2 28.63 石炭井 86.20 34.30 39.79 水城 157.29 26.21 18.67 7 215 104.143 230 121.4 39 平顶山 137.27 25.86 20.84 9 208.444 21 221.3 46 22 芙蓉 98.68 24.68 20.98 4 98 16.4523.5 92.32 15.2 21.4 中梁山 51.24 23.96 46.76 2 57.8 26.5245.8 53.2 24.23 46.2 南桐 91.38 22.73 24.87 6 95 13 18.2 96 19.2 21.3 淮北 223.72 18.01 14.15 11 221.385 38 231.2 91 37 鹤岗 92.60 13.21 15.40 8 146 23.2 15.8 158.6 25.7 16.2 鹤壁 134.95 12.38 9.30 8 185.937.2 20 199.3 40.7 22 峰峰 125.69 11.48 12.14 6 160 22.8 14 173.5 25 15.2 图 2 我国近年井下瓦斯抽采量和抽采矿井数变化情况 Fig2 Change trend of CMM drainage quantities and methane drainage mine numbers -5- 焦作 86.81 10.45 12.58 9 129 23 17.8 138.2 27 19.5 丰成 157.29 9.41 15.40 六枝 45.34 8.17 19.04 5 37 7.62 20.4 41.23 9.2 22.31 从表中看出尽管全国年抽采瓦斯量逐年增长， 然而抽采率却依然很低。 每年几十亿立方 米泄漏到大气中去，这个宝贵的清洁能源资源被白白的浪费掉。 2.3 煤矿瓦斯利用情况煤矿瓦斯利用情况 我国从 50 年代开始利用瓦斯， 1952 年抚顺矿务局率先建成了以瓦斯为原料的碳黑厂[4]。 1982 年开始，我国将矿井瓦斯利用工程正式纳入国家节能基本建设投资计划。截止 1999 年 底，已建成投产瓦斯利用工程 60 余处，瓦斯年利用量达 4 亿 m3，输配主干线约 620km，已 建和将要建的瓦斯发电厂总装机容量 8340kW。2000 年，全国已有 160 多座煤矿建立了井下 抽采系统，年抽采量达 8.2 亿 m3，利用量仅达到 5 亿 m3。2003 年统计表明，我国瓦斯利用 总量为 62921 万 m3，利用率平均为 41.1全国历年的瓦斯利用情况见表 3。 表 3 全国瓦斯抽放利用情况统计表 Tab.3 CMM drainage quantity and utilization quantity in our country 年份 抽采量 （108m3） 利用量 （108m3） 利用率 （） 1993 5.36 3.46 64.55 1994 5.6 4.00 71.43 1995 6.00 4.44 74.00 1996 6.34 4.39 69.24 1997 7.29 4.38 60.08 1998 7.42 3.62 48.79 2000 8.58 5.35 61.8 2003 15.2 6.29 41.1 2004 19.29 6.03 31.2 2005 23 9 42.6 2006 32.4 11.5 35.5 我国，目前煤矿瓦斯利用尚处于起步阶段，利用量小，利用率低，没有形成一个规模。 煤矿瓦斯的利用主要集中在瓦斯抽采较高的国有重点煤矿区，尤其是 45 户安全重点监控企 业。主要抽采矿区的利用量见表 4。 表 4 主要矿区瓦斯利用量 Tab.4 The methane utilization quantity in major mine areas 1994 2000 2004 矿区 年抽 放量 108m 年利 用量 108m3 利用 率 年抽 放量 108m3 年利 用量 108m3 利用 率 年抽 放量 108m3 年利 用量 108m3 利用 率 抚顺 118.8 118.8 100128.56128.56100111 111 100 阳泉 89.42 89.42 100117.26117.26100252.4102 60.9 松藻 68.18 30.13 44.276.3556.6 74.199.889.5 90.6 中梁山 22.23 22.23 10023.9623.9610022.922.9 100 芙蓉 20.14 18.05 89.624.6822.0 89.147.636.1 31.3 天府 19.73 13.4 67.963.7223.7737.318.7316.2 99 -6- 南桐 13.64 11.17 81.522.7318.0179.213.44.47 45.6 六枝 19.06 12.82 67.38.17 6.02 73.74.793.78 72.5 铁法 17.6 5.37 30.544.4812.9 29.073.6428.5 43.8 焦作 12.44 7.27 58.410.455.2 49.817.588.56 48.7 丰城 9.82 9 91.69.41 11.8679.314.527.64 72.8 鹤壁 8.2 6.51 79.412.384.97 39.927.124.8 56.4 开滦 8.1 6.84 84.59.12 8.5 93.2 8.5 65.4 2004 年中瓦斯抽采总量达到 19.29 亿 m3，瓦斯利用总量为 6.03 亿 m3，利用率平均为 31.2。其中瓦斯发电约占总抽采量的 1/10，装机总容量为 9 万 kW，其余大部分为民用燃 气；以瓦斯为原料生产的化工产品主要为碳黑和甲醛，3 个正在生产的碳黑厂年产量已达 2000t，抚顺西露天矿甲醛厂年产甲醛 500t。2004 年中，45 户国有重点监控企业已有居民和 工业用户 45 万户，瓦斯发电装机功率 44000kW，是全国用瓦斯发电装机总容量的 50。瓦 斯实际利用量 4.1 亿 m3，占全国瓦斯利用总量的 68，平均利用率为 24.7。晋城、抚顺、 阳泉和松藻 2004 年瓦斯利用量均超过了 6000 万 m3，平均利用率 41.5。2006 年抽采量为 32.4 亿 m3，利用量为 11.5 亿 m3，平均利用率仅为 35.5。[5] 根据上述分析可知，尽管我国瓦斯利用量逐步增加，然而利用绝对量小，利用率低，每 年有大量的瓦斯排空浪费。 3. 存在的问题及对策探讨存在的问题及对策探讨 我国现阶段的煤矿瓦斯抽采和瓦斯利用是一个矛盾的统一体。 一方面瓦斯抽采为满足煤 矿安全生产为第一需要，无论瓦斯量大小、瓦斯浓度高低都必须要抽，瓦斯抽采量不均衡， 瓦斯抽采浓度波动大； 另一方面瓦斯利用为确保民用和满足设备性能要求， 不仅需要稳定的 瓦斯气源，且对瓦斯浓度有一个最低要求（一般不能低于 30） ，因为目前利用途径还局限 在 30以上的浓度瓦斯，这显然是矛盾的。反过来看没有煤矿瓦斯抽采，就没有煤矿瓦斯 利用，在瓦斯抽采尽量满足瓦斯利用的同时，瓦斯利用就必须适应瓦斯抽采的规模、浓度， 最终在保障煤矿安全生产和尽可能扩大瓦斯利用上达到统一。 井下煤层气抽采与利用之间的矛盾关系问题， 决定了我国煤层气井下抽采利用的产业化 进程的方向首先要做好煤层气井下抽采的工作，为煤层气井下抽采利用做好基础；煤层气 的利用工作必须以煤层气井下抽采为基础来开展， 必须适应我国煤层气井下抽采的现状。 只 有这样才能最终实现煤层气井下综合利用的目的。 要做好井下煤层气抽采综合利用工作， 要以煤层气的抽采为基础， 产保证矿井的安全生 为前提。应当采取以下对策 （1）转变对瓦斯抽采的观念。不仅要把瓦斯抽采看作是防治瓦斯的方法，而且瓦斯抽 采还是煤层气井下开发利用的重要组成部分。 瓦斯抽采应纳入矿井开采程序来管理， 要把抽 出瓦斯同煤炭和其它共伴生矿产一样作为煤矿产品来经营。 （2）研究瓦斯抽采技术，提高瓦斯抽采水平。为了充分合理利用瓦斯，必需研究推广 瓦斯抽采的新技术、新工艺、新装备，力争在较短时间内大幅度提高瓦斯的抽采水平，提高 抽采浓度，实现稳定的抽采量，从而达到瓦斯利用的要求。 （3）加强瓦斯浓缩技术和储运技术的研究，消除矿井瓦斯抽采量和抽采浓度不稳定、 储存和远距离输送成本高等不利因素的影响。为了保证可靠的气源供应服务,最基本的是保 证供气量和供气浓度。 -7- 供气量的保证可通过建立矿井井下的备用气源如矿井采空区备用气源系统,废弃矿井 瓦斯紧急备用气源等和采用其他供应气源替代的办法来解决。供气浓度的保证可通过优化 抽采技术、采用瓦斯浓缩技术如“变压吸附法”浓缩和“冷却法”浓缩、设置气体浓度控制设 施等办法来解决。 （4）研究和开发瓦斯利用的新途径，扩大利用范围，瓦斯利用适应瓦斯抽采的规模、 浓度， 最终在保障煤矿安全生产和尽可能扩大瓦斯利用上达到统一， 确保瓦斯资源的充分合 理利用。 开发瓦斯利用的新途径， 改变目前大多数矿井抽采瓦斯主要供民用， 利用形式比较单一 的现状，加大用煤层气发电、化工、工业燃料的利用的研究和投入，大力开展低浓度瓦斯的 利用，如多孔介质燃烧、低浓度瓦斯爆炸发电和矿井乏风的利用等。扩大了利用范围，把煤 层气的利用从矿区内部的家属区供气，扩大到城镇的用电，工业用燃料等。这样把瓦斯利用 作为煤矿发展多种经营的一个效益型项目来开发建设，确保煤层气的合理利用。 4. 结论结论 煤矿抽采瓦斯在我国虽有较大发展， 但仍存在不少问题， 而我国煤矿井下煤层气的抽采 利用则刚刚起步， 更是面临技术、 装备、 人才等许多难题。 利用途径还局限在的高浓度瓦斯， 利用率很低，大部分抽出的煤层气都排空造成严重的浪费。迫切寻求新技术开发新途径，对 煤矿抽采瓦斯进行合理的利用，以用促抽，不仅刺激了抽采技术的发展，而且是一种新的纯 洁能源的利用，既保护了环境，又可以对我国能源结构进行合理调整。所以改善我国瓦斯抽 采利用现状，意义重大。 参考文献参考文献 [1] 林柏泉、张建国.矿井瓦斯抽采理论与技术[M].徐州中国矿业大学出版社,1996. [2] 林柏泉、崔恒信.矿井瓦斯防治理论与技术[M].徐州中国矿业大学出版社,1998. [3] 鲜学福.我国瓦斯开采利用现状及其产业化展望[J].重庆大学学报,2000,2313. [4] 张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术[M].北京煤炭工业出版社,2003. [5] 黄盛初、六文革、赵国泉,等（et al）.中国煤层气开发利用最新进展及项目机会[J].中国煤炭.2007,33 （11）59. The Present Situation Of CMM Drainage And Utilization In Our Country And Analysis Of Its Problems Wang Li, Zhai Cheng, Lu Hailong, Wang Xin School of Safety Engineering, China University of Mining and Technology, Xuzhou 221008 Abstract The paper provides the analysis about the CMM drainage technologies and the utilization way. Based on the statistical analysis of CMM drainage quantity and utilization quantity past years, uate the present status of the CMM drainage and utilization, at the same time it elaborates that the problem is the contradictory unity between the CMM drainage and utilization. To solve this problem, this paper puts forward some corresponding countermeasures. and some suggestions for the development in The Future. Keywords CMM; Drainage; Utilization