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煤層气的资源化与环境保护

煤层气的资源化与环境保护 摘要:煤层气是指储集在煤层及邻近围岩中以CH4为主的多组分气体,它是一种清洁能源,也是天然气的重要补充能源。开发利用煤层气,使其资源化可增加清洁气源、减少煤矿事故及改善环境保护。本文阐述了煤层气的形成、类别、特性、开采方式以及资源化的途径,并以松藻煤矿利用煤层气情况为例,进行了环境效益评价。 关键词:煤层气;煤层气资源化;松藻煤矿;环境效益评价 煤层气的概述 简述煤层气 煤层气俗称“瓦斯”,其主要成分是CH4(甲烷),与煤炭伴生、以吸附状态储存于煤层内的非常规天然气,热值是通用煤的2-5倍,主要成分为甲烷。1立方米纯煤层气的热值相当于1.13kg汽油、1.21kg标准煤,其热值与天然气相当,可以与天然气混输混用,而且燃烧后很洁净,几乎不产生任何废气,是上好的工业、化工、发电和居民生活燃料。煤层气空气浓度达到5%-16%时,遇明火就会爆炸,这是煤矿瓦斯爆炸事故的根源。煤层气直接排放到大气中,其温室效应约为二氧化碳的21倍,对生态环境破坏性极强。在采煤之前如果先开采煤层气,煤矿瓦斯爆炸率将降低70%到85%。 煤层气的开发利用具有一举多得的功效:提高瓦斯事故防范水平,具有安全效应;有效减排温室气体,产生良好的环保效应;作为一种高效、洁净能源,商业化能产生巨大的经济效益。 1.2 煤层气的形成及类别 1.2.1 煤层气的形成 煤层气是由植物腐殖质在高温高压下成煤过程中同时形成的一种可燃气体。在成煤过程第一阶段,即生物化学作用时期,植物遗体在微生物作用下氧化分解成泥炭,此时尚不生成煤层气; 在第二阶段,即煤化作用时期,伴随泥炭向褐煤转变开始生成煤层气;在第三阶段,即深度炭化时期,低炭化褐煤向高炭化煤(气煤、贫煤、无烟煤等)转变时伴随生成大量煤层气。 1.2.2 煤层气的类别 煤层气存在于煤层中,根据其储存状态,可分为三种,即游离煤层气、吸附煤层气和水溶煤层气。游离煤层气也称自由煤层气,一般占煤层气总量的5%~12%。其量值取决于煤层气的压力、温度及煤层空隙率。吸附煤层气在碳分子引力下吸附在煤孔隙内表面上或碳分子团内部,其量约占煤层气总量的80%~95%。吸附煤层气与自由煤层气之间在压力和温度变化时可以相互转化。压力降低温度升高则前者可转变为后者,如压力增高温度降低,则后者可转变为前者。水溶煤层气溶于水中,其含量与煤层水矿化程度、温度及压力有关。 1.2.3 煤层气的特性 煤层气无色、无味、易燃、易爆,其密度比空气小(约为0.55倍),其爆炸范围为5—15%,稍有泄漏会向上扩散,只要保持室内空气流通,即可避免爆炸和火灾。地面井开发的煤层气与常规天然气成分类似,主要成分甲烷。不同煤种、不同深度及不同开采方式产生的煤层气成分相差较大。 2、 煤层气的资源化和环境保护 2.1 我国煤层气开采发展史 我国开始进行煤层气抽采是从20世纪50年代开始的,当时仅有抚顺、阳泉、天府和北票等6个矿井抽采煤层气,年抽采量约60×106m3;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煤气工作,年抽采量为16×107m3;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38×107m3,1996年41个局133个矿井在抽采煤层气,年抽出量达6.307×108m3。1999年,全国共有44个矿务局对矿井进行煤层气的抽采工作。 最近几年,煤矿区煤层气抽采非常活跃。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8.58×108m3;2002年我国共有141个煤矿实施煤层气抽采,年抽采煤层气总量达8.67×108m3;2005年,我国共有228座煤矿进行煤层气抽采,煤层气抽采总量达到21.33×108m3;2006年,我国有重点煤矿286煤层气抽采的矿井有266处,占92.3%。 2.2 实际生产中煤层气的开发方式 在实际生产中,为了避免煤层气大量外排,造成环境污染,从而先将煤层气开发。其开发方式主要可分为利用地面井抽采和煤矿区煤层气井下抽采两类。 地面井开采 煤层气地面钻井开采是在常规天然气开采技术的基础上,根据煤层的岩石力学特性、煤层气储存特点和产出规律发展起来的煤层气开采技术。先在地面钻井后再进行完井。根据地质构造和煤质不同,可分别采用压裂制造空隙和制造洞穴方法完井。 这种开采方式规模大,产量稳定,煤层气甲烷含量高。煤层气略经处理后可输入天然气管道系统供远方用户采用,因而可以替补天然气在缺额期间的使用。 (2) 井下抽采 主要是为煤炭企业生产安全服务。其抽采方式主要有三种。首先是采煤前预抽,其法为在工作面圈定前顺煤层布置钻孔进行预抽放,以降低煤层气量及压力;其次为边掘边抽,即在采煤巷道掘进过

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