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加强矿井瓦斯抽采，促进煤炭工业节能减排 0 引言 煤层气是一种以吸附状态为主、生成并储存于煤层及其围岩中的甲烷气体,它既是煤矿事故的“罪魁祸首”,又是一种新型的洁净能源和优质的化工原料，是我国在21世纪的重要接替能源之一,加强对矿井瓦斯的抽采，对促进煤炭工业节能减排具有重要意义。 我国煤层气资源丰富。据统计资料显示，截止到目前，我国煤层气总储量约为36.81万亿立方米,相当于450亿吨标煤或350亿吨标油,与陆上常规天然气资源量相当,仅次于俄罗斯和加拿大，居世界第三位，其中适于开发的约占总量的60%。 随着工业化、城镇化的快速推进及轿车的逐渐普及，我国对能源的需求快速增加，国内油气供需缺口急剧扩大，据国家发改委能源研究所专家的预测，到2010年和2020，中国石油与天然气将缺口1.5亿吨、400亿立方米和2亿吨、1000亿立方米，这给煤层气的发展提供了巨大的空间，同时，利用煤层气相当经济，据测算，1立方米煤层气产生的能量相当于1升93号汽油，而价格却不到汽油的一半。因此，煤层气是我国常规天然气最现实、最可靠的替代能源，开发和利用煤层气可以有效地弥补我国常规天然气在地域分布和供给量上的不足。 近几年，我国煤层气的勘探开发有了实质性的进展，国家已把煤层气的开发列入“十一五”发展规划。目前，我国先后在江西丰城市、河北大城县和山西晋城市建成煤层气井并开始产气。但总体而言，我国煤层气勘探开发力度小，勘探程度和利用率还很低，根据统计显示，截至2004年底，全国共施工地面煤层气井287口，试验井组6个。全国正式登记煤层气区块56个，面积6.577万平方公里，全年全国煤层气利用量约为20亿立方米，为我国实际排放量的1/10，尚不到美国利用量的5%，国有高瓦斯突出矿井平均煤层气的开发率仅为10%左右。开发利用煤层气，对缓解常规油气供应紧张状况、改善煤矿安全生产条件、实施国民经济可持续发展战略、保护大气环境，等多方面均具有十分重要的意义。 2007年国家发展改革委、国家环保总局就煤炭工业节能减排印发了工作意见通知（发改能源〔2007〕1456号），通知规定：到“十一五”末，煤炭企业单位矿井瓦斯抽采利用率达到60%，但是到目前为止国有高瓦斯突出矿井平均煤层气的开发率仅为10%左右，煤炭工业节能减排任重而道远。 1 我国煤层瓦斯赋存、含量情况 1.1瓦斯简介 瓦斯是古代植物在堆积成煤的初期，纤维素和有机质经厌氧菌的作用分解而成。在高温、高压的环境中，在成煤的同时，由于物理和化学作用，继续生成瓦斯。 瓦斯是无色、无味、无臭的气体，但有时可以闻到类似苹果的香味，这是由于芳香族的碳氢气体同瓦斯同时涌出的缘故。瓦斯的主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，如氦和氩等。在标准状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为液体。瓦斯对空气的相对密度是0.554，在标准状态下瓦斯的密度为0.716kg，瓦斯的渗透能力是空气的1.6倍，难溶于水，不助燃也不能维持呼吸，达到一定浓度时，能使人因缺氧而窒息，并能发生燃烧或爆炸。瓦斯在煤体或围岩中是以游离状态和吸着状态存在的。 煤层瓦斯主要成分是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立方米纯瓦斯的热值相当于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。煤层瓦斯空气浓度达到5%-16%时，遇明火就会爆炸，这是煤矿瓦斯爆炸事故的根源。瓦斯直接排放到大气中，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瓦斯，煤矿瓦斯爆炸率将降低70%到85%。瓦斯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 煤层瓦斯的存在状态 煤体是一种复杂的多孔性固体，包括原生孔隙和运动形成的大量孔隙和裂隙，形成了很大的自由空间和孔隙表面。 瓦斯在煤层中存在的状态有两种：一种叫游离状态；一种叫吸附状态。游离状态也叫自由状态，即瓦斯以自由气体的状态存在于煤体的裂缝和孔隙之中。游离瓦斯能自游运动，并呈现出压力来。瓦斯含量的大小，主要决定于缝隙贮存空间的体积、瓦斯压力和温度。 吸附状态又可分为吸着状态和吸收状态两种。吸着状态是由于煤中的碳分子对瓦斯的碳氢分子有很大的吸引力，使大量的瓦斯分子被吸着于煤的微孔表面形成一个薄层。吸收状态是瓦斯分子在较高的压力作用下，能渗入媒体胶粒结构之中，与煤体紧密地结合在一起。 据计算，在天然条件下，煤体中以吸附状态约占90%