淺談開發(fā)利用煤層氣的意義

　　2019年10月11日，李克強總理在國家能源委員會會議上指出，根據(jù)我國以煤為主的能源資源稟賦，科學規(guī)劃煤炭開發(fā)布局，加快輸煤輸電大通道建設(shè)，推動煤炭安全綠色開采和煤電清潔高效發(fā)展，有效開發(fā)利用煤層氣。

　　近日，國家發(fā)展改革委印發(fā)《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2019年本）》，其中鼓勵類項目包括煤層氣勘探、開發(fā)、利用和煤礦瓦斯抽采、利用。實踐證明，煤層氣的開發(fā)利用具有多重價值，不但可以大幅降低煤礦瓦斯事故率、減少礦排溫室氣體，還可作為潔凈能源產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益，對保障能源安全和降低天然氣對外依存度具有十分重要意義。

　　“瓦斯”是煤礦重特大事故的主要災(zāi)害源

　　煤層氣在煤礦俗稱“瓦斯”，是與煤伴生的獨立礦種，屬非常規(guī)天然氣，是近20年在國際上崛起的潔凈、優(yōu)質(zhì)能源和化工原料。煤層氣以甲烷為主要成分，是儲存在煤層中、以吸附在煤基質(zhì)顆粒表面為主、部分游離于煤體孔隙中的烴類氣體。煤層氣熱值是通用煤的2-5倍，1立方米純煤層氣的熱值相當于1.13千克汽油、1.21千克標準煤，其熱值與天然氣相當，可以與天然氣混輸混用，而且燃燒后幾乎不產(chǎn)生任何廢氣，是很好的化工原料、發(fā)電和居民生活燃料。

　　作為煤礦“瓦斯”的煤層氣，長期以來是煤礦重特大事故的主要災(zāi)害源，由此導(dǎo)致的事故主要包括瓦斯爆炸事故和煤與瓦斯突出事故。我國國有煤礦的46%為高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井，瓦斯事故發(fā)生時會誘發(fā)頂板、火災(zāi)或透水等次生事故，煤礦重特大事故中瓦斯事故比例極高。其中，瓦斯突出是一種地質(zhì)災(zāi)害，在大量的有害氣體瞬間涌入后，會使人窒息，但不一定會發(fā)生爆炸。瓦斯爆炸則有三個關(guān)鍵點：一是空氣中氧氣含量達到12%以上，二是瓦斯中甲烷濃度達到5%-16%之間，三是有明火，點火溫度達到650度以上。實踐證明，煤礦開采深度越深，瓦斯瞬間釋放的能量也會越大。目前，我國東部礦區(qū)煤礦開采深度逐年加大，瓦斯事故風險越來越高。

　　為有效治理瓦斯事故，我國煤礦安監(jiān)部門先后制定了煤礦瓦斯治理“先抽后采，監(jiān)測監(jiān)控，以風定產(chǎn)”的“十二字方針”和“通風可靠，抽采達標，監(jiān)控有效，管理到位”的“十六字體系”，但究其根本出發(fā)點來看，更多地還是聚焦在預(yù)防瓦斯事故。目前，我國煤層氣年抽采（井下和地面）量已接近200億立方米。2018年煤礦百萬噸死亡率下降至0.093，瓦斯事故死亡58人，煤層氣抽采使我國煤礦瓦斯事故得到了有效遏制。

　　加強對煤層氣開發(fā)利用可實現(xiàn)變害為寶

　　煤層氣在煤礦的危害，除了會釀成瓦斯爆炸或瓦斯突出事故以外，抽放排空還會造成對大氣環(huán)境的嚴重破壞。加強對煤層氣的開發(fā)利用，不但可以遏制瓦斯事故，還可以減排溫室氣體，作為潔凈能源也有巨大的經(jīng)濟效益。

　　與國際比較，我國煤層氣賦存條件相對較差，同時受地質(zhì)條件復(fù)雜和適應(yīng)性技術(shù)不到位等的影響，目前煤層氣總體產(chǎn)量和利用率還比較低，特別是對于低濃度煤層氣，很多煤礦僅僅實現(xiàn)了抽放排空，沒有得到合理有效利用，而且造成嚴重的大氣污染和溫室效應(yīng)。通常，煤礦瓦斯抽采濃度高于8％的瓦斯，可用于發(fā)電、民用或工業(yè)生產(chǎn)，而濃度低于8%的瓦斯則會直接排空，預(yù)計每年我國約有100億立方米的煤礦抽采瓦斯和200億立方米的通風排放瓦斯因利用困難而直接排空，其溫室效應(yīng)是二氧化碳的21倍。

　　當前，煤層氣作為氣體能源家族三大成員之一，與天然氣、天然氣水合物的勘探開發(fā)一樣，日益受到世界各國的重視。從世界范圍來看，全球埋深淺于2000米的煤層氣資源約為240萬億立方米。美國是世界上煤層氣商業(yè)化開發(fā)最成功的國家。據(jù)BP的分析，預(yù)計2040年前后世界一次能源消費結(jié)構(gòu)中天然氣的占比將逐步超過煤炭和石油。

　　據(jù)統(tǒng)計，我國煤層氣地質(zhì)資源量位居世界第三，居于俄羅斯、美國之后，占世界煤層氣總量的12%。我國42個主要含煤盆地埋深2000米以淺的煤層氣地質(zhì)資源量36.81萬億立方米，資源豐度0.98億立方米/平方千米，埋深1500米以淺的煤層氣可采資源量達10.87萬億立方米，3000米以內(nèi)的遠景資源量達55.2萬億立方米。內(nèi)蒙古、新疆、山西、貴州和云南等三省兩區(qū)因得天獨厚的地質(zhì)資源條件，是我國最具有規(guī)模化開采煤層氣、發(fā)展煤層氣產(chǎn)業(yè)的地區(qū)。

　　2018年，我國一次性能源消費結(jié)構(gòu)中，煤炭占59%，石油占18.9%，天然氣僅占7.8%，天然氣消費占比遠低于近24%的世界平均水平。2018年，我國天然氣消費達到2808億立方米，其中國內(nèi)產(chǎn)量1603億立方米，凈進口量達1205億立方米，對外依存度已經(jīng)超過45%。隨著對生態(tài)環(huán)境保護的要求越來越高，終端能源需求逐步向優(yōu)質(zhì)高效潔凈能源轉(zhuǎn)化，天然氣的需求將繼續(xù)迅猛增長。因此，開發(fā)利用煤層氣可使燃氣在能源消費構(gòu)成中的比重大大提高，對保障能源安全具有重要意義。

　　我國煤層氣清潔高效利用簡況

　　我國《煤層氣（煤礦瓦斯）開發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》提出，到2020年建成2-3個煤層氣產(chǎn)業(yè)化基地；煤層氣抽采量達到240億立方米，其中地面煤層氣產(chǎn)量100億立方米，利用率90%以上；煤礦井下瓦斯抽采140億立方米，利用率50%以上；煤礦瓦斯發(fā)電裝機容量280萬千瓦，民用超過168萬戶。在優(yōu)質(zhì)高效潔凈能源需求日益增長的今天，國家及有關(guān)省區(qū)已出臺多項政策來積極扶持、推動發(fā)展煤層氣產(chǎn)業(yè)，特別是在煤炭主產(chǎn)區(qū)，推動實現(xiàn)煤層氣與煤炭資源的共采。

　　當前，煤層氣清潔高效利用的形式比較多，但常見的有瓦斯發(fā)電、工業(yè)用氣、集中供熱、機械動力、汽車動力、家庭炊事等。簡而言之，凡是用天然氣的地方，都可以用煤層氣作為替代。長期以來，國外對我國煤層氣鉆采技術(shù)實行嚴格封鎖和保密。經(jīng)過20多年探索，我國煤層氣開發(fā)和煤礦瓦斯抽采取得了長足進展，初步形成了一系列勘探、開采和利用的工藝技術(shù)，不少煤層氣企業(yè)找到了適合自己的開采方式。

　　低濃度瓦斯發(fā)電項目可為煤礦提供熱、電、冷等多種產(chǎn)品，以解決煤泥烘干、井筒加熱、生產(chǎn)用電、生產(chǎn)生活用熱、制冷等問題，同時運行過程不產(chǎn)生固體廢物和廢水，產(chǎn)生的廢氣經(jīng)由原來燃煤鍋爐排氣筒排出。由于它能將瓦斯的主要成分甲烷充分熱分解，排出的氣體成分和空氣十分接近。據(jù)了解，目前北京揚德環(huán)境科技股份有限公司、山東淄博新能源公司和勝動公司等致力于低濃度瓦斯利用技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。

　　山西省是煤層氣綜合利用比較成功的省份，山西省的煤層氣地面抽采量占到全國總量的90%。山西晉城是全國最早開發(fā)利用煤層氣的地區(qū)，境內(nèi)的晉煤集團已經(jīng)形成了“煤層氣、天然氣、焦爐煤氣”多氣元開發(fā)利用體系，其倡導(dǎo)的“井上井下聯(lián)合、采煤采氣一體”模式特色鮮明，即通過地面打井與煤礦井下抽取相結(jié)合，實現(xiàn)煤炭和瓦斯的邊采邊抽。如今，沁水煤田已成為我國煤層氣開發(fā)程度最高、生產(chǎn)活動最活躍的地區(qū)之一，擁有煤層氣生產(chǎn)井11000余口。

　　安徽的兩淮礦區(qū)示范工程也成功實現(xiàn)了兩淮礦區(qū)松軟煤層條件下瓦斯安全高效抽采，大幅提高了兩淮礦區(qū)煤炭產(chǎn)量、瓦斯抽采量和瓦斯抽采率，為全國同類條件礦區(qū)安全高效瓦斯抽采提供了成功借鑒和技術(shù)保障，該模式已推廣至全國10 多個礦區(qū)100 多個礦井。

　　不久前，甘肅蘭州市紅古區(qū)海石灣煤礦地面煤層氣抽采項目圓滿結(jié)束，標志著甘肅省真正擁有了自己的第一口煤層氣井。據(jù)甘肅煤田地質(zhì)局黨委書記、局長王永超介紹，該井的目的煤層為中侏羅統(tǒng)窯街組煤二層，埋深適中、含氣量大、資源豐度值高、賦存條件好，具有良好的煤層氣開發(fā)前景。

　　此外，云南、貴州、四川、新疆、內(nèi)蒙古等省區(qū)，煤層氣開發(fā)利用也取得了不俗的業(yè)績。

　　當前煤層氣開發(fā)利用問題與建議

　　“十三五”以來，雖然煤層氣開發(fā)利用取得了長足進展，但也面臨諸多問題，突出表現(xiàn)為礦業(yè)權(quán)壟斷，社會資本難以進入；地方投入與收入嚴重不匹配，煤權(quán)和氣權(quán)歸屬不統(tǒng)一，造成經(jīng)濟糾紛和安全隱患；資源總體探明率低，后備資源嚴重不足，總體投資力度明顯走弱；已開發(fā)區(qū)低產(chǎn)井占比大，產(chǎn)能轉(zhuǎn)化率低、資源動用率低、單井產(chǎn)量低；適用不同地質(zhì)條件的勘探開發(fā)技術(shù)尚未形成等等。對此，筆者提出下述建議，謹供有關(guān)部門決策參考。

　　首先，建議國家理順礦產(chǎn)資源監(jiān)管體制，特別是落實“三氣共采”（煤層氣、致密氣、頁巖氣）協(xié)調(diào)開發(fā)，成為目前當務(wù)之急。新設(shè)礦業(yè)權(quán)應(yīng)依法優(yōu)先出讓給具有技術(shù)、人才、財力和經(jīng)驗的企業(yè)，向構(gòu)造煤、大埋深煤、高應(yīng)力煤要資源，向廢棄煤礦井、采動區(qū)要資源，推進煤層氣、致密氣、頁巖氣“三氣共采”和一體化發(fā)展。同時，建立煤層氣開采權(quán)定期退出機制，積極引進社會資本，打破壟斷僵局。

　　其次，建議有關(guān)部門統(tǒng)籌協(xié)調(diào)煤層氣開發(fā)企業(yè)與煤炭生產(chǎn)企業(yè)之間的合作，統(tǒng)籌煤氣一體化協(xié)調(diào)開發(fā)，統(tǒng)籌考慮礦井內(nèi)煤、水、氣乃至地下空間資源的合理利用，并通過數(shù)據(jù)資產(chǎn)化、管理算法化、運營精準化，使開發(fā)企業(yè)獲得相應(yīng)的經(jīng)濟效益，并產(chǎn)生更大更好的社會效益。

　　三是在國家層面實施大型煤層氣田國家重大科技專項并設(shè)立勘探開發(fā)創(chuàng)新專項基金，支持煤層氣勘探開發(fā)的基礎(chǔ)理論研究和開發(fā)利用工藝的探索和研究。由國家煤層氣質(zhì)檢中心、煤與煤層氣共采和煤炭資源開發(fā)與安全開采國家重點實驗室牽頭，承擔國家煤層氣重大科技研發(fā)任務(wù)，加快推動煤層氣理論創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新。數(shù)據(jù)顯示，“十三五”期間，國家重大科技專項中煤層氣的項目數(shù)量和中央財政資金投入較“十二五”期間分別下降37.5%和49%。建議在國家科技重大專項上持續(xù)加以扶持，根據(jù)實際資源狀況，按大盆地、大區(qū)域，分類進行聯(lián)合攻關(guān)，首先解決占我國煤層氣資源多數(shù)的、難采氣田的有針對性技術(shù)問題。

　　總之，從長遠和綜合來看，推進科技進步和市場化開發(fā)是我國煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的兩個重要引擎，是煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的雙翼。要聚焦煤層氣科技瓶頸問題，加強基礎(chǔ)研究和示范工程攻關(guān)，逐步探索適合我國各類煤層氣資源的系列技術(shù)、工藝、裝備；培育并建立煤層氣市場化開發(fā)機制，積極引進社會資本，打破僵化壟斷局面，支持有條件的煤層氣企業(yè)上市融資，有效提高煤層氣產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益，最終為我國生態(tài)文明建設(shè)和保障能源安全、能源有效供給做出應(yīng)有貢獻。（作者張立寬，系中電傳媒能源情報研究中心研究員）