贵州煤层气开采技术的研究与利用.pdf

煤 炭 科 技 COAL S CI ENCE T ECHNOLOGY MAGAZI NE 2 0 0 9年第 2期 No ． 2 2 0o 9 文章编号 1 0 0 8 3 7 3 1 2 0 0 9 0 2 0 0 3 6 0 3 贵州煤层气开采技术的研究与利用 杨世勇 ， 毛登强 ， 杨洪毅 ， 岳宗洪 1 ． 贵州黔西安全生产监督管理局 ，贵州 黔西5 5 1 5 0 0 ；2 ． 贵州大学 矿业学院 ，贵州 贵阳5 5 0 0 0 3 摘要 对 贵州煤 层气 的开 采技 术和煤 层气 综合利用 进行 了初 步分析 。 煤 层气开 采有利 于 防止 瓦斯事故的发生， 还能把废气变为有用的资源， 缓解能源紧张局面 ， 优化能源结构 ， 减少温室气 体排放， 减轻大气污染。此外煤层气的开发利用在经济效益方面也是十分可观的。 关键 词 煤层 气； 抽 采技 术； 综合利 用； 社会 效益 中图分类号 T D 8 4 文献标志码 B 煤层气是指赋存在煤层中以甲烷为主要成分的 非常规天然气 ，属天然气 的一种 ，甲烷 占 8 0 ％ ～ 9 0 ％，一般组 分 为 C H 4 、 C O 2 、 O 2 ， N 2 、 C O、 H 2 s 、 N O x ， 是 煤化过程中产生的气体 ， 与煤共存 ， 又称瓦斯 ， 是一 种潜在的洁净能源 ， 蕴藏量极为丰富。 据国际能源机 T C P ／ I P协议与其他系统通信 ． 并传递现场设 备的实 时监测信息 系统 由 P L C 可编程逻 辑控制 器 及 其远 程扩 展 模块、 触摸屏 、 检测部分 模拟量和开关量 、 执行部 分 、 远程监控设备等组成 。 2 ． 2系统的主要功能 2 ． 2 ． 1 控 制功 能 系统能实现风机的启停 、 切换及反风操作； 风门 的开闭 单 、 双电机运行的选择。具备手动， 近控／ 远 控 3种工作方式 ．手动方式是在触摸屏上实现对各 个高压柜及低压柜断路器的单独控制 近控方式可 实现在触摸屏上一键启停 采用远控方式时风机的 启停等控制由调度室工控机完成 2 ． 2 ． 2监 测 功 能 系统 可实时监 测风机 性能参 数 ， 包 括矿 井负压 、 差压、 绝压 、 流量 、 效率、 轴功率。实时监测风机配用 电机的电气参数 ， 包括电流 、 电压 、 功率 、 功率因数。 实时监测设备的状态参数 ， 包括转速 、 振动烈度、 轴 承 温度 、 风 道温度 。 2 ． 2 ． 3信 息处理 功能 信息处理功能主要有 ①数据实时显示、 存储、 构 I E A 估计 ， 全球陆上煤 田埋深超过 20 0 0i n的煤 层气资源量约为 2 6 0万亿 I T I ， ． 是常规天然气探明储 量的两倍多。 其中， 俄罗斯 、 加拿大、 中国、 美国、 澳大 利亚等国均超过 l 0万亿 m ， 。 我国煤层气资源丰富 ． 全国大于 5 o o o亿 m 的 查询、 打印以及远程传输。 ②报表自 动生成、 存储、 查 询、 打印。 ③对通风机运行故障在线报警并能自动生 成一定时期内风机性能测试报告 包括各种性能曲 线、 故障诊断、 检修建议等 。 ④在模拟动画图上实现 监测参数的实时显示 3结 语 ～ 基于P L C和组态 软件开发 的主要 通 风机在 线监 控系统已在永煤集团新桥煤矿投入使用。 经过 l a多 的运行 。 该系统稳定可靠 。 维护方便 ， 监控过程显示 形象直观．很好地满足了煤矿对主要通风机这一重 要设备的监控要求 ．并且接入了煤矿现有的综合 自 动化系统． 满足了现代数字化、 自动化矿井的管理要 求． 为煤矿的安全生产提供了良好的保证． 具有直接 的经济效益 ， 作者简介 刘景勇 1 9 7 2 一 ， 男， 江苏徐州人， 2 0 0 4年 毕业 于 中国科技大学电子信息工程专业 ． 中国矿业大学在读控制 工程硕士研究生，永煤集 团公 司新桥煤矿注册安全 工程师、 信息系统管理工程师。 收稿 日期 2 0 0 9 0 2 2 3 2 0 0 9年第 2期 杨世勇等 贵州 煤层气 开采技术的研究与 利用 3 7 含煤层气盆地f 群 共有 1 4个 。 埋深 2 0 0 0 m 以浅煤 层 气 地质 资 源量 约 3 6万亿 m3 。 l 0 0 0 m 以浅 、 1 0 0 0～1 5 0 0 m和 l 5 0 0～2 0 0 0 m 的煤层气地质资 源量．分别占全 国煤层气资源地质总量的 3 8 ． 8 ％ 、 2 8 ． 8 ％ 和 3 2 ． 4 ％。 贵州以“ 江南煤海” 著称 。 全省煤炭资源远景储 量 2 4 1 0亿 t ． 保有储量为 4 9 8亿 t ， 是江南其他 1 2 个省区的总和． 居全国第 5位． 具有储量大、 煤种全、 埋藏浅、 分布聚、 组合好 的特点 ， 煤层中还蕴藏有丰 富的可供开发煤层气。 煤层含气量高， 预测煤层气资 源量为 3 ． 1 万亿 m ， ． 占全 国总量的 2 2 ％， 仅次于 山 西． 居全国第二位。贵州煤层气资源不仅丰富 ， 而且 品位好 ． 甲烷含量超过每吨 8 m ， 的“ 富甲烷” 区储量 就达 2 ． 9万亿 m， 。 占资源总量的 9 4 ％。我国南方富 煤、 缺油 、 少气的特点使贵州煤层气资源开发利用具 有良好的开发利用潜力 但 由于缺乏对煤层气开发 技术的研究等原因．至今在煤层气开发利用上所做 的工作还是有限的．所以说研究煤层气开采技术及 资源化利用是非常有必要的 1 煤层气绿色开采技术 国家 发展 改 革 委 员会 批 准 了煤 层 气 开 发 利 用 “ 十一五” 规划 ． 将煤层气推 向了开发利 用的产业化 发展渠道 。 并力争到 2 0 1 0年 ． 全国煤层气年产量达 1 0 0亿 m， ， 其 中， 地面抽采煤层气 5 0亿 m， 。 利用率 1 0 0 ％ 井下抽采瓦斯 5 0亿 m3 ， 利用率 6 0 ％以上。新 增煤层气探明地质储量 3 0 0 0亿 m ．并逐步建立煤 层气和煤矿瓦斯开发利用产业体系。 目前 中央财政 将 按 0 ． 2元／ m 3的标 准 对 煤 层 气 开 采 企 业 进 行 补 贴．贵州地方财政还可执行当地 自主补贴和实行税 收优惠政策 ．这给研究贵州煤层气绿色开采技术带 来 了机 遇 1 ． 1 煤层气 抽采技 术的研 究 贵州煤层气抽放技术经历从 “ 高透气性煤矿煤 层气抽 放 ”“ 邻 近层卸 压 煤层气 抽 放 ”“ 低 透 气性 煤 层强化煤层气抽放” 和“ 综合抽放煤层气” 等 4个发 展阶段。今后主要从 以下几个方面加强研究 ① 广 泛采用瓦斯综合抽放技术． 提高瓦斯抽放效率． 不仅 对矿井的安全有利， 而且采出的还是洁净能源 ②煤 与瓦斯共采技术的开发研究 ．有利于提高矿井的综 合生产和利用能力； ③ 提高开采层瓦斯抽放率； ④ 研制功率大、 故障率低 、 打钻效率及成孔率高的新型 钻机及配套设备； ⑤ 加强瓦斯抽放检测、 监控技术 及装备的研究和开发 。 使其实现 自动化 、 智能化、 可 视化和网络化 ⑥ 加强瓦斯抽放前采用计算机模拟 技术的研究 ． 使其达到虚拟化和可视化， 这样可以对 不同的矿井瓦斯分布规律选择最优化的瓦斯抽放路 径， 使其费用最省， 抽放效果最佳； ⑦ 加强研究地质 雷 达 与计 算 机 的 超 前探 测 、 R S与 G P S和 监 控 器 在 瓦斯抽放过程中全程定位跟踪 ．并与工业电视相联 结 ． 使其达到可视化 。 这样有利于在抽放瓦斯出现异 常时及时加以改进． 提高矿井生产的安全性 。 1 ． 2 煤 层气钻 井 的研 究 合理设计煤层钻井程序及有效的钻井工艺 ， 是 确保实现钻成高产、 高效煤层气矿井的前提。目前 ， 煤层气钻井有采空区钻井、水平钻井和垂直钻井 3 种方式。 当前钻井费用很高。 由于激光有着巨大的能 量 ． 从长远来看 ， 我们可以研究激光在煤层气钻井中 的应用。 还可以研发智能化钻井 。 智能化钻井可以在 地质条件 比较复杂的情况下进行。 1 ． 3 提高煤层气渗透率的研究 甲烷浓度与渗透率相关 ．瓦斯试井是确定渗透 率最准确的方法 ， 但是费用很高 一次大约 7 0 0 0～ 1 5 0 0 0美元1 ． 若为多煤层则费用更高。确定煤层气 渗透率变化 的另一方法是依靠微电极测井 。大量资 料表明 ．对煤层渗透性起决定作用的是煤的节理系 统 。 实践 表 明 ． 一旦煤 层开采 引起 岩层 移动 ， 即使是 渗透率很低的煤层．其渗透率也将增大数十倍至数 百倍 ． 为瓦斯运移和抽放创造 了条件 。 因此研究提高 渗透率的办法有 ①若在开采时形成采煤和采瓦斯 两个完整的系统． 即形成“ 煤与瓦斯共采”技术在开 采高瓦斯煤层的同时 ．可利用岩层运动形成的良好 条件同时开采煤层气 ② 用有机溶剂压裂来提高煤 层渗透率 ③ 水力压裂在美 国已成为提高煤层渗透 率和煤层气升产能的重要手段；④ 煤层卸压法； ⑤ 渗透率随煤层埋藏深度的增大而减小．随原始储层 压力的增大而降低．天然裂隙发育有利于提高渗透 性 可研究并利用与天然裂隙发育功能基本相同的 方法来提高渗透率 ⑥ 使用二氧化碳或烟道气提高 煤层气采收率是 目前从煤层中获取甲烷最为有效的 方式 ， 它不但 可强 化 甲烷 气 的 回收 ． 改善商业 化煤层 气经营的效率和效益 ．同时还将大量二氧化碳封存 于地下 ⑦爆破致裂法。 目前 ．提高煤层气甲烷浓度的主要方法是采用 选择合适的吸附剂 变压吸附ff s A 技术是有效的气 体分离提纯方法 ．这种技术的关键也在选择合适 的 吸附剂。研究物理与化学方法的有机结合来提高煤 3 8 煤炭科技 2 0 0 9年第 2期 层的渗透率与甲烷浓度 ．是实现大规模开采煤层气 的最佳途径。 2 煤层气利用 2 ． 1 煤 层气开 发现状和 政策 引导 我国煤层气资源十分丰富 ．是世界上第 3大储 量国。根据最新一轮资源评估结果 ， 我国埋深超过 2 0 0 O m的煤层气资源量达到 3 1 ． 4 6万亿 m ， ．相当 于 4 5 0亿 t 标准煤或 3 5 0亿 t 标准油 ．与陆上常规 天然气资源量相当。而瓦斯的实际利用率不到 2 ％。 贵州煤层气资源丰富．在全国煤层气的资源量 排第二。 具有很好的开发前景。 目前贵州煤层气开发还处 于初级 阶段 ． 利用还 比 较少， 在煤层气 瓦斯 发电利用方面 ， 贵州省投入稳定 运行 的瓦斯发 电机组 2 9台 ． 装机 总量 1 ． 4 5 万 k W。 煤层气是 贵州未 来 的主要能 源之一 为 了认真 贯彻执行国务院办公厅关于加快煤层气 煤矿瓦斯 抽采利用的若干意见 ， 即国办发『 2 0 0 6 ] 4 7号文件中 瓦斯利用的规定．以及贵州省人民政府办公厅关于 加强煤矿瓦斯治理和综合利用工作 的实施意见 ． 黔 府办发 [ 2 0 0 8 ] 8 3号文件中的煤层气 瓦斯 利用 的 规定 ．加快贵州省煤层气综合利用的研究显得尤为 迫切 。 2 ． 2煤层气 综合利 用 2 ． 2 ． 1 煤 层 气 瓦斯1 发 电 目前我国国内煤层气发 电机组生产厂家不多 ． 技术力量较强的有山东济南柴油股份有限公司 ． 山 东胜动机械有限公司， 江苏启东宝驹动力机械厂 ． 株 洲南方燃气轮机制造公司， 浙江义乌发 电厂等厂家。 国外技术较先进的有德国道依茨能源系统 ．卡特彼 勒中国投资公司， G E能源集团等。 煤层气 瓦斯 发电。瓦斯发电的效益也相当显 著 ，据胜利油田胜利动力机械有限公司技术部提供 的数据 ． 如果是 l m 含量 1 0 0 ％的瓦斯可以发 3 ． 2～ 3 ． 3 k Wh ， 如果是 3 0 ％含量的 l m 瓦斯 可以发 1 k Wh 。 瓦斯发电具有投资小 、 建设施工周期短 、 同报率高等 特点 ，目前电力 比较紧张 。可以带来很高的经济效 益。 2 ． 2 ． 2 煤 层 气作 为往 复式 内燃机燃料 在贵州省煤层气比较丰富的地区可以研究瓦斯 作为汽车的燃料 ， 可以把矿区的汽车作为实验平台． 为 以后作 为汽车新 能源 打下基 础 ．也 可作 为石油 缺 乏补充能源 2 ． 2 ． 3 代 替水煤 气 贵州省六盘水地区可在矿区集 中的地方考虑用 煤层气代替水煤气 ．给矿区以及周围地区的人民生 活带来方便 ． 同时节约经济成本。 2 ． 2 ． 4 化 工利 用 煤层气是一种很好的化工原料 。 它可以生产合成 甲醇 、 合成氨及 乙炔 ， 而甲醇、 氨、 氢 、 乙炔是化学工 业的重要原料 ． 具有很高的市场价值。 2 ． 2 ． 5工业燃料 利 用 在省煤层气资源丰富的城市．可以将煤层气作 为工业燃料。瓦斯的热值高、 污染小， 其燃烧所产生 的污染物通常只有石油的 1 ／ 4 0 ． 煤炭 的 1 ／ 8 0 0 ． 可缓 解能源紧张的局面 ． 减少对环境的污染。 3 煤层气开发 利用申请 CD M 清洁发展机制 C D M 是 京都议定 书 所规定 的附件 I缔约方在境外实现部分减排承诺的一种履 约机制 我国政府对在提高能效和优化能源结构领 域发展 C D M项 目方 面持积极态度 ．而对我国企业 来讲 ．对 C D M 的希望一是获得正常商业渠道无法 获得的技术． 二是增加其获得国际融资的可能性。 国 际 目前支持 C D M的资金机构有雏形碳基金 P C F 、 C E R单位 采购 招标机 构 C E R U P T 和联 合 国。 煤层气开发是实施 C D M项 目的重要领域 煤 层气的利用将会收到增加清洁能源供应 、改善煤矿 安全和保护全球环境的多重效益 贵州煤层气的开 发利用 ， 在有条件的地方考虑 申请 C D M． 可以有效 补充煤层气开发利用资金不足的问题 4结 论 1 贵州省煤层气的开发利用可以缓解贵州省 能源紧张的局面，优化能源结构 ．减少温室气体排 放 ，减轻大气污染 ．实现我国国民经济的可持续发 展 。 2 煤层 气 的开 发利用 在经 济效 益方 面也是 十 分明显的 3 煤层气的大力开采和利用有助于防止煤矿 瓦斯事故 的发生．有利于实现煤矿的绿色开采和建 立和谐矿区 作者简介 杨世 勇 1 9 6 3 一 ， 男 ， 贵州赫章人， 1 9 8 6年 毕业 于贵州省煤炭工业学校 矿山机 电专业 ． 贵 州黔 西安全 生产监 督管理局工程 师。 收稿 日期 2 0 0 9 0 2 0 6