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煤层气开发利用或迎政策技术风口

2017-9-25 0:00:00 来源:中国矿业报

煤层气勘探开发是全球发展较快的非常规天然气产业。我国必须深度参与国际标准的制定,才能与世界第三大煤层气资源储备国的地位相匹配。当前,尤其是在煤层气治理技术创新、投融资方面,中国要走在世界前列,还需要付出艰辛努力。中国国际卓越煤矿瓦斯治理中心的成立是一个好的起点。

今年的中国国际矿业大会上,最大的亮点无疑是就煤层气设立了专题论坛。来自美国、俄罗斯、英国、加拿大、澳大利亚、波兰、乌克兰、瑞士、格鲁吉亚等国家的专家学者,以及国内学术界的专家教授、学术刊物主编、论文作者等煤层气开发应用领域的各路大咖齐聚互动,交流抽采、利用环节的理论技术心得。

此次分论坛期间,中国国际卓越煤矿瓦斯治理中心举行揭牌仪式。该中心是由山西焦煤集团公司与联合国欧洲经济委员会可持续能源委员会瓦斯专家委员会共同发起的。

用中国工程院院士袁亮的话说,中国国际卓越煤矿瓦斯治理中心的揭牌,是我国乃至世界煤层气利用的重要事件,未来会进一步推动中国和世界煤层气的利用。

这也意味着,不久的将来,煤层气的有效抽取利用将迎风口。

储量世界第三,须加深国际参与

人类认识煤炭的过程,大约始于7200年前,而其被人类初次使用是做成一种煤晶制品的器物。

在大约3500年前,人类真正利用了煤炭的光和热。在《水经注》当中明确记载了煤炭的开采和储存。人类对煤炭的应用也持续推动了产业革命的蓬勃发展几千年。

最新的统计数据显示,2016年,煤炭在全球一次能源中消费占比28%。在中国,这个比例为62%。回溯过去的60年,中国生产了750亿吨的煤炭。到2020年,全球的煤炭产量仍将在90亿吨以上。这充分表明,煤炭在人类文明中起到的作用功不可没。

不容忽略的是,煤炭开采伴随上大量的煤层气的产出。这在明代《天工开物》有明确的记载。当时的开采利用,是用中空的主管放到井下瓦斯通过竹管放到地面。

我国煤层气资源丰富,居世界第三。每年在采煤同时排放的煤层气超过130亿立方米,合理抽放的量应可达到35亿立方米左右,除去现已利用部分,每年仍有30亿立方米左右的剩余量,加上地面钻井开采的煤层气50亿立方米,可利用的总量达80亿立方米,约折合标煤1000万吨。如用于发电,每年可发电近300亿千瓦时。

据统计,截至2010年,中国瓦斯突出矿井1000多座,高瓦斯有2200多座。根据国土资源部的最新统计数据,2015年,中国煤矿煤层气抽采量达到180亿立方米,预计2030年煤层气产量达900亿立方米。

煤层气勘探开发是世界上发展较快的非常规天然气产业。我国必须深度参与国际标准的制定,才能与世界第三大煤层气资源储备国的地位相匹配。

政策加码,管理体系日趋完整

事实上,人们对瓦斯的认识大致划分为三个阶段。

初级阶段,认为是一种有害气体,同时瓦斯也是煤矿安全生产的第一杀手,统计近10年煤矿安全事故,虽然数据在大规模下降,但瓦斯事故还是煤矿一个最大的安全问题。

第二阶段,人们逐步意识到煤层气是一种清洁的资源。同时煤层气排放到大气当中,它的温室效应是二氧化碳21倍,因此必须对煤层气加以利用,减少煤层气向大气的污染排放。这阶段,煤与煤层气共采理论被提出,使煤层气的开发利用进入一个崭新的阶段。

第三阶段,资产化的阶段,利用瓦斯可产碳减排量,是可以交易、低压、融资的重要资产,是碳金融体系中碳币、碳汇的一种表示形成。煤层气利用资产化是工业文明向生态文明的又一次巨大进步。

近些年,我国在煤层气开发利用方面的鼓励和优惠政策在逐步加码。

1994年4月,为了合理开发利用煤层气资源,加强煤层气资源勘探、开发的管理,保障煤炭勘探、规划、设计和开采不受煤层气勘探、开发的影响,煤炭工业部发布《勘探开发管理暂行规定》。强调:煤层气是与煤伴生、共生的气体资源,是优质洁净的能源和化工原料。煤层气资源属于国家所有,国家鼓励对煤层气资源的勘探与开发。

2006年,国务院办公厅出台《关于加快煤层气(煤矿瓦斯)抽采利用的若干意见》,明确将煤层气定位为宝贵的能源资源。我国高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井多,煤矿瓦斯一直是煤矿安全生产的重大隐患。同时,未经处理或回收的煤层气直接排放到大气中,也造成了严重的环境污染和资源浪费。意见强调,要加大煤层气抽采利用力度,强化煤矿瓦斯治理,减轻煤矿瓦斯灾害。在开采环节,凡坚持采气采煤一体化,须依法清理并妥善解决煤层气和煤炭资源的矿业权交叉问题。新设探矿权,必须对煤层气、煤炭资源进行综合勘查、评价和储量认定。煤层中吨煤瓦斯含量高于规定标准且具备地面开发条件的,必须统一编制煤层气和煤炭开发利用方案,并优先选择地面煤层气抽采。并对煤层气抽取利用实施优惠税收政策。

2015年,国家能源局专门编制出台《煤层气勘探开发行动计划》,就煤层气的开发利用就相关的技术研发做了更详细具体的规划。

此次煤层气论坛上,山西省国土资源厅副厅长周际鹏表示,作为煤炭大省,山西省出台并实施了《山西省煤层气资源勘察开发规划(2016~2010)》,在全国首次开展煤层气探矿权公开出让,形成了煤层气管理的山西模式。首次明确了煤层气产业运行政策,形成了全国首份煤层气“用地专业套餐”,建立了煤层气试采管理综合制度,为全国各界试采矿井提供了山西样板。

中国工程院院士、中国国际卓越煤矿瓦斯治理中心治理中心主席、山西焦煤集团有限责任公司总经理金智新表示,目前,山西正在实施全省的瓦斯抽采全覆盖工程,按照规划今年的瓦斯抽采达到113立方米。

碳减排,资金技术要跟上

在2016年的G20峰会上,中国向联合国正式交呈了《巴黎协定》文本,体现了对世界的庄严承诺和责任担当。也由此对国内的温室气体排放提出更严苛的约束与限制。

据世界银行推算,到2020年全球碳排放交易总额达到3.5万亿美元,碳市场将超过石油市场成为第一大能源交易市场。

2013年以来,中国先后在北京、深圳等7个省市开展了碳排放交易权试点工作。截止到今年4月底碳排放的配额成交量达到1.3亿吨,成交额达到28亿元。

我国将在今下半年正式启动全国性的碳排放交易系统——国家碳排放系统。

正是基于上述种种外力的推动,当前,政府坚定的政策保障,为煤层气清洁利用、温室气体减排营造了良好的环境。

在《国家的“十三五”规划纲要》当中,有一个显著的变化是两个数据下降、一个数据上升,即单位GDP能耗要下降15%,单位GDP二氧化碳累计要下降18%,清洁能源使用比例到2030年要由现在的15%增长到20%。这也体现了减少温室气体排放和减缓气候变化的决心和信心,彰显了中国迈向生态文明的新时代。

周际鹏认为,国际卓越煤矿瓦斯治理中心的成立,一方面体现了国际社会对中国乃至山西省在煤层气治理方面工作的支持和认可。另一方面也寄希望采用企业主导、国际合作等NGO形式,以中国山西为基础,以国际化感觉枢纽为平台,培育适用于全球的煤矿瓦斯治理新模式。综合运用先进技术和科学方法,促进碳减排,减缓全球气候变化。

中国工程院院士、中国工程院工程管理学部主任孙永福认为,我国是煤炭生产和消费的大国,应该在煤炭清洁高效利用方面,特别是在煤矿瓦斯治理技术创新方面走在世界前列。更能充分的利用瓦斯、能够化害为利,为积极探索的瓦斯的利用开拓新的领域,让科学技术切实发挥支撑人类发展的进步重大作用。

金智新表示,目前就煤层气利用技术仍面临诸多难题,一是风排瓦斯利用,大部分中国煤矿风排浓度在0.1%左右,与现有的乏风氧化技术装备不匹配,利用率很低。二是采空区抽采瓦斯,容易造成漏风,形成井下的发火。废弃矿井瓦斯抽采利用还需要政策的强力支持。当前袁亮院士正在进行这方面的研究。三是露天煤矿瓦斯捕集和利用,需要进行深入严重。四是特殊地质下瓦斯抽采效率。五是减排利用和激励强度与项目融资模式创新。

他表示,目前国内煤层气利用的空间还很大。日前,中办、国办联合印发《资源环境承载能力检测预警长效机制》,环境成本将计入能源价格形成机制,这对煤炭企业的管理水平和瓦斯的治理能力都提出了更高的要求,这是机遇更是挑战。

针对煤层气抽采和利用的资金来源问题,联合国欧洲经济委员会可持续能源委员会专家雷·皮尔彻表示,PPP形式公私合营制是非常有效的。上个世纪70年代到80年代,美国政府通过政策调整实现了政府、公共部门、私营部门和企业的合作,帮助企业完成融资、技术和市场。他认为,目前不仅要重视技术,还要制定相应政策。“很多技术要加以推广,其实是需要政策的支持。只有这样,在未来煤层气的开采过程中,尤其是投融资方面,才能取得更好的进展。”

深部抽采,三大难题待解

中国工程院院士袁亮表示,近二十年来,中国在煤矿瓦斯防治上做了大量的研究。从“九五”到“十三五”,国家持续重视支持这个领域的研究,形成了具有代表性的成果。一个是走“煤与瓦斯共采,先抽瓦斯后采煤”的路子,变传统瓦斯治理风排为主为高效抽采瓦斯的新构想,这其中关键技术是让煤体送电卸压,增加透气性。另一个是高位环形体理论,通过现场实测发现首采层开采瓦斯场形成机制及分布规律,再通过大型数字模拟就可以从过去的定性走向定量。这也得到了世界采矿大会的认可。

袁亮认为,目前,中国拥有比较成熟的煤层气抽采关键技术装备。一是晋煤集团的低透气性煤层全立体市煤与瓦斯共采技术及装备;二是首采层瓦斯抽采消土技术及装备。目前,已经有成熟的技术通过收采层超前的卸压、超前抽采已经把瓦斯消灭在萌芽状态。目前,煤与瓦斯共采技术在国家发改委、国家安全生产总局、安监局的推动下,实现全行业应用,并且走出国门在澳大利亚得到推广。

北京科技大学教授何学秋表示,中国煤矿和煤层气下一步最主要的问题是深部,瓦斯治理也面临深部的瓦斯如何抽采、利用。如何解决增加煤层的透气性,提高煤层气的抽采量的难题。

何学秋提出,随着深度的增加,抽采难度都大幅度提高。新挑战之一是高地应力导致突出,冲击危险非线性加大,通过实际统计数据也可以看出来,深度增加,动力矿井个数在快速的增多。这些都是实测的瓦斯含量、瓦斯强度、深度变化的情况,我个人建议没有捷径可走,加强监测预警技术装备开发,加强解威技术措施开发,加强防备技术的开发。新挑战之二是高地应力导致煤层呈负指数关系在降低,渗透随着开采深度会快速下降,主要对策是开采解放层,强化采动卸压抽放,优化水利压裂、冲击措施。新挑战之三是高应力强流变导致抽放巷道、钻孔难施工,对策是优化巷道钻孔的布局,优选顶底板合适的岩层布置抽放想巷道和钻孔,到煤层进行抽查。新挑战之四是高应力强流变导致采动影响范围增大,瓦斯涌出加大封孔困难。措施里强化采动卸压抽放,强化通风瓦斯实时检测,采用三相封孔技术来封堵钻孔,提高抽风效率。未来,要加强抽采一体化的理论与技术的研究,特别是要加强强流变条件下,煤层瓦斯抽放的一些新的特征、新的规律,如何来甄透的技术和装备。对灾害的预警方面,现在要实现智慧矿山对动力灾害的预警发展趋势应该是以物理监测趋势为主。

西安交通大学教授张永民认为,无论是以清洁能源利用的煤层气,还是以矿井安全生息为目的的瓦斯抽采,通过改造措施实现煤层增渗还是目前需要解决的首要技术难题。目前,他的团队利用一种可控冲击波技术解决煤层增透难题。□