今年11月，在《聯(lián)合國氣候變化框架公約》第三十次締約方大會（COP30）期間，我國與歐盟、巴西發(fā)起成立“碳排放權(quán)交易市場開放聯(lián)盟”。該聯(lián)盟共包括11個國家和地區(qū)，旨在建立起一個跨國合作框架，實現(xiàn)“互通、透明與可信”的全球合規(guī)碳市場網(wǎng)絡(luò)。

今年9月24日，在聯(lián)合國氣候變化峰會上，我國宣布了新一輪國家自主貢獻目標，首次將甲烷等非二氧化碳溫室氣體納入總量控制范圍。根據(jù)國際能源署《2024年全球甲烷追蹤》報告，工業(yè)革命以來，甲烷對全球溫度升高的貢獻率約30%。

甲烷是瓦斯的主要成分，煤炭開采釋放大量瓦斯。中國安全生產(chǎn)科學研究院院長周福寶指出，我國煤層甲烷資源分布廣、儲量大，埋藏深度小于2000米的煤層甲烷總量達36.81萬億立方米。我國煤礦每年排放甲烷超過290億立方米。

中國工程院院士、太原理工大學學術(shù)委員會主任金智新指出，我國井工煤礦排放的瓦斯占煤炭行業(yè)的80%以上。

“碳交易市場發(fā)展是大勢所趨。未來，我國建立的強制碳市場和自愿碳減排市場，將會在國際碳減排市場上發(fā)揮重要作用?！睉?yīng)急管理部信息研究院（煤炭信息研究院）副院長劉文革說，“我們應(yīng)抓住機遇，大力開發(fā)煤炭甲烷自愿減排項目，提升煤礦瓦斯治理水平，努力開創(chuàng)以減排促利用、以利用促抽采、以抽采保安全的新局面，為實現(xiàn)‘雙碳’目標作出貢獻。”

瓦斯監(jiān)測更快速更精準

自2021年全國碳排放權(quán)交易市場正式啟動以來，我國形成了強制碳市場和自愿碳減排市場雙輪驅(qū)動的格局。

據(jù)介紹，強制碳市場指全國碳排放權(quán)交易市場，是一種由政府法規(guī)推動的碳交易機制。自愿碳減排市場指CCER（中國核證自愿減排量）市場，是一個通過市場機制激勵溫室氣體減排的平臺。自愿碳減排市場允許企業(yè)和個人自愿開展額外的減排項目（如植樹造林、發(fā)展可再生能源、回收甲烷等），產(chǎn)生的經(jīng)核證的減排量可以在市場上交易，從而使企業(yè)獲得經(jīng)濟收益。

自愿碳減排市場促進我國煤礦瓦斯減排經(jīng)濟可行性、煤礦瓦斯減排技術(shù)創(chuàng)新能力、煤礦瓦斯利用率不斷提高，也對甲烷排放監(jiān)測機制提出了更高要求。

“煤層甲烷含量是衡量煤層內(nèi)甲烷資源儲量、排放總量的最核心指標，是研判重大風險、評估煤層氣開發(fā)潛力的關(guān)鍵參數(shù)?！敝芨氄f。

陜煤集團煤層氣公司施工的地面分段壓裂水平井高效預抽瓦斯項目

2023年，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布《深化碳監(jiān)測評估試點工作方案》，要求在煤炭行業(yè)開展甲烷排放監(jiān)測試點工作。

中煤科工集團重慶研究院有限公司副總經(jīng)理張志剛介紹，當前，我國井工煤礦開采的甲烷排放數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)已突破精準感知、融合監(jiān)控與數(shù)字化決策等關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，可實時連續(xù)監(jiān)測瓦斯量，實現(xiàn)準確計量。

“我們正在研究新一代云邊端安全監(jiān)控系統(tǒng)。與現(xiàn)有安全監(jiān)控系統(tǒng)相比，新一代系統(tǒng)開放性更強、安全性更高、智能化特性更顯著。”張志剛說。

“目前，我國煤礦基本都建立了甲烷排放監(jiān)測系統(tǒng)，但大部分煤礦委托專業(yè)機構(gòu)進行煤層甲烷含量測定，面臨周期長、監(jiān)測點布置少、成本高等問題，無法動態(tài)監(jiān)測煤層甲烷排放情況。”周福寶說。

為此，中國安全生產(chǎn)科學研究院創(chuàng)新提出了井下一站式煤層甲烷含量測定新方法，研發(fā)了煤層甲烷含量快速精準測定技術(shù)和瓦斯含量快速測定儀等技術(shù)裝備。

當前，中國安全生產(chǎn)科學研究院研發(fā)的井下一站式煤層甲烷含量測定成套技術(shù)裝備已在山西、陜西、內(nèi)蒙古、安徽等17個省區(qū)的400余座煤礦，以及重慶大學、西安科技大學、河南理工大學等10余所高校和科研院所實現(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用。

“目前，全國溫室氣體自愿減排項目監(jiān)測數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)已建成，但各煤礦瓦斯監(jiān)測數(shù)據(jù)如何與該系統(tǒng)對接尚未明確，亟待盡快出臺相關(guān)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)規(guī)范或指南。”劉文革說。

瓦斯抽采因地制宜應(yīng)抽盡抽

“瓦斯與煤炭同源共生，開發(fā)過程中相互影響。地面抽采和井下開采要相互促進，不能相互干擾?！比A新燃氣集團山西藍焰煤層氣公司總經(jīng)理田永東表示，瓦斯抽采，要能抽盡抽、應(yīng)抽盡抽。

淮河能源集團煤層氣開發(fā)利用公司總工程師丁同福指出，淮南礦區(qū)為松軟低滲煤層群，地面瓦斯治理工程實踐面臨挑戰(zhàn)。

在鉆井工藝方面，煤層氣開發(fā)利用公司采用“鉆前地質(zhì)導向三維建?！@中動態(tài)定位—鉆后綜合判層”技術(shù)方法，將煤層頂（底）板0到2米的鉆遇率提高到90%以上。

在壓裂工藝技術(shù)方面，煤層氣開發(fā)利用公司首次在國內(nèi)淺層煤層開發(fā)中采用“大排量、大沙量、大砂比、大粒徑+連續(xù)加砂”的飽和體積壓裂工藝，實現(xiàn)水平井壓裂裂縫全覆蓋，解決了松軟低滲煤層加砂難等問題。

2021年至今，淮河能源集團在5個生產(chǎn)礦井施工了37口地面瓦斯治理井，涵蓋淮南礦區(qū)的主采煤層。截至今年11月，37口井累計產(chǎn)氣量為4500萬立方米，鉆井成功率達100%。

和淮南礦區(qū)一樣面臨復雜地質(zhì)條件的還有貴州礦區(qū)。貴州礦區(qū)構(gòu)造煤占比高，具有典型的滲透率低、壓裂可改造性差等特點，長期以來被視為煤層氣開發(fā)的禁區(qū)。

近年來，貴州能源集團開展了煤礦井上下瓦斯聯(lián)合治理工作。井下抽采由煤礦依托現(xiàn)有技術(shù)自主進行，地面抽采由貴州烏江煤層氣勘探開發(fā)有限公司負責實施。

貴州烏江煤層氣勘探開發(fā)有限公司總經(jīng)理婁毅表示，實現(xiàn)構(gòu)造煤原位煤層氣開發(fā)理論與關(guān)鍵技術(shù)突破，是貴州煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展亟待解決的問題。

“當前，我們基本找到了制約貴州煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的根本性問題，明確了開發(fā)和攻關(guān)方向?！眾湟阏f，“2024年以來，我們在多個煤層氣區(qū)塊進行三維地震探測，進一步明確了構(gòu)造情況?！?/span>

婁毅坦言，盡管當前已開展煤層氣資源稟賦、探采地質(zhì)選區(qū)等研究，但對相應(yīng)向斜深部煤系氣成藏機理的認識并不清楚，資源評價與有利區(qū)優(yōu)選方法尚無統(tǒng)一標準，煤系氣合采模式尚未形成。

今年4月11日，貴州召開煤礦瓦斯地面抽采推進會，地面抽采從技術(shù)探索階段步入工程推廣階段。

“在煤的生成和煤的變質(zhì)過程中伴生的以甲烷為主的烴類氣體，從安全角度來說是煤礦瓦斯，從資源角度來說是煤層氣。”中國地質(zhì)大學（北京）副校長劉大錳說。

成都理工大學頁巖氣現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)學院特聘院長徐鳳銀指出，截至2024年底，我國累計探明煤層氣地質(zhì)儲量約1.22萬億立方米；累計鉆井2.4萬多口，煤層氣年產(chǎn)能230多億立方米，煤層氣年產(chǎn)量138億立方米。

“我國煤層氣資源量約70萬億立方米，埋藏深度大于2000米的深部煤層氣資源量達40萬億立方米，深部煤層氣開發(fā)潛力巨大?！背啥祭砉ご髮W黨委書記劉清友表示，相比中淺層煤層氣，深部煤層氣儲層以原生結(jié)構(gòu)煤為主，具有地應(yīng)力高、溫度高、滲透率低等復雜地質(zhì)特征，導致深部煤層塑性和非均質(zhì)性更強，深部煤層氣開發(fā)面臨諸多挑戰(zhàn)。

據(jù)介紹，深部煤層氣是指埋藏深度大于1500米煤層（或夾矸）中賦存的以甲烷為主的烴類氣體。自2019年在鄂爾多斯盆地東緣獲得深部煤層氣效益開發(fā)的重大突破以來，我國一大批專家學者創(chuàng)新提出了深部煤層氣相關(guān)富集理論，研發(fā)了一系列勘探開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)。

“傳統(tǒng)觀念認為，埋藏深度大于1000米的煤層氣是沒有開發(fā)效益的?，F(xiàn)在，深部煤層氣取得了很好的開發(fā)效益，這在以前是不可想象的?！毙禅P銀說，目前，我國正在實施4個國家級深部煤層氣開發(fā)示范項目。近5年來，我國新增深部煤層氣探明地質(zhì)儲量近6000億立方米。2024年，在我國煤層氣總產(chǎn)量138億立方米中，深部煤層氣占比達19.6%。預計2030年全國煤層氣產(chǎn)量可達300億立方米，2035年全國煤層氣產(chǎn)量可達400億立方米至500億立方米。

劉清友表示，未來的攻關(guān)方向，應(yīng)針對煤層氣儲層預測難度大、儲層動用程度低的問題，構(gòu)建數(shù)據(jù)池，透明呈現(xiàn)三維地質(zhì)體；針對煤層氣儲層預測符合率低的問題，加強井底數(shù)據(jù)檢測、大數(shù)據(jù)傳輸與智能算法融合；針對深層煤層氣長水平段延伸難、鉆井時效低、成本高的問題，研發(fā)智能鉆頭、井下機器人、導向系統(tǒng)等；針對深層煤層氣壓裂改造效果差、評價難的問題，開展高頻管波壓裂裂縫診斷技術(shù)攻關(guān)等。

“煤層氣開發(fā)技術(shù)的不斷進步，推動了煤層氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大。將煤層氣開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)引進并融入煤礦瓦斯動力災害綜合治理，是實現(xiàn)煤礦瓦斯災害防治關(guān)口前移的重要舉措?！睉?yīng)急管理部信息研究院煤炭清潔發(fā)展研究所副所長王勃說，“圍繞煤礦瓦斯動力災害防治，亟須開展理論和技術(shù)攻關(guān)，為我國煤礦安全生產(chǎn)保駕護航。”

王勃建議，未來，在理論研究方面，深化開展煤與煤層氣（瓦斯）綜合勘查，并融合多種手段開展精細地質(zhì)研究；在治理技術(shù)方面，進一步探究“洞穴消突井+高壓空氣（液氮、二氧化碳）滌蕩+負壓抽采”“地面L型水平井分段壓裂+排采”等煤與瓦斯突出治理方法，以及“頂板L型井分段水力壓裂”“頂板L型井分段水力加砂壓裂+排采”等沖擊地壓治理方法；實施科研—工程一體化項目，研發(fā)適用于煤礦瓦斯復合動力災害的治理技術(shù)并推廣應(yīng)用。

瓦斯利用向超低濃度發(fā)起攻關(guān)

當前，我國瓦斯抽采利用的基本技術(shù)路線為：通過如水環(huán)真空泵等動力源制造負壓系統(tǒng)，將煤層中的瓦斯解析出來，通過管道輸送系統(tǒng)將瓦斯送至地面，再對不同濃度的瓦斯進行利用。

勘探、抽采出的煤礦瓦斯，要如何利用？

劉文革介紹，當前，針對我國甲烷體積濃度高于8%的瓦斯，利用技術(shù)已基本成熟。其中，甲烷體積濃度高于30%的高濃度瓦斯，可被用于內(nèi)燃機發(fā)電、民用燃氣、CNG（壓縮天然氣）、LNG（液化天然氣）等；甲烷體積濃度為8%至30%的低濃度瓦斯，通過符合安全標準的輸送系統(tǒng)，可被用于低濃瓦斯內(nèi)燃機組發(fā)電、供熱等。

早在2008年，山西西山煤電杜兒坪礦就建成瓦斯發(fā)電站，甲烷體積濃度高于8%的瓦斯利用率達81%，瓦斯利用率折純超過1.2億立方米。在山西華晉焦煤集團沙曲一礦、二礦瓦斯發(fā)電站，甲烷體積濃度為8%至30%的低濃度瓦斯已實現(xiàn)梯級利用。

去年12月1日，新修訂的《煤層氣（煤礦瓦斯）排放標準》明確指出，在保障煤礦通風安全的前提下，禁止排放高濃度煤礦瓦斯，禁止排放甲烷體積濃度高于8%且抽采純量高于10立方米/分鐘的煤礦瓦斯。該標準將禁止排放的煤礦瓦斯?jié)舛葟?0%下調(diào)到8%。

今年1月，生態(tài)環(huán)境部推出首個CCER甲烷減排方法學，符合條件的甲烷體積濃度低于8%的煤礦低濃度瓦斯和風排瓦斯利用項目可申請CCER。

充分利用甲烷體積濃度低于8%的瓦斯，是近年來煤礦瓦斯利用領(lǐng)域的重點攻關(guān)方向。

“以前不能利用甲烷體積濃度低于8%的瓦斯，是因為易發(fā)生爆炸。我們從研究爆炸機理出發(fā)，創(chuàng)新了瓦斯爆炸‘四要素’基礎(chǔ)理論?！北本┚l(fā)科技集團董事長楊君廷說。

近年來，中國工程院院士袁亮帶領(lǐng)安徽理工大學與北京君發(fā)科技集團科研團隊，研發(fā)了煤礦瓦斯安全穩(wěn)定燃燒、直流蓄熱氧化、新型氧化等一系列綜合利用技術(shù)，填補了甲烷體積濃度為3%至8%的瓦斯直接利用的技術(shù)空白。

甲烷體積濃度低于3%的瓦斯還能利用嗎？煤炭行業(yè)的工作者們給出了肯定答案。

金智新介紹，針對甲烷體積濃度為1.2%的瓦斯，目前國內(nèi)已有成熟的利用技術(shù)——RTO（蓄熱氧化）技術(shù)。國內(nèi)已建成多個應(yīng)用RTO技術(shù)的每小時百噸立方米級的項目，主要分布在山西、陜西、安徽等地。

2015年，潞安化工集團高河煤礦建成乏風氧化井口發(fā)電項目，填補了乏風氧化裝置技術(shù)空白。該項目裝機容量30兆瓦，年處理乏風瓦斯量94億立方米。

2023年，陜煤集團彬長礦業(yè)公司大佛寺煤礦建成低濃度瓦斯蓄熱氧化供熱發(fā)電項目，年耗瓦斯量9600萬立方米，年供蒸汽量93.4萬噸。2023年底，該礦首次利用超低濃度瓦斯氧化余熱給礦區(qū)供熱。

煤炭行業(yè)的探索并沒有止步于1%，而是向更低濃度邁進。

金智新表示，我國每年甲烷體積濃度小于等于1%的乏風瓦斯排放量折合純甲烷量超過1200萬噸，相當于西氣東輸一年輸氣量的1/12。

“甲烷體積濃度小于等于1%的乏風瓦斯風量大、波動性強、成分復雜，利用難度大?！苯鹬切抡f，對于甲烷體積濃度低于1%的瓦斯，目前仍處于理論研究與室內(nèi)試驗階段。

從技術(shù)路徑看，通過超低濃度瓦斯RTO成套技術(shù)及裝備，可直接處理甲烷體積濃度為0.2%到1%的乏風瓦斯；通過乏風瓦斯RCO（蓄熱催化氧化）技術(shù)，利用催化劑，可實現(xiàn)在較低溫度下對甲烷體積濃度小于等于0.2%的乏風瓦斯的自維持運行和余熱利用。

“未來，乏風瓦斯高效回收與規(guī)模化利用有望成為開發(fā)重點。在現(xiàn)有乏風瓦斯RCO技術(shù)基礎(chǔ)上，應(yīng)加強與生物催化、光電催化、等離子體催化等新型技術(shù)的融合探索，拓展乏風瓦斯資源化利用的催化體系與工藝路線。”金智新說。

全文內(nèi)容請點擊“閱讀原文”

---

聲明：本文系轉(zhuǎn)載自互聯(lián)網(wǎng)，請讀者僅作參考，并自行核實相關(guān)內(nèi)容。若對該稿件內(nèi)容有任何疑問或質(zhì)疑，請立即與鐵甲網(wǎng)聯(lián)系，本網(wǎng)將迅速給您回應(yīng)并做處理，再次感謝您的閱讀與關(guān)注。