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陕西煤业化工集团彬长矿区为中国煤矿安全做样板

 手机上财界       2013-06-03 14:39:18       来源: 陕西国资委
  在我国能源消费结构中煤炭占到70%以上,而在煤炭开采中瓦斯作为煤矿安全事故的“头号”杀手,严重制约着煤矿的安全、高效生产。同时,大量煤层瓦斯随着井下抽放和矿井通风排放到空气中,不仅浪费了洁净能源,而且污染了生态环境。

  陕煤彬长矿业集团所属的大佛寺煤矿在瓦斯治理和利用中,通过地面煤层瓦斯预抽及压缩利用、井下瓦斯抽采及低浓度瓦斯发电和矿井通风瓦斯(乏风)综合利用,实现了瓦斯零排放,走出了一条煤矿绿色开采和循环经济发展之路,得到了国家能源局和社会各界的认可。

  在陕西省发改委能源局和陕西煤业化工集团的大力支持下,编制了《陕西彬长矿区瓦斯零排放规划》。根据规划,到2020年整个彬长矿区将实现瓦斯零排放。届时,陕西彬长将成为中国煤矿安全的示范矿区。

  瓦斯零排放——寄托着中国煤炭人的梦想

  瓦斯作为煤矿安全事故的头号“杀手”曾夺去了多少煤矿工人的生命,严重制约着我国煤炭工业安全健康的发展。国家提出煤矿瓦斯综合治理和煤层气开发利用十多年来,虽然取得一定成果,但瓦斯事故仍然是当前煤矿安全的重点问题,煤矿瓦斯利用率相对较低,特别是在我国能源日趋紧张的背景下,大量的煤矿瓦斯燃烧排空,造成了环境污染和资源浪费,也加大了我国节能减排的压力。

  实现瓦斯零排放,使抽出的煤矿瓦斯能够得到充分利用,不再排空,从而减少煤矿安全事故的发生和对大气环境的污染。

  据了解,我国高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井4500余处。国有重点煤矿中,高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井约占49.8%,煤与瓦斯突出和瓦斯涌出量大是制约煤矿安全生产的主要因素;煤矿瓦斯爆炸、瓦斯燃烧、煤与瓦斯突出等事故常有发生,每年因瓦斯事故死亡人数达数百人乃至上千人,造成极为严重的损失。加快煤矿瓦斯治理和利用,是确保我国煤炭工业安全健康发展的必由之路。

  我国能源供需矛盾日益突出也亟须加快煤层气(煤矿瓦斯)的开发利用。我国是世界上最大的能源生产和消费国家之一,保障能源供应对于国民经济可持续发展和国家安全至关重要。目前,我国一次能源外依存度逐年增高。以天然气为例:我国天然气消耗量在总能源消耗量中的比例已增加到11%,国内产量和需求矛盾突出,对外依存度逐年提高:2010年为16%,2011年达到24%,2012年提高到30%以上。预计到2015年,我国天然气市场缺口将达到600亿~800亿立方,对外依存度的提高,进一步加剧了我国能源安全压力。

  在这种严峻形势下,煤层气(煤矿瓦斯)则是弥补常规天然气供应不足的最理想的选择。我国煤层气资源非常丰富,据国土资源部最新的煤层气资源评价结果,全国埋深2000米以浅煤层气地质资源量为36.8万亿立方,超过了国内目前常规天然气的地质资源量(35万亿立方),居世界第三位,可采资源量超过10万亿立方。煤层气(煤矿瓦斯)的开发利用不仅可有效增加国内能源供应,还有利于优化能源结构,提高能源利用效率。

  国家《煤层气(煤矿瓦斯)开发利用“十二五”规划》明确提出,到2015年末,煤层气(煤矿瓦斯)产量300亿立方,其中地面抽采160亿立方,井下抽采140亿立方,但是,目前就地面、井下瓦斯抽采煤层气产量(2011年地面为23亿立方,井下为92亿立方)来说,煤层气开发利用具有十分广阔的空间。

  煤层气的开发利用也有利于缓解我国二氧化碳的减排压力。

  我国是煤炭开采和利用大国,据中国统计年鉴资料,中国煤炭产量由2000年12.99亿吨增加到2011年的35.2亿吨,增长了2.71倍,年均增长率约10%。随着煤炭产量的逐年快速增长,每年我国煤矿向大气中排放的瓦斯量也逐年增加,由2000年的88亿立方增长到2011年280亿立方。

  加快煤层气(煤矿瓦斯)开发,不断提高利用率,可大幅度降低温室气体排放,保护生态环境。若将我国煤矿排放的280亿立方瓦斯全部利用,则可以多获得洁净能源相当于标准煤3400万吨,相当于我国西气东输一期工程输气量(120亿立方)的2.33倍。按每利用1亿立方甲烷相当于减排二氧化碳150万吨计算,则相当于减排二氧化碳4.20亿吨,对我国实现“十二五”减排目标具有重要意义。

  瓦斯零排放——大佛寺煤矿走出煤炭绿色开采新模式

  为了保障煤矿安全、有效利用资源和保护生态环境,近年来,陕煤彬长集团在省发改委能源局以及陕煤化集团的指导和支持下,围绕大佛寺煤矿瓦斯治理,通过地面煤层瓦斯预抽及压缩利用、井下瓦斯抽采及低浓度瓦斯发电和矿井通风瓦斯(乏风)综合利用,实现了瓦斯零排放,逐步摸索出煤矿绿色开采的创新模式。

  在地面瓦斯预抽方面,彬长矿业集团从2009年起先后在大佛寺煤矿打了6口煤层气开发试验井,截至2012年,6口煤层气井累计产气量超过500万立方。其中DFS-C01垂直参数井,自2011年10月2日转为排采井以来,最高日产量超过1800立方。地面预抽产生了积极效果,抽采井控制范围内煤层气(瓦斯)采收率达到50%以上,结合井下瓦斯抽采,有效降低了煤层瓦斯含量和矿井瓦斯涌出量,减少了煤炭生产的瓦斯隐患,为矿井瓦斯防治探索了地面预抽的新途径。

  同时,彬长矿业集团先后在大佛寺煤矿建成并投运了8套井下瓦斯抽采系统,采用煤层瓦斯预抽、边采(掘)边抽和采后抽采等方法进行瓦斯抽采,2011年井下瓦斯抽采量为4495.57万立方,2012年抽采量达到5000万立方。

  通过地面、井下一体化瓦斯抽采,最大限度地降低煤层瓦斯含量和矿井瓦斯涌出量,不仅从根本上解决了大佛寺煤矿瓦斯治理问题,更为难能可贵的是,彬长矿业集团在对所抽采的瓦斯进行充分利用方面走在全国的前面。

  首先对地面抽采的瓦斯进行压缩利用。大佛寺煤矿地面预抽瓦斯浓度高,甲烷含量一般在80%以上,与天然气成分相当,加工处理后可作为优质的民用燃料、汽车燃料或工业原料等进行有效利用。早期通过单纯的燃烧排空处理逐步被压缩利用代替。目前,地面抽采的煤层气(瓦斯)通过管道集中输送到小型压缩站,通过净化压缩向彬县县城销售,截至2012年底,累计向彬县销售压缩煤层气(CNG)110万立方。

  针对大佛寺煤矿井下抽采的低浓度瓦斯(一般在1%~30%之间,平均为11%左右),彬长矿业集团投资约8432万元,在大佛寺煤矿建成了装机容量全国最大的低浓度瓦斯发电厂,年发电量7260万千瓦时,每年消耗浓度8%~30%的瓦斯约2420万立方,相当于减排二氧化碳超过36万吨。该项目2009年初建成投产,截至2012年底,已累计发电1亿千瓦时,取得了良好的经济效益和环境效益。

  该项目是我省首家被国家发改委确定的CDM(清洁发展机制)项目,2009年10月在联合国CDM项目执行理事会成功注册。井下抽采的低浓度瓦斯中,低浓度瓦斯发电厂每年可有效利用2420万立方,剩余的瓦斯量约有2080万立方,其甲烷浓度一般低于8%,不能直接用于发电,大佛寺煤矿将此部分瓦斯作为掺混瓦斯用于乏风发电,从根本上实现矿井低浓度抽采瓦斯的有效利用和零排放,创造了低浓度瓦斯和矿井通风瓦斯(乏风)综合利用的先例。

  大佛寺煤矿2011年矿井总回风量约为17000立方/min,风排瓦斯浓度约为0.3%,照此计算,年风排瓦斯量约为2640万立方。

  为了有效利用矿井风排瓦斯,减排温室气体,实现煤矿开采过程中瓦斯零排放,从2008年底开始,陕西彬长矿业集团和胜利油田动力机械集团共同研制出60000立方/h煤矿乏风氧化装置和技术,并于2010年5月通过国家能源局科技成果鉴定。该装置是目前全国单台处理能力最大的通风瓦斯氧化装置。

  基于这项技术成果,彬长集团在大佛寺煤矿建成我国首座通风瓦斯发电厂,预计年发电量达到3200万千瓦时。大佛寺煤矿通风瓦斯(乏风)发电厂的成功建成投产,标志着我国在煤矿通风瓦斯利用方面取得了实质性突破。项目全部建设成后,每年可回收利用瓦斯3020万立方,相当于减排二氧化碳45.3万吨。

  大佛寺煤矿瓦斯治理与利用的成功经验表明,通过瓦斯综合治理和利用,不仅可减少温室气体排放,保护生态环境,最重要的是为煤矿企业创造了巨大的经济效益,从而调动了煤矿企业的瓦斯治理和利用的积极性。逐步形成了“以利用创效益、以效益促抽采、以抽采保安全、以安全促生产”的煤矿绿色开采和可持续发展模式。也为彬长矿区其他矿井瓦斯治理、利用和实现瓦斯零排放提供了思路,储备了技术和人才,在彬长矿区乃至全国都具有极其重要的借鉴意义。

  瓦斯零排放——2020年彬长矿区实现规划目标

  彬长矿区是国家确定的13个大型煤炭基地之一——黄陇基地的核心矿区,也是我省和“关天经济区”内重要的原煤和煤化工生产基地。彬长矿区煤炭和煤层气资源丰富,这些资源的开发利用对周边城镇经济发展,具有重要的经济和战略意义。

  大佛寺煤矿瓦斯治理与利用的事实证明,彬长矿区瓦斯(煤层气)资源量大、可抽性好、综合利用前景广阔,有条件率先实现煤矿瓦斯“零排放”目标。在陕西省发改委能源局和陕西煤业化工集团的大力支持下,彬长矿业集团委托中煤科工集团西安研究院编制《陕西彬长矿区瓦斯零排放规划》。

  《规划》在充分考虑彬长矿区煤炭资源勘探和开发现状、煤层气(煤矿瓦斯)开发地质和资源条件、市场条件、煤矿瓦斯综合利用技术状况以及国家政策等条件的基础上,决定分两个阶段实施:第一阶段(2012年~2015年):以大佛寺煤矿瓦斯综合利用试点成果为基础,进行集成、放大,以彬长矿业集团自主开发的大佛寺、胡家河、小庄、孟村和文家坡5对矿井为试点,率先实现瓦斯零排放,探索煤矿区瓦斯治理和综合利用技术服务产业化道路。

  第二阶段(2016年~2020年)以第一阶段成果为基础,根据矿区矿井生产建设情况,逐步实现其他矿井瓦斯零排放,最终实现全矿区瓦斯灾害有效治理、瓦斯资源全面利用的目标,最大限度地减轻煤炭开发对大气的影响,为全国类似矿区的瓦斯治理、利用积累经验,树立标杆。

  彬长矿区开发利用煤层气(煤矿瓦斯)有着得天独厚的自然条件。一是煤层气(煤矿瓦斯)资源丰富。彬长矿区13个井田范围,主采煤层的预测煤层气资源总量为153亿立方,按采收率60%计算,可采储量91.80亿立方,按照先采气后采煤的工程部署,每年抽采利用量可达4.5亿立方,可供开采20多年,具有较大的煤层气开发利用前景。二是大佛寺煤矿瓦斯治理和利用积累了宝贵的成功经验,并在瓦斯抽采和利用的关键技术方面取得了重大突破。建成了全国规模最大的低浓度瓦斯发电厂和乏风发电厂,使煤矿瓦斯得到了充分利用,实现了瓦斯零排放。三是潜在市场需求也为彬长矿区的瓦斯充分利用提供广阔的发展空间。近年来,随着关中-天水经济区的快速发展、西安-咸阳经济一体化以及建设西安(咸阳)国际大都市的进程不断加快,对咸阳市、长武县和彬县等城镇经济的快速发展起到了强有力的带动作用,该区对煤炭、天然气、电力等能源的需求急剧增加。根据《咸阳市“十二五”能源发展规划》,到2015年,完成全面气化咸阳工程,全市重点城镇气化率不低于60%,农村电网改造覆盖面达到100%,天然气的供应压力必将加大,安全可靠的电能供应还有待落实。彬长矿区煤矿瓦斯资源丰富,开发潜力巨大,是常规天然气的有效的补充和接替能源,其开发利用对弥补周边县市常规天然气供应缺口,缓解电力供应紧张局面,保证清洁能源稳定供应具有重大意义。四是大力发展煤层气的机遇。煤层气(煤矿瓦斯)属于洁净能源,开发利用煤层气(煤矿瓦斯)资源,不仅有利于提高煤矿安全生产保障程度,而且可以有效利用洁净能源,改善能源结构,同时可以减少温室气体排放,保护生态环境,具有一举三得的重要意义。加之国家对煤层气(煤矿瓦斯)开发利用产业发展的大力支持,我国煤层气开发利用获得了前所未有的发展机遇。

  根据《规划》到“十三五”彬长矿区将成为全国瓦斯治理和综合利用示范矿区,年综合利用瓦斯量11.296亿立方,实现所有生产矿井瓦斯零排放,相当于每年减排二氧化碳超过1690万吨,从而使煤矿安全生产进一步得到保障,将大大促进矿区的煤炭生产效率,增加原煤产量,降低煤矿安全投入,取得较好的经济效益和环境保护效益,对提高全国瓦斯综合治理水平、减少温室气体排放具有重要示范意义。

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