美国煤矿甲烷减排技术与政策

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1、美国煤矿甲烷减排技术与政策1概述   甲烷是除二氧化碳外最主要的温室气体，甲烷在全球温室效应中所占的比例约为18％。同时，甲烷比CO2具有更强烈的温室效应，在100年期限内，每克甲烷的温室效应约为每克CO2的21倍左右。   美国是世界第二大产煤国，每年因煤炭开采而排放的甲烷达49～77亿m3。根据美国环保局的调查，1996年被调查的79座煤矿共释放甲烷40亿m3，其中有17座煤矿建立了矿井甲烷利用系统，利用总量为13.9亿m3，有20多座煤矿建立了甲烷抽放系统。而1995年，美国采煤作业所释放出的甲烷量占全美范围内甲烷释放量的12％左右。   美国从70年代开始回收煤矿甲烷，

2、首先是从煤矿安全角度出发。较早开展煤层甲烷抽放的煤矿是吉姆瓦特资源公司（JWR）拥有的位于阿拉巴马州的兰溪三、四、五和七矿。1994年，当JWR在对其兰溪三号矿井进行井下巷道开拓时，遇到了大量的瓦斯涌出，而且单采用通风方式无法解除瓦斯隐患，于是决定预抽煤层甲烷以提高矿井安全水平。后来，JWR和一家石油公司联合应用地面垂直井进行煤层气开发，并成立了黑勇士甲烷公司（BWM）。到1996年，BＷＭ公司的煤层气产量达113万m3／ｄ，平均抽放效率为46％。在所抽放的甲烷中，地面垂直井抽出量占34％，采动区井占62％，井下钻孔占4％。   到1994年，全美范围内有10座煤矿建立了甲烷抽

3、放与利用项目，共抽出甲烷9.9亿m3。而1996年抽放利用量达13.9亿m3。随着煤层甲烷抽放与利用量的增加，减少了温室气体的排放和环境污染。1996年与1994年相比，所减排的甲烷量相当减排2500万ｔCO2。   在美国，从矿井中所回收的甲烷，绝大部分被注入到天然气管道销售。进入天然气管道的煤层气要求甲烷含量在95％以上，并且不含有害气体。除注入天然气管道销售外；煤矿所回收的部分甲烷也用来进行发电或通风空气加热等。在美国，回收甲烷矿井数量和回收甲烷量的增加，主要是由以下四种因素所引起的：   （1）越来越多的煤炭生产者对煤层甲烷回收技术越来越熟悉；   （2）所生产的甲烷除

4、管道销售外，还被生产者通过其它途径加以利用并产生经济效益；   （3）在大多数煤层甲烷生产州中，煤层甲烷的所有权问题已得到解决；   （4）已有的甲烷利用项目证实了煤层甲烷项目经济上的可行性。   此外，联邦能源委员会636和888号法令的颁布，排除了天然气和电力行业限制竞争的因素，为煤矿甲烷生产商进入天然气输送和电力输送领域扫清了障碍。2煤层气减排技术2．1煤层气抽放   在井工矿中，煤层气对矿井安全生产构成很大的威胁。为了解决这些困难，矿井可以通过提高通风量来降低工作面的瓦斯浓度，而在很多高瓦斯矿井或突出矿井则需要建立煤层气抽放系统以解决瓦斯问题。   井工矿可以根据实际情

5、况采用不同的抽放方法，目前主要的抽放方法有采前抽放、开采中抽放和采后抽放。另外矿井还可以采用综合抽放方法以提高抽放率，从而提高矿井安全水平。下面就不同的抽放煤层气方法进行分别描述。   （1）采前地面垂直井抽放方法   采前地面垂直井是在采煤前，从煤层和围岩中抽取高质量煤层气的最佳抽放方法。在设计和施工上，采前地面垂直井与石油天然气井相似，为了提高采气量，地面垂直井一般需要进行压裂处理。地面垂直井可以在采前几年或十几年钻成。由于所抽出的煤层气不会有空气混入，而煤层气中的甲烷含量一般在90％以上，因而所抽放的煤层气可以直接注入天然气输气管道。地面垂直井在早期通常有大量的地层水产出

6、，只有当井筒中水位下降到一定位置后，才能有大量甲烷产生。   使用地面垂直井抽放煤层气所采出的煤层气量取决于钻井时间，若地面井在采前10年就开始生产，煤层气的抽出率有时可达50％～70％。目前在美国，地面垂直井抽放煤层气在矿区中应用较广，尤其是在相对独立的项目中，所抽出的煤层气直接售予天然气管道公司。   美国目前有11座煤矿使用采前地面垂直井抽放技术回收煤层气。所生产的煤层气大部分直接售予天然气管道公司。   （2）采动区井   采动区井一般是在采前从地面打井到煤层上方3～15ｍ左右，当采煤工作面向钻孔推进时，煤层卸压而产生裂隙。由此造成围岩碎裂形成采空区。煤层和周围地层中的

7、煤层气通过裂隙进入采空区。在采空区井中通常需要保持真空以防止甲烷流入工作面。   在初始阶段，采空区可以抽出近乎纯甲烷的气体，但随着时间的推移，矿井中的空气有时会流入采空区，从而使甲烷浓度降低。从采空区井中所抽出的煤层气热值一般在2669～7118ｋｃａｌ／m3。通过严格的管理和监测，采空区井也可以长期生产高浓度甲烷气体。在美国吉姆瓦特资源公司、固本公司和皮博迪公司，目前已从采空区井中生产出优质煤层气。在采空区井中，产气量有时非常高，尤其是在采煤工作面接近采空区井形成岩层碎裂后。吉姆瓦特资源