煤层气是什么

一次能源最好按照种类来分：即可分为常规能源，它主要指化石能源包括：煤炭、石油、天然气、煤层气、油页岩等，新发现的海底的甲烷冰也应当归于这一类。可再生能源，它是可再生的，主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、海洋能、地热能等。核能在我国归于新能源，因此，我国目前的提法是将核能和可再生能源统统归结为新能源。

二次能源一般是指由一次能源转换得到的，普遍是指电力，一般不对二次能源进行划分。如果一定要区分这个电力是由什么一次能源转换而来的，那么可以按照使用的一次能源的定义来划分。但是，国外提出过绿色电力的概念，这些电力使用的一次能源就是可再生能源。

天然气和沼气的主要气体成分上是一样的，但是形成或者说获得是不一样的。关键区别就是获得的方式。天然气是同石油的形成一样的，经历数千万年的演化；而沼气是由生物质产生的，例如麦秸、稻草、芦苇等等农作物和林木灌木发酵生成，这些植物可以每年收获种植，所以说是可再生的能源。

在煤的形成过程中伴随着3种副产品生成——甲烷、二氧化碳和水。由于甲烷是可燃性气体，又深藏在煤层之中，所以人们称它为“煤层气”。

甲烷一旦产生，便吸附在煤的表面上。甲烷的产生量与煤层深浅有关。一般来讲，煤层越深，煤层气越多。

理想的煤层气条件是：煤层深度300米~900米，覆盖层厚度超过300米，煤层厚度大于1.5米，吨煤含气量大于8.51立方米，裂缝密度大于1.5米／条为好。

开采甲烷的关键问题有2个：一是使甲烷从煤的表面解吸下来，一般是靠降低煤层压力来解决，主要办法是通过深水移走来降低压力；二是让从煤层表面解吸下来的甲烷顺利穿过裂缝进入井孔。

煤层气如果得不到充分利用，会带来2大害处：一是在煤层开采过程中以瓦斯爆炸的形式威胁矿工的生命安全；二是每年全球有上千亿立方米的瓦斯进入大气中，对环境造成巨大污染。所以，在很早以前人们就想把煤层气作为资源加以利用，让它化害为利，这便是人们开发利用煤层气的最初动因。

进入20世纪70年代后，受能源危机的影响，人们在寻找新能源方面的积极性空前高涨。在有天然气资源的地方，天然气备受青睐；在没有天然气的地区，煤层气便成为人们寻找中的理想新能源。此外，随着开采和应用技术的进步以及显著的经济效益，又给煤层气的开发利用注入了新的动力。

开发煤层气在经济上的优越性表现在几个方面：勘探费用低、利润高、风险小、生产期长。其勘探费用低于石油的勘探费用，生产气井的成本也较低。一般来讲，煤层气的钻井成功率可达到90％以上，打一口井只需要2~10天。浅层井的生产寿命为16~25年，4米井的生产寿命为23~25年。

现有资料表明：全世界煤层气资源为113.2×1012~198.1×1012立方米。国外对煤层气的小规模开发利用始于上个世纪50年代，大规模开发利用则是从80年代开始的。

目前，美国煤层气的开采在世界上居领先地位，每天煤层气产量已超过2800万立方米。中国煤炭储量为1×1012吨，产量居世界首位，煤层气资源为35×1012立方米，相当于450亿吨标准煤，与中国常规天然气资源相当，已成为世界上最具煤层气开发潜力的国家之一。

根据1980年联合国召开的“联合国新能源和可再生能源会议”对新能源的定义：以新技术和新材料为基础，使传统的可再生能源得到现代化的开发和利用，用取之不尽、周而复始的可再生能源取代资源有限、对环境有污染的化石能源，重点开发太阳能、风能、生物质能、海洋能、地热能和氢能。而石油、煤成气、天然气均为化石能源，不属于新能源。

天然气不是可再生能源。因为天然气不能重复使用。天然气是一种碳氢化合物，经常伴随着矿区原油的开采。以前只能在本地使用，因为不能运到海外。

可再生能源

一次能源可以进一步分为可再生能源和不可再生能源。可再生能源包括太阳能、水能、风能、生物质能、波浪能、潮汐能、海洋温差能、地热能等。它们在自然界可以被回收。它是取之不尽、用之不竭的能源，不需要人类的参与就可以自动再生，是相对于会枯竭的不可再生能源而言的一种能源。

天然气

天然气是指所有的天然气，包括大气圈、水圈以及岩石圈中各种自然过程形成的气体(包括油田气、气田气、泥火山气、煤层气和生物气)。

长期以来被广泛使用的“天然气”的定义是从能量角度的狭义定义，是指地层中天然含有的烃类和非烃类气体的混合物。在石油地质学中，通常指油田气和气田气。其成分主要是烃类，并含有非烃类气体。

煤层气俗称“瓦斯”，其主要成份为高纯度甲烷，是近二十年在世界上崛起的新型能源，其资源总量与常规天然气相当。煤炭开采中排出的大量煤层气作为一种新型能源，具有独特的优势，是优化一次能源结构的重要组成部分，是优质的能源和基础化工原料。同时由于煤层气作为一种有害的危险气体，排放到大气中具有很强的温室效应，既破坏大气层、污染环境，又因其易燃易爆性严重危及着广大煤矿职工的生命财产安全。 山西是煤层气资源大省，煤层气资源量约10×1012m3,占全国总量的1/3， 主要分布在河东、沁水、霍西、宁武、西山五大煤田。经国土资源部审查批准，山西省煤层气探明储量402.19×108m3，可采储量218.39×108m3。其中以沁水和河东煤田最为富集，蕴藏量占全省煤层气总量的80％。沁水盆地煤层气资源量约5.35×1012m3,具有资源分布其中、埋深浅、可采性好、甲烷纯度高（大于95％）等特点，是目前全国第一个勘探程度最高、煤层气储量条件稳定、开发潜力最好的煤层气气田。煤层气资源的开发利用将会为社会创造巨额财富。我国具有丰富的煤层气资源，其开发潜力巨大。按照目前我国石油天然气资源发现率计算（10％），31.46万亿立方米的煤层气资源可获得3万亿立方米的天然气，参照目前天然气的中等价格，即每立方米天然气约1.0元（城市门站价）计算，将会为社会创造3万亿元的财富。事实上，随着科学技术的飞速发展，资源发现率将会大幅度上升，经济价值将不可估量。开发煤层气，形成煤层气产业将对国民经济发展起到巨大的推动作用。开发煤层气是一项庞大的系统工程，建设一个煤层气生产基地将带动道路、管道、钢铁、水泥、化工、电力、生活服务等相关产业的发展，增加就业机会，促进当地经济的发展。特别是对于我市这样一个能源重化工基地，发展煤层气产业对于保护资源、实现煤炭产业深加工及可持续发展、减少温室气体排放、改善大气环境质量，调整产业结构、加快煤化工产业规模化发展、培育新的经济增长点，都具有十分重要的现实意义和深远的战略意义。

陕西省是煤炭资源大省，近几年煤炭生产规模骤增，煤层气涌出量增大，瓦斯爆炸事故时有发生。同时，经济和社会发展对能源的需求越来越大，需要开发新的能源，为此，如何加快煤层气开发，已成为当前煤炭生产中一件突出而紧迫的大事。

1 陕西省煤层气开发经济社会效益显著

煤层气是一种以甲烷为主的多组分气体混合物，地面抽采的煤层气甲烷含量大于90%，热值约33.5kJ/m3，与天然气相当，是一种热值很高的能源。一立方米煤层气按终端利用率计算，相当于1.8～2.0kg标准煤。陕西省煤层气蕴藏量位居全国第三位，资源十分丰富，其中埋深1500m以浅的煤层气资源量1.0886亿m3，相当于16亿～19亿t标准煤，潜在经济价值8708亿元。2000m以浅的资源量13355亿m3，潜在经济价值10684亿元。按抽采率60%计算，每立方售价0.8元，其实际经济价值将达5225亿元。

煤层气和天然气一样，是世界公认的洁净能源。在世界能源消费构成中，天然气占22%，我国仅占2.8%，远远低于世界平均水平。据测算，从现在到2010年，我国国民经济年增长速度若以7%～10%计算，天然气供需缺口将达588亿～900亿m3。煤层气作为潜在的后续新能源，加快开发利用，对改善我国能源结构，缓解天然气供需矛盾将起到重大作用。

煤层气是与天然气一样的气体能源，但煤层气若不很好开发利用，它对大气层又有巨大的破坏作用。煤层气甲烷含量大于90%，甲烷的温室效应约为二氧化碳的20～24倍，对大气臭氧层的破坏力是二氧化碳的7倍。煤层气俗称瓦斯，无色、无味，易爆、易燃。井下空气中甲烷浓度达到5.5%～16%就会遇火爆炸，历来是矿难频发的罪魁祸首。1974～2009年的35年间，陕西省煤炭行业发生死亡10人以上的特大事故37起，死亡1026人，其中就有30起是瓦斯爆炸事故，死亡达941人，占总死亡人数的93%。

开发煤层气可以化害为宝，既可以大幅度降低煤层瓦斯含量而减少瓦斯事故，使煤矿生产安全得到根本改善，又能得到大量可利用的洁净能源，从而降低煤炭生产成本，还可以有效保护大气层环境，可以说是一举三得的大好事。

2 陕西省开发煤层气的条件已经具备

开发利用煤层气是人们对自然界和自然规律认识的升华。过去，由于受技术、资金等条件的制约，未能大量开发。自20世纪80年代以来，开发技术已经突破，世界许多国家已对煤层气进行开发利用。我国确定的开发目标是：到2010年，煤层气探明地质储量2000亿m3，建成5至8个煤层气开发利用基地，煤层气年产量将达到32.5亿m3；到2015年，煤层气年产量力争达到100亿m3，2020年要达到200亿m3。并正式拨出了开发基金。全国主要产煤省已纷纷行动起来。河南省已投入12亿元资金专项治理瓦斯，开发煤层气。贵州水城矿业集团开发利用瓦斯发电，使重特大安全事故得到有效遏制。安徽淮南煤矿10年前瓦斯事故频发，将瓦斯抽放出来变成洁净能源后，企业成了安全生产典型。山西阳泉等地开发的煤层气，已成为当地居民的主燃料之一。今年山西省又投资20.65亿元人民币，实施煤层气综合开发项目，国家发改委已正式批准，成为我国目前规模最大的煤层气开发利用项目。

陕西省的煤层气具有稳定性好、渗透性强、吸附性高、埋深较浅等特性。开发煤层气的条件已经完全具备。

（1）开发技术可行

自20世纪80年代末以来，通过参与国家“六五”至“十五”煤层气攻关项目及国家973煤层气项目、原煤炭部瓦斯治理项目和煤层气参数井项目等，陕西省在煤层气研究、资源评价和勘探试验等方面已基本掌握了煤层气的形成、赋存特点、分布规律、资源评价和储层测试技术，初步建立了煤层气资源数据库，试验了开采技术。特别在煤层气的选区评价、高渗透率区的预测，以及钻探、完井、增产强化措施和气井管理工作等方面均取得了可喜经验，为开发煤层气打下了技术基础。

（2）积累有探采经验

截至2004年底，陕西省煤田地质局、中联煤层气公司、石油天然气公司、华北石油管理局第三普查大队等单位在渭北、陕北矿区共打了14口地面勘探井，进行地面抽采。韩城矿区的试1井已经抽排4年，单井平均日产稳定在800～1000m3，甲烷浓度90%以上。另外，截至2004年陕西省已有17套井下抽放系统，2004年总抽放煤层气4606.05万m3。焦坪矿区下石节煤矿建立了4000kW煤层气发电站一座。

（3）技术队伍较强

有我国较早从事煤层气勘探开发研究的专门机构——煤科院西安研究院、西安科技大学、华北石油管理局第三普查大队、陕西省煤田地质局等，有一批专门从事煤层气研究、并在国外考察学习煤层气勘探开发的专家，有专门从事煤层气勘探开发利用的专业队伍。

（4）可采资源丰富

特别是韩城、焦坪、吴堡等矿区的煤层气含量较高，勘探开发条件比较优越。韩城矿区，面积1120km2，煤层气资源量1289.10亿m3，相当于一个大型天然气田。焦坪矿区，面积180.8km2，煤层气资源量可达137.94亿m3。吴堡矿区，面积93km2，煤层气总资源量为172.62亿～226.64亿m3。

（5）有可供利用的外部条件

当前有两个外部有利条件可以利用。一是《京都议定书》“清洁发展机制”。清洁发展机制，是《京都议定书》中确定的一种发达国家和发展中国家进行温室气体减排项目的合作机制，发达国家通过向发展中国家提供资金和技术，购买发展中国家“可核证的排放消减量”，以履行规定的减排义务。山西晋城煤矿已同世界银行排放交易基金达成了总体协议，出售该项目提供的450万t二氧化碳温室气体10年减排额，仅此一项就回收资金1900万美元。这个条件陕西省完全可以利用。二是可以利用现有的省内天然气管网。这既可节省管网建设投资，又能及时向省内外开拓市场。

3 对陕西省煤层气开发的建议规划

建议陕西省煤层气开发利用，先按十年进行规划，大体分为两期：2006～2010年为近期；2011～2015年为中期。

第一期为探采示范阶段。主要选择有利区块作为试验探采区，通过探采，摸清资源，为以后的大规模开发积累经验。这一期重点抓好两个试验区。第一个是，韩城矿区南部地面抽采试验区。该区煤层气丰度高，可以在已打3口探试井的基础上，扩大探采范围，布置一个探采试验区，打井30口，单井产气平均按1500m3/d计算，日产气总量为45000m3，年产气1640万m3，可供9万户居民生活用气，或供6000kW的燃气轮机发电，年发电量4800万kW·h，估算总投资1.15亿元。第二个是，井下抽采试验区。在总结下石节煤矿井下抽采瓦斯发电经验的基础上，扩大到陈家山煤矿。按年产煤200万t计算，吨煤含煤层气5m3，抽采率60%，每年可抽采煤层气600万m3，建燃气发电2000kW电厂一座，年发电量1600万kW·h，需投资2500万元。另外，对现已开采的30个高瓦斯矿井均可采用井下抽采、采前预抽、高位裂隙抽等方式进行煤层气抽采，用于发电或民用。与此同时，要加大煤层气勘探力度。尽早在全省主要矿区拿出一批煤层气探明储量，为以后大开发打好基础。需打勘探井50口，约投资1.2亿元。可以采取探采结合的办法，以节省投资。

“十一五”期间，全省年采煤层气约8740万m3，共需打井100口，约投资4.9亿元，平均每年需投入1亿资金。

第二期为大开发阶段。在“十一五”取得经验基础上，“十二五”扩大开采区域和开采量，使年产煤层气达到3亿～5亿m3，需打井410～685口，约投资12亿～25亿元，平均每年需投入2.4亿～5亿资金。第二期主要抓好以下几个矿区的开发：

1）韩城矿区。1000m以浅的煤层气资源量为882.49亿m3，按30%探明储量为264.75亿m3，抽采率为60%，可产气158.8亿m3；打井365口，需投资8.2亿元，建成年产气2亿m3的能力。除就近民用外，可将1.5亿m3煤层气并入关中天然气管网。

2）焦坪矿区（玉华、陈家山、下石节、崔家沟）。在“十一五”的基础上，进一步扩大煤层气开采规模，使其年总产气达到1亿m3。除供发电外，可将部分气（5000～6000万m3）并入靖边—西安天然气输气管线，以补充关中天然气不足。按单井产气1000m3/d计算，需打井275口，建输气管线50km，需投资6.5亿元。

3）吴堡矿区。在地面抽采试验的基础上，扩大抽采规模，再打150口井，使年产煤层气达1亿m3，需投资5亿元。

4）府谷矿区。该区测定煤层气吸附参数为10.49～12.38m3/t，可采煤层气按5m3/t计算，单井日产气1500m3，年产气1亿m3，需打地面抽采井184口，投资5.5亿元。煤层气主要用于氮肥厂原料、发电和城镇居民及商业。

按照以上规划，十年内投入30亿元资金，可开发煤层气30亿m3。按三分之一民用，三分之一发电，三分之一用于化工计算，投入产出比为1∶1.5，总产值可达45亿元，创造利税16.8亿元，利税率为37%。另外，10年累计减排二氧化碳9600万t，按照山西晋城煤矿同世界排放基金达成的协议计算，还可收回4.03亿美元的资金，约32亿人民币，仅此一项即可收回全部投资。

4 加快陕西省煤层气开发应采取的措施

1）加强对煤层气开发的统一领导。组建由主管省长为组长、各有关部门主要领导为成员的陕西省煤层气开发领导小组，对省内煤层气勘探开发利用实施统一领导。不另增设办事机构，仅给省发改委增加相应职能，作为其办事机构。

2）组建国有控股的陕西省煤层气开发公司。建议由省煤业集团公司牵头，省天然气公司入股，并吸收社会法人参股，抓紧组建国有控股的陕西省煤层气开发股份公司。其主要职能是：受政府委托，研究编制陕西省煤层气开发利用规划，并列入陕西省国民经济和社会发展规划；组织力量勘探陕西省煤层气资源；制定省内外企业来陕开发煤层气的准入条件、资质审定以及招投标事项；组织实施陕西省煤层气开发利用的项目；负责陕西省煤层气开发利用的气田登记等基础工作。省煤层气开发股份公司组建后，要通过财政支持方式，由其负责组建省煤层气开发工程中心和省煤层气技术重点实验室，作为全省煤层气开发利用的技术支持平台。

3）积极争取国家煤层气专项治理资金的支持。尽快争取把陕西省列为国家煤层气开发利用基地。提前做好规模开发煤层气与天然气输送管道统一共用的前期各项工作，以及其他有关基础设施建设。

4）抓紧制定《陕西省煤层气开发利用条例》，并由省人大颁布实施。依法实施“先抽后采”方针。陕西省所有新建的高瓦斯煤矿，从2006年起一律实行“先抽气、后采煤”的基本建设程序；正在生产的煤层气富集矿井，既要严格执行煤矿安全生产规程，也要严格执行“先抽后采”方针。加快绿色安全煤矿建设，从根本上解决煤矿安全生产问题。在国家确定的煤矿区内，实行采煤权与抽气权相统一，以调动煤炭生产企业开发利用煤层气的积极性，确保采煤、抽气、利用一体化发展。必须强化安全监测监控。加大煤矿安全生产投入，加快煤层气监测监控系统的建设。针对煤层气开发初期投资大、回收期长的特点，明确地方政府对国内外企业来陕开发煤层气的环境支持和有关政策。（编者注：《陕西省煤炭条例》已列入陕西省人大2009年重点立法计划，预计2009年底可颁布实施）。

5）尽快制定煤层气开发利用的优惠政策。建议由省发改委牵头，组织省财政厅、省国土资源厅、省国税局、省地税局、省煤炭局等部门，抓紧制定陕西省煤层气开发利用优惠政策措施。建议对煤层气开发企业免征煤层气资源税、矿产资源补偿费，免征煤层气探矿权、采矿权使用费；增值税按5%缴纳；从企业盈利之日起，所得税可实行“免二减三”等等。利用煤层气发电的上网价应享受可再生能源发电的上网优惠政策。通过地方财政贴息、银行贷款、优先担保、上市融资优先等政策扶持煤层气产业的发展。

6）建立陕西省煤层气开发利用基金。依据陕西省今年初发布的《关于进一步加强煤矿安全生产工作的决定》（陕政发[2005]10号文）精神，对高瓦斯、煤与瓦斯突出、自然发火严重、涌水量大的矿井，从省上规定提取的吨煤20元安全费和其他煤矿按财政部有关规定提取的安全费中，建议将省财政集中的安全基金由吨煤1元提高到1.5元，吨煤增加的0.5元作为陕西省煤层气综合开发利用基金。并改由省煤炭局统一管理、省财政厅监督，专款专用，有偿使用，滚动发展。主要用于煤层气开发、瓦斯治理的技术研究、勘探开发、管理建设以及煤矿专业人员培养、煤矿重大安全课题研究等专项支出。

煤层气开发，既能为国家提供紧缺的清洁能源，又能减少煤矿安全事故和温室气体的排放，能带来显著的社会效益和环境效益。因此，煤层气开发具有正的外部性。但是煤层气开发相对于天然气而言，初期投资高、风险大、投资回收期长。在上述沁水盆地两个开发方案评价中，综合考虑了国家税收补贴政策，故两个方案在经济上可行。如果没有国家优惠的财税政策的支持，煤层气开发就不具有经济性。在建立煤层气项目经济评价模型时，不仅要从经济效益考虑，还要考虑其社会效益和环境效益，即建立煤层气项目开发的综合性经济评价模型。由于煤层气项目开发的社会效益主要以定性分析为主，所以本书主要将煤层气开发的环境效益予以量化。煤层气综合经济效益包括经济效益、社会效益和环境效益。经济效益主要是项目的财务经济效益，社会效益体现在降低煤矿安全事故损失带来的效益，环境效益是减少温室气体排放带来的效益。

从社会效益来看，煤层气开发可以减少煤矿安全事故、防治矿井瓦斯灾害、保障社会稳定。我国国有重点煤矿高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井抽采率偏低，矿井瓦斯抽采系统装备不足，还不能真正实现瓦斯先抽后采，地方国有煤矿和乡镇煤矿大多数没有进行抽采，全国平均瓦斯抽采率不足30%，部分煤矿企业瓦斯灾害仍然很严重。煤矿瓦斯事故仍是“第一杀手”。据统计，新中国成立至2005年7月全国煤矿共发生19起一次死亡百人以上的特大事故，共死亡3162人。其中，15起是瓦斯爆炸事故，死亡2140人，事故起数和死亡人数分别占79%和68%［146］。2005年至2007年9月发生重特大瓦斯事故329起、死亡3082人，占煤矿同类事故起数的58.6%、死亡人数的64.6%［147］。据国家安全生产监督管理总局统计:2008年全国发生较大瓦斯事故63起、死亡290人重特大瓦斯事故18起、死亡352人。2009年2月22日，山西焦煤集团西山煤电公司屯兰煤矿特大瓦斯爆炸事故，造成70多人死亡。实现煤矿安全生产的重点是防治瓦斯，只有在煤炭生产中先抽煤层气后采煤，才能有效地减少采煤过程中的矿井瓦斯涌出量。

从环境效益看，开发利用煤层气可以有效减少温室气体的排放。甲烷是一种主要的温室气体，其温室效应是二氧化碳的21倍(表7－8)，其对全球气候变暖的贡献占15%，仅次于CO2。与CO2相比，甲烷在大气中的滞留时间只有8～12年，而CO2则超过200年，这就意味着甲烷的温室效应是在散发后几十年中完成的，而CO2引起的气候变暖则是在几百年内逐渐实现的，而且其浓度的提高会使对流层的臭氧增加，平流层中的臭氧减少。甲烷对臭氧层的破坏能力是CO2的7倍，臭氧层的破坏将加剧温室气体的产生［148］。甲烷是在成煤的地质变化过程中大量产生的，伴随每吨煤产生的甲烷量可高达200m3。其中的大部分甲烷产生后会从煤中逸出。然而对于未经开采的煤层，每吨煤中吸附的甲烷仍可达25m3。根据国外科学家的研究结果表明:全球甲烷排放量为(520±80)Tg/a，其排放源有稻田、反刍动物、生物质燃烧、天然湿地、垃圾填埋和煤矿开采等，其中煤矿甲烷每年排放量约为(35±10)×106t［149］。

表7－8 温室气体全球变暖潜力值

(据《联合国气候变化框架公约》，1995整理)

注:单位重量温室气体排放在100年周期内对大气温室效应的贡献，取二氧化碳GWP=1。

《京都议定书》于2005年2月16日正式生效，目前国际上碳减排交易十分活跃。我国GDP的增长严重依赖化石能源消费，而且煤炭在能源供给中占据了较大比重，从而导致了大量的温室气体排放(图7－3)。我国是发展中国家，根据《京都议定书》的规定，无需承担温室气体减排的义务。但我国减排的温室气体可以参与国际碳交易。自2005年以来，我国政府通过国家气候变化对策协调委员会制定了CDM项目的三个优先领域:提高能源效率开发利用新能源和可再生能源回收利用甲烷和煤层气。中国开始实行CDM活动的时间较晚，从2006年初开始中国CDM项目出现了显著增长，我国批准的碳交易数量逐年增多。2007年中期，每个月中国主办的CDM项目提交审定的数量大约是全世界的一半［150］。其中开发利用煤层气的CDM项目能带来较好的经济效益。

图7－3 中国、美国和西欧二氧化碳排放趋势(据EIA，2009数据整理)