瓦斯抽采和利用預(yù)可行性研究 中國山西省騰暉煤礦

中國山西省騰暉U.S.EnvironmentalProtectionMarchE-PublicationNo.E-中國山西省騰美國環(huán)保局（EPA），美國華盛頓2019年3編制說（UP）（GM）持。AR）根據(jù)I和REI免責(zé)聲本報告是為美國環(huán)保局（UPA）準(zhǔn)備的。報告中除使用了公開可用的信息外，還通過與煤UPA沒有：圖示目圖ES-1:評估期內(nèi)煤礦瓦斯涌出來源分布 圖ES-2：基于提議瓦斯抽采方案的年瓦斯產(chǎn)量預(yù)測..........................................................................ES-圖1-1：中國2007-2017年的煤礦產(chǎn)耗 圖1-2：中國2007-2017年煤礦消耗在能源消耗中的占 圖1-3:中國不同埋深的煤層氣資源分布 圖1-4：臨汾轄區(qū)內(nèi)的騰暉煤礦位 圖2-1:評估期內(nèi)瓦斯排放的來源分 圖2-2：噸煤平均年瓦斯涌出 圖3-1：井下基礎(chǔ)設(shè)施施工前在每50m一個硐室內(nèi)進(jìn)行本煤層預(yù) 圖3-2：在2號煤層中間隙4m的本煤層鉆 圖3-3：2號煤層本煤層單一鉆孔的瓦斯產(chǎn)量及瓦斯含量的降低量預(yù) 圖3-4：評價期內(nèi)本煤層抽采的混合氣流量、瓦斯純流量及濃 圖3-5：高低位裂隙帶鉆孔的平面 圖3-6：高低位裂隙帶鉆孔的剖面 圖3-7：評價期內(nèi)裂隙帶抽采的氣體的混合流量、瓦斯純流量及濃 圖3-8:在實地考察礦井期間的瓦斯抽采方案示意 圖3-9:2-104工作面回采進(jìn)度計 圖3-10：2-104工作面本煤層鉆孔平面 圖3-11：2-104工作面本煤層鉆孔剖面 圖3-12：2-104工作面本煤層鉆孔瓦斯生產(chǎn) 圖3-13：2-104工作面本煤層鉆孔瓦斯?jié)?圖3-14：2-104工作面裂隙帶鉆孔剖面 圖3-15：2-104工作面回采期間裂隙帶鉆孔抽采瓦斯產(chǎn) 圖3-16：2-104工作面回采期間采空區(qū)瓦斯?jié)?圖3-17:2-104工作面回采期間進(jìn)入通風(fēng)系統(tǒng)中的瓦斯 圖3-18：2-104工作面瓦斯排放總 圖3-19：2-104工作面瓦斯抽采效 圖3-20：2-104瓦斯涌出量與煤礦總的瓦斯涌出量的比 圖3-21：煤礦瓦斯涌出平衡 圖3-22：礦井不同工作區(qū)域瓦斯涌出分 圖4-1：10號煤層本煤層抽采方案剖面 圖4-2：2號煤層后續(xù)回采預(yù) 圖4-3：10號煤層后續(xù)回采預(yù) 圖4-4：2號煤層關(guān)聯(lián)模型平面 圖4-5：2號煤層關(guān)聯(lián)模型剖面 圖4-6：間隔4m，165m深的單一本煤層鉆孔瓦斯生產(chǎn)率匹配曲 圖4-7：長鉆孔間距模型平面 圖4-8：長鉆孔間距模型剖面 圖4-9：2號煤層中不同鉆孔間距下瓦斯含量下降分 圖4-10：10號煤層中不同鉆孔間距下瓦斯含量下降分 圖4-11:2號煤層本煤定向鉆孔平面 圖4-12:10號煤層本煤定向鉆孔平面 圖4-13:采空區(qū)高位水平定向鉆孔方案剖面 圖4-14：井口負(fù)壓為20kPa時不同鉆孔長度與鉆孔直徑組合時的氣體流 圖4-15:采空區(qū)水平鉆孔1,000mx96mm時，不同井口負(fù)壓的氣體流量（空氣中瓦斯體積比 圖4-16：2號煤層采空區(qū)瓦斯抽采規(guī)劃平面 圖5-1：基于提議的抽采方案的瓦斯產(chǎn)量預(yù) 圖7-1：建議的方案與現(xiàn)行方案之間逐年成本比較（貼現(xiàn)現(xiàn)金流法 圖7-2：年或累積的成本節(jié) 圖7-3：瓦斯生產(chǎn)應(yīng)用后出現(xiàn)穩(wěn)定增長的溫室氣減排 圖7-4：整個項目期間（2021-2029）內(nèi)年發(fā)電 圖表目表ES-1:不同項目選項的投資回報分析條件ES-表ES-2：單一發(fā)電廠稅前投資回報分析.............................................................................................ES-表ES-3:發(fā)電廠及瓦斯抽采項目稅前投資回報分析ES-表ES-4:采用定向鉆孔方案后，節(jié)約的成本ES-表3-1：騰暉煤礦2016年5月10日日瓦斯涌出量統(tǒng) 表4-1：2號煤層待采工作面尺 表4-2：2號煤層的核心儲層參 表4-3：2號煤層抽放時間、瓦斯平均產(chǎn)量和鉆孔間 表4-4：10號煤層抽放時間、瓦斯平均產(chǎn)量和鉆孔間 表4-5：2號煤層采前定向鉆孔預(yù)測計 表4-6：10號煤層本煤層定向鉆孔計劃 表5-1：項目周期內(nèi)的瓦斯抽采 表5-2：基于建議的抽采方案的每年鉆孔 表5-3：新的抽采方案項目期內(nèi)每年的管線需 表7-1：瓦斯抽放系統(tǒng)輸入?yún)?表7-2：瓦斯發(fā)電廠輸入?yún)?表7-3:財務(wù)分析中高中低項目投資回報核心輸入?yún)?表7-4：單一發(fā)電廠項目稅前內(nèi)部收益 表7-5：瓦斯抽采和發(fā)電項目稅前經(jīng)濟分析指 表7-6：采用定向鉆進(jìn)方案抽采后節(jié)約的成 目編制說 免責(zé)聲 圖示目 圖表目 略縮 執(zhí)行摘 騰暉煤 地理位 區(qū)域地 山西焦煤集團(tuán)-騰暉煤礦的母公 目前現(xiàn) 采前預(yù) 瓦斯利 抽采泵 實地觀 工作面2- 長壁工作面2-104瓦斯抽 2-104工作面通風(fēng)系 2-104工作面瓦斯總排放 2-104工作面瓦斯涌出量分布情 2號和10號煤層的采前瓦斯預(yù)抽方 10號煤層采空區(qū)抽采方 市場分 電 瓦斯發(fā) 城鎮(zhèn)燃?xì)?天然 工業(yè)用 鍋爐燃 壓縮天然氣/液化天然 排空燃 經(jīng)濟假 參考文 D(day)(days LW2- 工作面2- 升/ 立方米/ 立方米/ 人民幣(元 year 執(zhí)行摘美國環(huán)保局的工作與全球甲烷倡議小組（GMI）的目標(biāo)一致。該小組與44個成員國該預(yù)可行性研究于208年1208年6月至月期間，作為中國國際煤礦瓦斯卓越中心（CE）綜合最佳實踐培訓(xùn)計劃的一部分，預(yù)可行性研究已經(jīng)完成。中國國際煤礦瓦斯卓越中心（CE）是一個非營利性實體，其目標(biāo)是成為一獨立機構(gòu)，能夠識別和鑒定煤礦瓦斯回收和利用的機會，并能就煤礦瓦斯抽采和利最終指導(dǎo)和完成詳細(xì)的預(yù)可行性研究。經(jīng)過與中國國際煤礦瓦斯卓越中心（CE）協(xié)商，并在礦山的母公司霍州煤電集團(tuán)及霍州煤電集團(tuán)的母公司山西焦煤集團(tuán)有限公司（CCG）礦，每年原煤產(chǎn)量超過100萬噸。該礦目前每年生產(chǎn)120萬噸原煤，雖然有瓦斯抽采系卓越中心成員、騰暉煤礦及其母公司-霍州煤電及山西焦煤的討論中，后續(xù)公司負(fù)責(zé)人都表示，如果該項目在技術(shù)和經(jīng)濟上可行的話，他們強烈支持煤礦瓦斯利用項目的實施。騰輝礦位于中國山西省的西部邊境，隸屬于鄉(xiāng)寧縣棗嶺鎮(zhèn)店溝村。煤礦有2號和號可采煤層。2號煤層是目前唯一正在開采的煤層?；夭芍写蠹s50大約一半的煤礦瓦斯通過礦井的通風(fēng)系統(tǒng)排放到大氣中。其余一半通過抽采獲得，其中大部分通過本煤層鉆孔收集，小部分則通過采空區(qū)或裂隙帶鉆孔及大直徑以孔代巷鉆孔獲取。礦井平均瓦斯涌出量為53,280m3/d。原煤中涌出量為15.5m3/t。其中2號煤層中9.2m/07.7m/24.9-7.5m，需要通過采前預(yù)抽來減少氣體含量，以便在單一煤層開采過程中實現(xiàn)安全開采，并達(dá)到合理的生產(chǎn)效率。2號煤層是礦山大部分瓦斯排放源。礦井瓦斯排放總量的46％來自于2號煤層鉆孔，20％的礦井瓦斯排放來自2號煤層的長壁工作面回采，20％的礦井瓦斯來源于2號煤層不到5％，殘余煤層瓦斯涌出量是有限的。圖ES-1說明了在評價期間整個煤礦三（3）圖ES-1:評估期內(nèi)煤礦瓦斯涌出來源分布礦方提供了礦井通風(fēng)中瓦斯的濃度及大量的與瓦斯抽采效果相關(guān)的歷史信息供分析20612085騰暉現(xiàn)有煤礦瓦斯生產(chǎn)中最令人擔(dān)憂的問題之一是瓦斯抽放系統(tǒng)中瓦斯?jié)舛群艿汀＿@限制了瓦斯的利用，也對安全和健康造成直接的威脅。選定2062104（W204）120m50空區(qū)高位水平鉆孔的經(jīng)驗公式計算氣體流量。氣體流量與氣體購成及鉆孔直徑有關(guān)聯(lián)。為了提高本煤層鉆孔瓦斯抽采效率，預(yù)可行性研究報告建議用采前長距離水平定向鉆孔來取代現(xiàn)有的本煤層短距離密集鉆孔。新的方案將減少井孔及抽放系統(tǒng)中潛在的漏氣上進(jìn)入到煤層上面低壓區(qū)的上部進(jìn)行采空區(qū)高位水平鉆孔（HGB）。新推薦的方案會大大改善回收的瓦斯質(zhì)量、降低抽放成本，并增加瓦斯的產(chǎn)量。對工作面2-1042019年到2029供信息，并假設(shè)煤礦生產(chǎn)率和開采技術(shù)不變，制定了2019年至2029計劃。假設(shè)礦方采納我們建議的瓦斯抽采方案，2019年至2023年之間，從2號煤層平均可以抽采800萬立方米的瓦斯。在2024年之后，10300ES-2圖ES-2：基于提議瓦斯抽采方案的年瓦斯產(chǎn)量預(yù)雖然騰暉煤礦的瓦斯利用有多種選項，但根據(jù)該研究的初步結(jié)果，瓦斯發(fā)電是最可富的瓦斯發(fā)電項目實施經(jīng)驗。另一方面，騰暉礦業(yè)支付的工業(yè)用電價格為0.65（$.09h），而用純瓦斯發(fā)電的補貼為0.40/m$59,17Mm），這使得利用瓦斯進(jìn)行發(fā)電的最終選項非常具有吸引力。的成本和成本節(jié)約。表ES-1說明了不同瓦斯利用選項下的財務(wù)分析條件。案提供兩種情況下的詳細(xì)分析：1）10號煤層中不進(jìn)行裂隙帶鉆孔，2）10號煤層中裂隙帶進(jìn)行鉆孔。表ES-1:不同項目選項的投資回報分析條ES2“高”回報方面最樂觀的情況?！爸小薄暗汀盓S2益率。量（年凈CO2減排高5.23中3.71低3.47表ES-2：單一發(fā)電廠稅前投資回報分與單一發(fā)電廠相比，發(fā)電廠+瓦斯抽采項目的整個項目的回報率較低，“高”位的內(nèi)22.043.57S3情況下，礦方不會消化瓦斯抽采的成本，752類似，表ES3（年凈CO2減排高5.23中3.71低3.47表ES-3:發(fā)電廠及瓦斯抽采項目稅前投資回報分該分析僅僅基于在沒有地面利用項目的情況下，現(xiàn)有本煤層鉆孔和裂隙帶鉆孔方案與建議的定向鉆孔方案的成本比較。（見表ES4）2號和第10號煤1,10010案，也可節(jié)省約540 建議的定向鉆孔方案節(jié)約的凈成本（千10號煤層中不進(jìn)行常規(guī)裂隙帶鉆10號煤層中進(jìn)行常規(guī)裂隙帶鉆表ES-4:采用定向鉆孔方案后，節(jié)約的成鉆孔數(shù)量較少，建議的方案中鉆孔總m在10號煤層中只需進(jìn)行本煤層鉆孔，不需要進(jìn)行采空區(qū)高位水平鉆孔建議的煤礦瓦斯利用項目可以實現(xiàn)的最佳凈減排潛力為1,481,616tCO2e5.23MW的發(fā)電量。這是一個具有吸引力的投資機會，并具有減排和提高能源安全的好銀行和其它融資機構(gòu)可接受的，可以用來提供“融資”的正式可行性研究是必要的。第炭工業(yè)和煤層氣1.1中國煤炭工中國在全球煤炭產(chǎn)量中排名第一，產(chǎn)量為35.23億噸，占全球總產(chǎn)量的46％（BP，2018）。2007年至2017年，中國的煤炭產(chǎn)量增加了30.8億噸，即21％（圖1-1）2014年起，由于需求減少，煤炭生產(chǎn)開始趨于穩(wěn)定（BP，2018）截至2017年底，中國煤炭探明的總儲量為1388.19億噸（全球排名第四，僅次于美國，俄羅斯和澳大利亞），其中94％為無煙煤或煙煤，其余6％為次煙煤或褐煤（BP，2018）。中國的煤炭儲量遍布全國，其中大部分位于山西，內(nèi)蒙古，新疆，陜西和貴州，如圖1-1所示，煤炭產(chǎn)量從2007年的27.6億噸增長到2017年的35.3億噸，盡管2017年的煤炭產(chǎn)量低于2013年的39.7億噸的高峰產(chǎn)量。到2017年底，中國的煤炭消費總量為38.1億噸,中國每年的煤炭消費總量占能源消費總量的60％（圖1-2），但中國政府在其能源發(fā)展戰(zhàn)略計劃中的目標(biāo)是到2020年達(dá)到58％的消費水平。(NRDC，圖1-1：中國2007-2017年的煤礦產(chǎn)耗百分百分2007200820092010201120122013201420152016圖1-2：中國2007-2017年煤礦消耗在能源消耗中的占家煤炭企業(yè)的效率及安全性（USEPA，2015）。截至到20177,000而2005年為24,800個煤礦（黃盛初，2018）。中國計劃關(guān)閉300個大型煤礦和1.2中國煤礦瓦根據(jù)報導(dǎo)，2017年中國的煤礦瓦斯排放總量為178億立方米（黃盛初，2018年）。煤礦企業(yè)仍然面臨與煤礦瓦斯治理和煤礦安全相關(guān)的重大挑戰(zhàn)。2017年，中國瓦斯抽采總量為128億立方米，其中利用了49億立方米（黃盛初，2018年）。煤礦瓦斯排放量步增加。中國政府繼續(xù)為煤礦瓦斯回收提供資金支持，努力在2022年前將煤層氣/瓦斯利用率提高到200“中國油氣資源評價”結(jié)果表明，中國的煤層氣總量約為36.81萬億立方米。大多數(shù)煤層氣資源的埋藏深度小于2,000m，埋深在1000m至1500m之間占總資源的（圖13）1-3:盡管煤炭總產(chǎn)量與歷史峰值相比略有下降，但隨著儲深較淺的煤炭資源的枯竭，為礦開采省份自身和國家級的優(yōu)先事項，當(dāng)然，這也包括騰暉煤礦所在的山西省。1.3選擇騰暉煤礦進(jìn)行預(yù)可行性20186102081數(shù)據(jù)的收集。中國國際煤礦卓越瓦斯中心（CE）是一家非營利性實體，受聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會（UECE）煤礦瓦斯專家組贊助，并受中國國家法律的約束。培訓(xùn)的目標(biāo)是協(xié)助CE采和利用的最佳實踐進(jìn)行推廣。中國國際煤礦卓越瓦斯中心（CE）旨在提供一個煤礦瓦斯的安全、環(huán)境和經(jīng)濟方面的討論平臺，并重點關(guān)注于煤礦水及瓦斯治理及利用等問題。1.4騰暉煤騰暉煤礦位于鄂爾多斯盆地東南部的山西省。該礦被歸類為煤與瓦斯突出礦，目前120210該礦估計總煤炭儲量為2510萬噸;2號煤層可采儲量為1050萬噸，0號煤層可采儲量為140萬噸。目前僅開采2號煤層;202年至208年期間開采了50萬噸原14.9（26.2108.7）煤層位于山西組下層的上部，K7砂巖上方17.29m處，在10號煤層上部43.11~52.18m處，平均高度為47.3m。煤層厚度4.88~7.47m，平均煤層厚度5.94m2號煤層結(jié)構(gòu)簡單，包括0-2層煤矸石，位于頂部的砂質(zhì)泥巖和底部的泥巖之間，在整個10號煤層位于太原組下部上端，K2石灰?guī)r下，K1砂巖上部14.58m1.92~4.85m，平均厚度3.60m。10號煤層比2號煤層薄得多。10號煤層結(jié)構(gòu)簡單，包括0-2層煤矸石，并在整個礦井中穩(wěn)定可采。介于頂部的石灰?guī)r和泥巖和底部的泥巖之間，10號煤層主要由貧瘦煤和一些貧煤組成。兩個煤層的總瓦斯儲量為4.95億立方米，其中2號煤層為2.41億立米米，102.541.49（自2號煤層7200萬立方米，來自10號煤層7600萬立方米）。2017年，礦井抽采了570立方米的瓦斯。2號和10號煤層原煤中平均瓦斯含量分別為9.15m3/tm3/t。兩個煤層中殘余瓦斯含量為2.18m3/t。來自2號和10號煤層的煤的自燃試驗的1.4.1地理位為1103448“~1037'5”E和3°4'2“~35°4'1”圖1-4顯示了該礦在地圖1-4：臨汾轄區(qū)內(nèi)的騰暉煤礦位騰暉煤礦位于山西省河津市附近，介于山西省西南部的臨汾和運城市之間。河津市毗鄰晉陜交界的黃河邊上。在山西省內(nèi)，臨汾或運城可能是與河津市最近的城市。這兩個機動車輛。省外最近的省會城市應(yīng)該是陜西省的西安市。該礦位于黃河以東的店溝村內(nèi)，距離河津市中心約50km。從河津市中心到達(dá)礦山大約需要90分鐘，因為沿途主要是盤山公路。煤礦辦公場所、建筑物和主要人員和材料 騰輝煤礦所在的山西省地處黃土高原，其高原地形的特點是低山，丘陵和盆地，以5m，從東北向西南傾斜。煤礦比鄰呂梁山脈和黃河。山西省地處溫帶，在氣候類型上屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候。四季分明，溫暖和寒冷的季節(jié)之間有很大的溫差。春季氣候非常干燥，容易發(fā)生沙塵暴，夏季通常溫暖潮濕。山4.2°C17.0°C40°F63°）113°C2C（7°F7°）720°C31°C（68°F88°）40050m2018）。1.4.3區(qū)域地該礦位于鄂爾多斯盆地東部，該盆地是中國的主要資源型區(qū)域，面積達(dá)36萬平方公4煤的巨大煤炭儲量，以及石油、天然氣和鈾等大量的其他資源。滕暉煤礦所在的鄂爾多斯盆地東部地層以褶皺和斷層為特征，主要受山西褶皺帶的影響（李貴紅，206）。山西省的大部分煤和天然氣資源分布在晚二疊紀(jì)和早石炭紀(jì)含煤地層。度為55m，與太原組地層中煤層相比，發(fā)育不太理想。在沉積構(gòu)造和沉積相中可以找到原地層由細(xì)粒物質(zhì)組成，包括泥漿和細(xì)粒砂巖。地層的平均厚度為120m。該地層主要沉1.5山西焦煤集團(tuán)-騰暉煤礦的母開建新礦（山西焦煤，2018）。山西焦煤集團(tuán)則是一家大型國有企業(yè)，總部位于山西省太原市?；糁菝弘娂瘓F(tuán)公司前身為始建于1958年霍縣礦務(wù)局，2000年改制為霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司，2001年加入山西焦煤集團(tuán)公司并成為其子公司之一。2001生產(chǎn)企業(yè)。2016年，該集團(tuán)生產(chǎn)商用焦煤1.15億噸（山西焦煤，2018年）。山西焦煤在山西省擁有約100個煤礦，年產(chǎn)能為1.74億噸，另有28個選煤廠、5個焦化廠、914煤礦瓦斯涌出將三3）處瓦斯排放量相加，就得出騰暉礦（“礦井”）的瓦斯總排放量：（）礦井通風(fēng)系統(tǒng)中稀釋的瓦斯；（b）本煤層瓦斯高負(fù)壓抽排瓦斯；和（）2016120185（）3540mmn2000礦井瓦斯涌出分布情241kPam3/min）。裂隙帶鉆孔則連接到平均負(fù)壓為37Kpa的低負(fù)壓系統(tǒng)。圖2-1說明了在評圖2-1:評估期內(nèi)瓦斯排放的來源分噸煤瓦斯涌出假設(shè)礦山的年平均原煤產(chǎn)量為120噸瓦斯涌出量14.4噸瓦斯涌出量圖2-2：噸煤平均年瓦斯涌出騰暉煤礦瓦斯抽采和利目前現(xiàn)（每個容量100min）（由礦方負(fù)壓系統(tǒng)”）。兩種系統(tǒng)都產(chǎn)生放到大氣中。瓦斯含量。礦方目標(biāo)是，6個月的抽采，2號煤層的瓦斯含量能降低30%?？?，長度為45至120m，直徑為94mm，如圖3所示。在這種做法中，正式開采前需要不斷的鉆孔，且需要每50m挖掘一個硐室，并延伸相應(yīng)的氣體收集管線。在主要巷道圖3-1：井下基礎(chǔ)設(shè)施施工前在每50m一個硐室內(nèi)進(jìn)行本煤層預(yù)鉆機，由巷道內(nèi)垂直于回采方向進(jìn)行鉆孔。這些鉆孔的長度一般為165m，直徑為113mmm，間隔4m，高度交錯排列。如圖3-2所示。圖3-2：在2號煤層中間隙4m的本煤層鉆2

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?3????生產(chǎn)率（m/??3????初始生產(chǎn)率（m??=衰減系數(shù)對于2號煤層中的單個165m相關(guān)的隨著時間的消逝氣體含量的衰減量，如圖3-3所示。圖3-3：2號煤層本煤層單一鉆孔的瓦斯產(chǎn)量及瓦斯含量的降低量預(yù)口匯結(jié)到集管口（通常6個井孔被匯接在一起），集管另一端則連接到直徑325mm的總管?？偣艿篱L度2至3m不等，由法蘭+墊圈連接在一起。這種總管道內(nèi)有大于20kPa負(fù)壓，最終通過630mm直徑的主管道將礦井內(nèi)的本煤層抽采瓦斯輸送到地面。3-429圖3-4：評價期內(nèi)本煤層抽采的混合氣流量、瓦斯純流量及濃評價期間瓦斯的平均生產(chǎn)率為17m3/min，空氣中瓦斯的平均濃度為19％。瓦斯空氣混合氣體的平均流量為90m3/min。煤礦通常采用不同角度的裂隙帶鉆孔。這些鉆孔是在工作面回采前施工（與巷道夾60），3555m8015m2506m40m5m3694mm4m。圖3-5：高低位裂隙帶鉆孔的平面圖3-6：高低位裂隙帶鉆孔的剖面控制采空區(qū)的氣體。這些鉆孔通常間隔75m，鉆孔直徑為500mm，并在完孔后將其連方的兩個直徑為325mm的總管?？偣苤亓枯^輕，壁厚為2mm，長度2至3m，通過墊圈+法蘭連接在一起?？偣苈放c低負(fù)壓管路聯(lián)接，最終并入直徑為630mm的主管線將礦井內(nèi)的混合氣體輸送到地面。圖3-7顯示了混合流量，瓦斯純流量和濃度。這些是指在圖3-7：評價期內(nèi)裂隙帶抽采的氣體的混合流量、瓦斯純流量及濃評價期內(nèi)瓦斯的平均生產(chǎn)率為2m3/min，空氣中瓦斯的平均濃度為2％?；旌蠚怏w平均流量為100m3/min。中。在評價期內(nèi)，通過兩種途徑抽采的混合氣中平均瓦斯?jié)舛葹?0%（體積比）。騰暉井下實地考2018年6在考察期間，該礦剛剛開始對長壁工作面2-105的開采。從1052巷道入口開始，每隔4m鉆一本煤層鉆孔，而頂板裂隙鉆孔（高位和低位，每個間距為4m）也剛剛從1053巷道入口開始施工，同時還有巷道間隔75m的大直徑的以孔代巷孔，如圖3-8所示。圖3-8:在實地考察礦井期間的瓦斯抽采方案示意從1052巷道的入口就可以看到間隔2m的本煤層鉆孔，進(jìn)入煤層后間隔到4m。這些孔的鉆孔長度在130到140m之間。每6個鉆孔的孔口匯集到集管口，集管再與氣/水分離器連接?；厥盏臍怏w則由分離器的頂部輸送到主管（直徑325mm）。這些鉆孔與高負(fù)壓系統(tǒng)連接，如礦方在每個井口上記錄的那樣，系統(tǒng)內(nèi)的負(fù)壓超過20kPa。在井孔周井口測量的瓦斯?jié)舛绕鸱艽?，?0％到80％（孔口測量值）。從1052巷道的孔口測量的瓦斯?jié)舛燃s為11％。1053為9m，直徑75mm的套管灌漿固定到115mm的井孔內(nèi)。它們的間隔為2m（位）。在1052和1053巷道之間，鉆出大直徑（500mm），間隔75m的以孔代巷孔。2m在接頭處分開。兩個直徑為325mm的主管道安裝1053巷道的第二個入口處，并懸掛在巷道的頂部。主管道長約2m，通過法蘭+墊圈進(jìn)行連接。2-105工作面的采空區(qū)氣體收2-105的回風(fēng)巷道中測的瓦斯?jié)舛仍?.3％和0.4％之間，此時，沒有回采作業(yè)（長期停460min。高負(fù)壓系統(tǒng)瓦斯生產(chǎn)率為75m3/min，瓦斯?jié)舛葹?8.6％，真空壓力為36.6kPa。低負(fù)壓系統(tǒng)瓦斯生產(chǎn)率為75m3/min，瓦斯?jié)舛葹?.3％，真空壓力為35.2kPa。在典型礦方中的瓦斯抽放系統(tǒng)輸送不可用的低質(zhì)量氣體，瓦斯含量為0.3％至18.6％，包括括孔口和管匯連接處（每1000m工作面有250x3個接點）和管道連接部分。礦方正在努力抽采裂隙區(qū)瓦斯（2%瓦斯?jié)舛龋?0m3/min流量），事實上，是以抽井下瓦斯涌出分礦方提供了大量有關(guān)瓦斯抽采系統(tǒng)和礦井通風(fēng)系統(tǒng)中瓦斯?jié)舛鹊臍v史信息以供分析。利用該信息可以評估井下瓦斯的分布情況及各種情況下的瓦斯產(chǎn)生量，如：長壁工作面回2061085工作面2-分析了2016年2-104工作面（LW2-104）在回采過程中的瓦斯抽采率、瓦斯?jié)舛燃皻怏w流量。2-104工作面尺寸為180m寬，800m長。2-104所處的2號煤層厚度為5.2m，采用頂部放頂法開采，采煤機回采厚度為2.5m，頂部的煤層（2.7m）則在回采后塌陷，進(jìn)入單獨的輸送機。2-104工作面的平面圖如圖3-9所示，工作面按月計劃進(jìn)度進(jìn)行分隔（20151220173）僅對20161月至12圖3-9:2-104工作面回采進(jìn)度計長壁工作面2-104瓦斯抽控制2-104工作面回采過程中的瓦斯涌出。礦方在2-1042進(jìn)行施鉆，鉆出200個孔。這些鉆孔為2高度為1.5和1.8m，并交替排列，鉆孔的平均長度在113mm和165m之間，如圖103-1162量。這些鉆孔與集管連接在一起，并連接到325mm內(nèi)徑的集氣系統(tǒng)主管。圖3-10：2-104工作面本煤層鉆孔平面圖3-11：2-104工作面本煤層鉆孔剖面在長壁工作面開始回采時，來自煤層內(nèi)的瓦斯流量為9m3/min均流量為5.5m3/min，如圖3-12所示。如圖所示，隨著回采工作的進(jìn)行，部分本煤層鉆圖3-12：2-104工作面本煤層鉆孔瓦斯生產(chǎn)2-104工作面回采期間的，通過“高負(fù)壓”系統(tǒng)從本煤層鉆孔中抽采的瓦斯?jié)舛确秶鸀?0％到20％，在回采期間的大部分時間內(nèi)處于爆炸范圍內(nèi)，如圖3-13所示。這因圖3-13：2-104工作面本煤層鉆孔瓦斯?jié)鉃榱顺椴刹煽諈^(qū)瓦斯，礦方在2-1013巷道實施兩種裂隙帶鉆孔，如圖3-14所示。第一種裂隙帶鉆孔以大的仰角（36）602鉆深約為83m的目標(biāo)高度為50m。這些高位鉆孔正交投影至工作面外25m處，鉆孔間隔為4m。第二種裂隙帶鉆孔較短，向上傾斜12度，長度為38m，達(dá)到2號煤層上方5m的目標(biāo)高度。低位鉆孔垂直于2-1043鉆孔間隔為4m。圖3-14：2-104工作面裂隙帶鉆孔剖面裂隙帶鉆孔連接到氣體收集系統(tǒng)，該系統(tǒng)由內(nèi)徑為325mm的鋼管在低負(fù)壓下工作。在回采過程中通過連接到“低負(fù)壓”系統(tǒng)的裂隙帶鉆孔抽采的瓦斯非常少，平均瓦斯流量為1.6m3/min，如圖3-15區(qū)瓦斯產(chǎn)量最高。接下來在整個2-104量可以穩(wěn)定在1和1.6m3/min之間。采空區(qū)的瓦斯產(chǎn)量基本上與裂隙帶鉆孔抽采系統(tǒng)保圖3-15：2-104工作面回采期間裂隙帶鉆孔抽采瓦斯產(chǎn)2-104工作面出口處“低壓”氣體收集系統(tǒng)中測量的瓦斯?jié)舛仍诨夭善陂g也非常低，平均約2.5％，如圖3-16所示。這歸因于高的負(fù)壓和潛在數(shù)量較多的泄漏點，例如孔口圖3-16：2-104工作面回采期間采空區(qū)瓦斯?jié)?-104工作面通風(fēng)系工作面2-104在回采期間通過通風(fēng)系統(tǒng)中釋放的瓦斯平均流量為7.4m3/min圖3-17所示。通風(fēng)系統(tǒng)中瓦斯釋放走勢與本煤層釋放的瓦斯類似。請注意，在2016年圖3-17:2-104工作面回采期間進(jìn)入通風(fēng)系統(tǒng)中的瓦斯2-104工作面瓦斯總排放2-104工作面在回采期間釋放的瓦斯平均總流量為14.7m3/min，如圖3-18所示。排放瓦斯通常50%為本煤層抽采捕獲，而50％則被排放到通風(fēng)系統(tǒng)中。2-104工作面的平均整體瓦斯抽采效率為48％，如圖3-19所示。圖3-18：2-104工作面瓦斯排放總圖3-19：2-104工作面瓦斯抽采效2-104工作面瓦斯涌出量分布情3-202-104均而言，2-104工作面瓦斯涌出量平均占礦山瓦斯總涌出總量的45％，當(dāng)然，個別月份占的比例不到25％，而在其他月份，特別是在生產(chǎn)開始時，最多占的比例可達(dá)到75％。圖3-20：2-104瓦斯涌出量與煤礦總的瓦斯涌出量的比這一趨勢也表明，煤礦瓦斯主要來源于：巷道施工、巷道施工前的鉆孔、密閉區(qū)域、裸露煤層及運輸中的原煤。取樣日期為2016510日，并制定了如圖3-21所示的平衡圖。這包括整個礦井通2016年5月10日的平衡數(shù)據(jù)匯編在表3-1中，并且總的瓦斯涌出量接近29m3/min圖3-21：煤礦瓦斯涌出平衡區(qū)域涌出量區(qū)域I主巷進(jìn)區(qū)域I通2-104支巷及通主巷區(qū)域I抽主巷區(qū)域II通2-201支巷及通主巷區(qū)域II抽主巷南部密閉區(qū)域通其它通經(jīng)通風(fēng)總涌出量經(jīng)抽采總涌出量表3-1：騰暉煤礦2016年5月10日日瓦斯涌出量統(tǒng)5月10日數(shù)據(jù)分析表明，2-104工作面的瓦斯涌出量（通風(fēng)和抽排）40％（類似于圖3-22所示結(jié)果）由于2-104工作面回采過程中的煤炭切割和頂部崩落，瓦斯會涌入通風(fēng)系統(tǒng)，它占總通風(fēng)瓦斯排放量的40％，約占煤礦總瓦斯排放量的20％。20%的瓦斯會經(jīng)過進(jìn)風(fēng)巷經(jīng)過回采區(qū)域（區(qū)域I和區(qū)域II），再煤。作為平衡，占煤礦總涌出總量80％的瓦斯來自回采區(qū)域，即區(qū)域I和II。20165102號煤層的經(jīng)采區(qū)域III分的瓦斯（84％）。特別是II區(qū)內(nèi)的未來2-201工作面的本煤層鉆孔（87%）。2016年5月10整個煤礦各區(qū)域瓦斯分布如圖3-22圖3-22：礦井不同工作區(qū)域瓦斯涌出分觀察和以下觀察和建議來自對煤礦的實地考察和可用數(shù)據(jù)的分析，包括過去三年的回采和統(tǒng)中統(tǒng)計的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。平均每日礦井瓦斯涌出總量為53,280m3/d。噸煤瓦斯涌出量為15.5m3/t。瓦斯礦井的角度來看，這個礦井的涌出量應(yīng)該超過這個數(shù)量的5到10并不是超高瓦斯礦井。據(jù)報道，2號煤層的平均原煤瓦斯含量為9.2m3/t，而10號則為7.7m3/t。這些數(shù)據(jù)不足以定義該礦井為高瓦斯礦井。2號煤層非常厚（4.9-7.5m），需礦山大部分的瓦斯來源于2號煤層。礦井中46％的瓦斯來自2號煤層的鉆孔，2號煤層回采過程中釋放的瓦斯占20％，20％的礦井瓦斯進(jìn)入到礦井的通風(fēng)系統(tǒng)（不含正在回采的工作面）。采空區(qū)瓦斯不到5％，這可能是來自于回采中頂部崩落而留下的殘余煤煤礦在進(jìn)行回采期間從煤層上下巖層產(chǎn)生的瓦斯一般大于來自原煤中的瓦斯。騰暉煤礦的情況是，2（1.6）。工前的預(yù)抽及本煤層預(yù)抽，以及密集的本煤層鉆孔（2至4m間距）。2-104工作面大約有250個平均長度為165m的本煤層鉆孔。測量的瓦斯流量為8.7m3/min（2016年1月，圖3-22）。這相當(dāng)于每個鉆孔的瓦斯平均流量為0.035m3/min，每個鉆孔每m的平均瓦斯流量為0.0002m3/min。相比之下，中等滲透率的煤層中每米煤層鉆孔的瓦斯流量將是該數(shù)值的10倍。為了在6個月內(nèi)將氣體含量降低30％，礦方每隔4m進(jìn)行本煤層鉆孔。這需要大量的鉆孔，每1000m工作面250個，這帶來250在回采過程中，礦方投入了大量精力來抽采來自于采空區(qū)的少量瓦斯。對于2-104工作面，采空區(qū)瓦斯涌出不到煤礦瓦斯涌出總量的5％。采空區(qū)瓦斯抽排的的關(guān)鍵是通風(fēng)系統(tǒng)的效果。在高負(fù)壓下，空氣流量達(dá)98m3/min的通風(fēng)系統(tǒng)，在工作面上方形成一負(fù)礦方使用目前實施的通風(fēng)系統(tǒng)系統(tǒng)，并需要500個鉆孔，及500個孔口聯(lián)接、重要以取代目前的500個鉆孔。HGB是裂隙帶鉆孔的有效替代品，并且在中國和澳大利亞普通應(yīng)用，偶爾在美國應(yīng)用。單個HGB鉆孔只有一套井孔裝置，最高可抽采達(dá)6m3/min經(jīng)過防爆認(rèn)證的自動化系統(tǒng)還可以控制在高負(fù)壓下集氣管道中的積水，以減少故障現(xiàn)代集輸管線可以完全實現(xiàn)監(jiān)控，并可分段實現(xiàn)，如果出現(xiàn)采礦設(shè)備或頂板掉落而動閥門連接。當(dāng)管路出現(xiàn)故障并失壓是，能將管路分段自動關(guān)閑。瓦斯抽采和利用改進(jìn)建按照建議的本煤層和采空區(qū)抽采方案將會提高瓦斯抽采效率、改善回收的氣體質(zhì)量、降低瓦斯抽放成本，并增加氣體的附加值。本煤層瓦斯抽采方案建定向鉆進(jìn)提供了本煤層瓦斯抽采的解決方案，可減少井孔和潛在漏氣點的數(shù)量，并提供更長的抽放時間，以進(jìn)一步減少殘余氣體含量。采用定向鉆進(jìn)方案進(jìn)行采前預(yù)抽，以減少2號和10號煤層的氣體含量，這一定需要的時間和殘余瓦斯含量的目標(biāo)值來進(jìn)行設(shè)計。礦方可以根據(jù)使殘余氣體含量減少30％的孔數(shù)量，可以通過定向鉆進(jìn)方式在10煤層（2號煤層以下43至52m）回采前的幾年從目前的2號煤層施鉆。在這個方案中，煤層定向鉆孔穿過巖層進(jìn)入10通，如圖4-1所示。這些豎井位于礦井內(nèi)部，由2號煤層延伸到10號煤層下方。采用磁術(shù)。由于導(dǎo)向系統(tǒng)具有一定的方位角誤差（通常為+/-1度），因此需將旋轉(zhuǎn)磁體放置在2圖4-1：10號煤層本煤層抽采方案剖面為了制定煤礦的瓦斯抽采計劃，根據(jù)礦方的規(guī)劃信息生成了未來10年的回采計劃，2號煤層計目前，該礦每年生產(chǎn)約120萬噸原煤，全部來自2號煤層。到2020年的長壁回采工作面已由礦方確定，并提供了尺寸（表4-1）。按相同的生產(chǎn)率推算，到2024年，新增兩個工作面，之后2號煤層將回采完畢，如圖4-2所示。10號煤層計假設(shè)在未來104-3所示，到2029寬長2-2-2-表4-1：2號煤層待采工作面尺圖4-2：2號煤層后續(xù)回采預(yù)圖4-3：10號煤層后續(xù)回采預(yù)“CE2”是由先進(jìn)資源國際公司（RI）開發(fā)的三維兩相有限差分儲層裂隙模擬軟件。該模型模擬了瓦斯流通過煤的三個過程：從煤表面的微孔解吸，到煤體裂隙，再開發(fā)的原始儲層模型，將瓦斯流量和氣體濃度下降與時間以函數(shù)關(guān)聯(lián)起來，理論上可以預(yù)測來自于礦方完成的本煤層鉆孔瓦斯產(chǎn)量。使用23-3孔左右2m處，做為零流動邊界。模型每側(cè)的相鄰鉆孔間隔為4m。取樣長度是2-104工作面的寬度。圖4-4和4-5分別表示其平面圖和剖面圖。圖4-4：2號煤層關(guān)聯(lián)模型平面圖4-5：2號煤層關(guān)聯(lián)模型剖面調(diào)整儲層核心參數(shù)，直到單一本煤層鉆孔的瓦斯生產(chǎn)率與理論預(yù)測的生產(chǎn)率相匹配。46圖4-6：間隔4m，165m深的單一本煤層鉆孔瓦斯生產(chǎn)率匹配曲在表4-2參數(shù)名稱數(shù)值滲透性（各向同性.075層間孔隙吸附時10朗繆爾體48.23朗繆爾壓2,000壓力梯表4-2：2號煤層的核心儲層參行的方向的不同間距的煤層鉆孔。目的是在不同的鉆孔間距下，實現(xiàn)30％殘余瓦斯含量為模擬1000m長96mm直徑定向鉆孔而創(chuàng)建的模型的平面圖和剖面圖分別如圖4-4-8210圖4-7：長鉆孔間距模型平面圖4-8：長鉆孔間距模型剖面儲層模型假定1000m的本煤層鉆孔，在2號煤層中間隔分別為8.5、12、16、20、24和40m，在10號煤層中則間隔分別為37、47和57m。模型以瓦斯流量和含量做為時間（5）4-94-10210將殘留瓦斯減少30％，不同的鉆孔間距下，所需的排放時間和平均瓦斯流量見下表表3和4-42號和10圖4-9：2號煤層中不同鉆孔間距下瓦斯含量下降分1235表4-3：2號煤層抽放時間、瓦斯平均產(chǎn)量和鉆孔間圖4-10：10號煤層中不同鉆孔間距下瓦斯含量下降分間距時間瓦斯?jié)舛认陆灯骄咚沽髁?45表4-4：10號煤層抽放時間、瓦斯平均產(chǎn)量和鉆孔間2號和10號煤層的采前瓦斯預(yù)抽方2102號煤根據(jù)圖4-2所示的2024年的2號煤層開采計劃，設(shè)計了先于主巷道、通道及工作減少30％的目標(biāo)，得出了合理的定向鉆孔間距，見圖4-9和表4-3。本預(yù)可行性研究假設(shè)定向鉆孔將于2019年開始施工，在主要巷道施工前的入口處，順著203兩側(cè)進(jìn)行鉆需要8.5m的鉆孔間距，如圖4-114-5距?？傮w而言，272,000m32圖4-11:2號煤層本煤定向鉆孔平面2號煤層本煤層定向鉆孔量年區(qū)年鉆進(jìn)量主要巷主要巷表4-5：2號煤層采前定向鉆孔預(yù)測計10圖4-12顯示了2025年至2029年間10預(yù)可行性研究建議在2號煤層工作區(qū)城向10這可以在2021年開始，使用第3.1.1節(jié)（圖3-1）中提出的與豎井貫通的方案進(jìn)行。因有足夠長的時間抽排，鉆孔間距可以大到47至57m，以達(dá)到殘余氣體含量減少30％的圖4-12:10號煤層本煤定向鉆孔平面預(yù)可行性研究假設(shè)10號煤層的第二個長壁回采區(qū)由六個工作面組成，類似于圖12所示。從2號煤層進(jìn)行瓦斯預(yù)抽采鉆孔是可行的，并可持續(xù)到2029年。預(yù)計到2029年10號煤層的本煤層定向鉆孔總長度為66,000m，包括：22個主孔和7個豎井，40次貫通。10號煤層預(yù)采定向鉆孔計劃見表4-6。10號煤層本煤層定向鉆孔量年區(qū)年鉆進(jìn)量表4-6：10號煤層本煤層定向鉆孔計劃采空區(qū)瓦斯抽采建建議采用采空區(qū)高位水平定向鉆孔（HGB）,從工作面入口的煤層向上，沿著回采方向，鉆入頂部的低壓裂隙帶。采用這種方法，鉆孔長約1,000m，并且可以從主孔開多個分支孔。目的是將HGB布置在崩裂帶上部，因其在工作面回采時能保持完整性。另一方經(jīng)受到回采誘發(fā)裂縫的上部覆蓋地層產(chǎn)生的瓦斯，如圖4-13的概念圖所示。注意套管本身質(zhì)量，并要求居中和澆灌到位，進(jìn)行壓力測試以承受1.5圖4-13:采空區(qū)高位水平定向鉆孔方案剖面2中瓦斯體積比可達(dá)到60-70％。采空區(qū)水平鉆孔的氣體流量與氣體構(gòu)成、鉆孔直徑和井口負(fù)壓大小有關(guān)。一般通過實際現(xiàn)場采集的測量值來進(jìn)行經(jīng)驗分析，并使用下面給出的經(jīng)驗公式來估算。圖414和4-15是使用下述相同的經(jīng)驗公式，基于混合氣中瓦斯氣體體積含量為70%的假設(shè)，1000m的水平鉆孔，不同的井口負(fù)壓值及鉆孔直徑的計算結(jié)果。 ??2???20.5??=1.330310

Q=在標(biāo)準(zhǔn)條件下所測得氣體流f=摩擦系數(shù)，無單Pb基層（標(biāo)準(zhǔn)）壓力，kPaTb=基層（標(biāo)準(zhǔn)）溫度，KP1=上游壓力，kPaP2下游壓力G氣體比重(空氣Tf=平均氣流溫度，L管道圖4-14：井口負(fù)壓為20kPa時不同鉆孔長度與鉆孔直徑組合時的氣體流（空氣中瓦斯體積比圖4-15:采空區(qū)水平鉆孔1,000mx96mm時，不同井口負(fù)壓的氣體流量（空氣中瓦斯體積2號煤層新方案的應(yīng)根據(jù)2-104工作面的歷史數(shù)據(jù)，近500個煤層鉆孔（上下交錯，每4m間隔）的最大月平均瓦斯生產(chǎn)率為2.5m3/min。如圖4-14所示，一個直徑為96mm的采空區(qū)水平鉆孔，在井口負(fù)壓為20kPa，空氣中瓦斯體積比70%的假設(shè)條件下，采空區(qū)氣體流量為100ls6m3/min，其中瓦斯流量（產(chǎn)量）為4.2m3/min。這接近于為2-104工作面實際測量的最大平均月瓦斯生產(chǎn)率的兩倍。這項預(yù)可行性研究中假定一個直徑為96mm的采空區(qū)水平鉆孔，在20kPa的井口負(fù)壓條件下，將足以抽采來自采空區(qū)覆蓋層或殘余煤層的瓦斯。2號煤層采空區(qū)抽采規(guī)劃，見下圖4-16。斯遠(yuǎn)離工作面及入口處的瓦斯監(jiān)測點。這可以通過3.4.4節(jié)的建議改進(jìn)現(xiàn)有的通風(fēng)措施得圖4-16：2號煤層采空區(qū)瓦斯抽采規(guī)劃平面10號煤層采空區(qū)抽采方基于當(dāng)前在2號煤層實施的采空區(qū)抽采系統(tǒng)的瓦斯回收率可忽略不計，并考慮到號煤層切割高度僅僅是2號煤層切割高度的60％，并且2號煤層位于10號煤層上部已10未來瓦斯抽采瓦斯年產(chǎn)量預(yù)測是基于10年的開采計劃（2019-2029年）（“項目周期”）來制鉆孔瓦斯生產(chǎn)4-94-10210號煤層的瓦斯生產(chǎn)率，參見下表5-1。本預(yù)可行性研究中，所有由采空區(qū)高位水平鉆孔抽采的瓦斯，均按參數(shù)：6m3/min（流量）和70％（濃度）來進(jìn)行計算，并加到煤層瓦斯產(chǎn)量中，最終得出年瓦斯抽采量。對2-105工作面和203為2-105使用現(xiàn)行的裂隙帶鉆孔方案，而203（60/100m200m）年份瓦斯生產(chǎn)年瓦斯產(chǎn)本煤采空合計本煤采空合計------------------煤礦瓦斯抽采

表5-1：項目周期內(nèi)的瓦斯抽采510年期間，整個礦井的年度瓦斯生產(chǎn)率和產(chǎn)量預(yù)測。預(yù)測從2019至2023年間，年平均抽采量為800萬立方米。2024年以后，開始回采較薄的10年抽采3002019年至2023年項目早期的瓦斯產(chǎn)量預(yù)測比目前每年1000萬立方米的產(chǎn)量低20圖5-1：基于提議的抽采方案的瓦斯產(chǎn)量預(yù)瓦斯抽采鉆孔表5-2列出了項目期間基于建議的抽采方案所需要的年度定向鉆孔、豎井、水平-豎采空區(qū)高位水平鉆孔鋪設(shè)管路豎井總深水平豎井貫通數(shù)量（次）-0-056--3-3--3-3--3-3表5-2：基于建議的抽采方案的每年鉆孔總體而言，項目期間的定向鉆孔總量達(dá)到138,000m，其中大部分是本煤層鉆孔。這但可以從后續(xù)抽采方案中看到，鉆孔的總量會減少90%（米數(shù)）。按照建議的瓦斯抽采方案，需增加額外的井下管路（管道和連接）估計為5,000m，7表5-3提供了項目期間逐年所需的大約管路數(shù)量。請注意，根據(jù)目前的做法，管路沿年份低負(fù)壓管理鋪設(shè)高負(fù)壓管理鋪設(shè)合計表5-3：新的抽采方案項目期內(nèi)每年的管線需市場分中國的煤礦瓦斯已從過去的安全隱患變成為有價值的商品和重要的天然氣來源（USEPA，2015）。2011年，中國政府“十二五”期間的“天然氣發(fā)展規(guī)劃”首次括了煤層氣和煤礦瓦斯。該計劃涵蓋了2011年至2015年間的年份，目標(biāo)是到2015年消耗200億立方米的煤層氣/煤礦瓦斯（USEPA，2015年）。此外，更加雄心勃勃的“煤層氣和煤礦瓦斯第十二個五年計劃”要求總產(chǎn)量達(dá)到84億立方米，并建設(shè)132,000120（U，2015年）?！懊簯魯?shù)量增加到330200年到052,80兆瓦U，205年）?！懊簩託夂兔簩託忾_發(fā)利用”十三五“規(guī)劃”旨在將煤層氣/煤礦瓦斯產(chǎn)量提高到240億立方米，煤礦瓦斯發(fā)電機組裝機容量達(dá)到280萬千瓦。除了新的煤礦瓦斯發(fā)電容量目標(biāo)之外，新計劃還強調(diào)了廢棄煤礦瓦斯（AMM）（CCII，2017）雖然中國政府大力推廣煤礦瓦斯的抽采和利用項目，但項目開發(fā)仍存在重大障礙，6.6％（BP，2018）。由于中國的天然氣市場和基礎(chǔ)設(shè)施不發(fā)達(dá)，很多中國城鎮(zhèn)的大多數(shù)居民都無法獲得天然氣。生產(chǎn)煤礦瓦斯的煤礦大困難。2006年到2011年間，山西已經(jīng)建設(shè)了26381山西省的經(jīng)濟山西相對于中國其他省份，山西省擁有豐富的能源儲備，近年來增長強勁。全省人DP35,303（5,140，2016DP4.5％（香港2018）零售額為人民幣6481億元（943.5億美元），2016年同比增長7.4％2016年出口額為人民幣687億元（99億美元），年增長率為17.9％2016年高科技產(chǎn)品出口增長68.3％至416億元人民幣（60.6億美元）服務(wù)業(yè)占GDP總份額從2011年的35％上升至2016年的55.7％，2016年全省旅游業(yè)收入為人422.8億元（62.86億美元）23.3％。根據(jù)中國的“十三五”規(guī)劃（2016-2020），山西計劃到2020年將煤炭產(chǎn)量減2.58億噸，以提倡更清潔的能源需求。雖然煤炭仍然在該省經(jīng)濟中發(fā)揮著重要作用，但由于新興產(chǎn)業(yè)的投資占2015年總投資的53.1％，與2011年相比增長近20％（中國日報，2018），其占GDP山西省能源消費市截至2017年底，全省發(fā)電裝機容量為8070萬千瓦，比2016年底增加5.7％。占總裝機容量的一部分是火電裝機容量6370萬千瓦，增長0.6％;并網(wǎng)風(fēng)電裝機容量870萬千瓦，同比增長13.1％;并網(wǎng)太陽能發(fā)電裝機容量，比上年增長98.9％，達(dá)到590萬千瓦。2017年，第二產(chǎn)業(yè)（制造業(yè)和建筑業(yè)）消耗了78.7％，即該省電力的1568.7億度。工業(yè)部門的總投資增長了3.1％，但2017年煤炭工業(yè)的投資下降了8.6％（NSBSSC，政府的第十二個五年天然氣計劃草案首次明確包括煤層氣，山西省正率先采取相對激進(jìn)的省內(nèi)混合天然氣-煤層氣管道計劃，其中包括：從長治到太原的每年20億立方米，460km的線路，于2012年完工，混合了沁水盆地煤層氣和中石化陜西山東線的常規(guī)天然氣。兩條管道總長300多公里，可從鄂爾多斯和古交地區(qū)運往太原約10億立方米2010年底完成了從山西沁水縣到河南博愛縣的10億立方米/年，50km的跨河管2020200量，建設(shè)超過1萬公里的管線，將天然氣輸送到全省70％的區(qū)域。該省國有資產(chǎn)監(jiān)督管環(huán)境保護(hù)市自2005年以來，中國通過“聯(lián)合國氣候變化框架公約”（UNFCCC）機制（CDM）成了全球碳市場的參與者。從2005年到2012（國家發(fā)改委）批準(zhǔn)了清潔發(fā)展機制下的12820082012（CERs）2012乏需求，核證減排量（CERs）的價格從最初的139元人民幣（20美元）開始降至元人民幣（0.26美元），清潔發(fā)展機制（CDM）（ICE，2018）。然而，到2013年，中國建立了7個試點碳市場，并于2017年底啟動天津，湖北和重慶設(shè)立，2016年，四川新增第八個碳交易所。未來，中國國家碳排放交易體系（ES）可能成為全球最大的碳排放許可市場。最初設(shè)想是包括主要的工業(yè)部門，現(xiàn)在預(yù)計全國碳排放交易體系僅涵蓋發(fā)電行業(yè)（EDF，207）。煤礦瓦斯利用項目產(chǎn)生的中國碳排放信用額度預(yù)計有資格作為一些試點碳市場中的國家市場抵消額。但是，中國碳排放信用額度可以達(dá)到的分配百分比目前尚不清楚。305“非處方藥”，這意味著它們27.8634.82（4005.00）。不過，這些價格無法確認(rèn)，并且假設(shè)這么高的價格很不現(xiàn)實。環(huán)境市場的另一個潛在選擇是基于國際民用航空組織（ICAO）。2016年10月，國際民航組織于通過了一個于2020年生效的碳中性增長的法案。截至2018年9月，66個國家就占了國際航空公司總碳排放量的86％以上，從2020年開始自愿加入該計劃。國根據(jù)該計劃，國際民航組織成員將要求到2035年減少25億噸二氧化碳當(dāng)量的碳排放量，這將導(dǎo)致到2025年每年抵消碳排放量的需求量為1.42至1.742035年，達(dá)到4.43-5.96億噸二氧化碳當(dāng)量（Ripley，2018年）。該市場可能為國際煤法律和監(jiān)管環(huán)作為中國減少空氣污染的更廣義戰(zhàn)略的一部分，政府制定了到2020年生產(chǎn)煤層氣目前，電網(wǎng)支付的入網(wǎng)價為00M/kWh（$03/Wh），作為對煤層氣/煤礦瓦斯生產(chǎn)“十三五”期間政府對煤礦瓦斯開發(fā)和開發(fā)的補貼為山西省提供了（$0.015/m3）的額外資金（GMI，2016）盡管存在許多有利于促進(jìn)中國煤層氣/煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的有利政策，目前尚不清楚這些激勵措施的有效性，從而使該領(lǐng)域面臨著許多發(fā)展的障礙。騰暉煤礦瓦斯的利用方斯總量不會有明顯變化，但預(yù)計采空區(qū)瓦斯抽放瓦斯?jié)舛葘⒃黾拥?5瓦斯?jié)舛葘⒃黾拥?5％。瓦斯質(zhì)量的提高為目前礦山無法使用的煤礦瓦斯利用提供了機虧平衡成本為0.27至0.40RMB/kWh（$0.039至0.058kWh）。騰暉煤礦的價格為0.65RMB/kWh（$0.094kWh）。另外，通過國家和省級的支持，0.40RMB/m3（$59,717/Mm3）的補貼使山西的瓦斯發(fā)電項目更具吸引力（GMI，2015）城鎮(zhèn)燃?xì)?在聯(lián)合國的“京都議定書”實施30％至6090（包括水分，二氧化碳，硫化氫等含量）有嚴(yán)格的要求。除了可能利用瓦斯為選煤廠提供燃料之外，礦山附近不存在工業(yè)用途。騰暉煤業(yè)管使用煤礦瓦斯為礦區(qū)建筑物和員工公寓中的供暖和熱水鍋爐提供燃料（礦區(qū)冬季需要供暖）案優(yōu)先考慮。壓縮天然氣/施的持續(xù)發(fā)展，包括CNG和LNG的推廣，為煤礦瓦斯通過CNG/LNG的運營提供了潛在的途徑。然而，即使未來能生產(chǎn)出中等質(zhì)量的天然氣，CNG或LNG目前在經(jīng)濟上是不可行的，生產(chǎn)CNG和LNG需要大量資金投入來提升氣體質(zhì)量，并進(jìn)行壓縮和液化。例如，目前一個煤礦瓦斯抽采和利用項目的投入可能總計為人民幣2061萬元（300萬美元），而液化天然氣工廠投入則為人民幣4121-4806萬元（約合6-7百萬美元）。另外，一個煤礦一年的運營費用可達(dá)人民幣687-1374萬元（1-2百萬美元）。液化天然氣的銷售價格需要大約為每1000公噸2.15RMB或相當(dāng)于人民幣3.0RMB/m3（$12.00/Mcf）料或生產(chǎn)CNG/LNG煤礦瓦斯利用75.2經(jīng)濟性項目開發(fā)概項目經(jīng)估項目的關(guān)鍵績效指標(biāo)有凈現(xiàn)值（PV），內(nèi)部收益率（RR）和投資回收期（年）。評論分析結(jié)果均為稅前數(shù)據(jù)。7-1CapitalExpenditures資本支-建議的本煤層水平定向鉆-建議的采空區(qū)高位水平定向鉆-目前騰暉采取的本煤層鉆-目前騰暉采用的裂隙帶鉆hp/1能源消耗（氣體表7-1：瓦斯抽放系統(tǒng)輸入?yún)r格和成本浮動：所有價格和成本按每年上浮3%鉆孔成本：本煤層水平定向鉆孔成本估計為$100/m。采空區(qū)高位水平定向鉆孔成本估計為$30m。相比之下，騰暉礦目前抽采方案中鉆孔成本僅僅是水平定向鉆孔成本（$/m）的30體輸送到位于地面的發(fā)電廠。收集系統(tǒng)成本最決于管道長度和每m價格。按建議的抽采方案，我們假設(shè)管道成本為$75/m，從2019年至2029年需新加大約5,050m的管線。相比之下，按騰暉現(xiàn)有的抽采方案，需鋪設(shè)31,990m的管線。應(yīng)急費用：對抽采方案中出現(xiàn)的不可預(yù)見的技術(shù)或監(jiān)管方面的困難，不收取任何費用的真空泵和壓縮機提供動力。假設(shè)的使用量為10％，這是從提供給最終用途的能源中扣水的回收和處理：與水的回收和處理相關(guān)的成本為$0.5/bbl濟效果的假定參數(shù)見表7-2。后續(xù)提供了對每個輸入?yún)?shù)的更詳細(xì)的討論。年0表7-2：瓦斯發(fā)電廠輸入?yún)r格和成本浮動3%基準(zhǔn)發(fā)電機容量：選取3.71MW的最低發(fā)電機容量為基準(zhǔn)發(fā)電量。在發(fā)電期間沒有發(fā)電機效率和運行時間：典型的效率在30％到44％之間，運行時間通常在每年5,0008,300小時之間，具體取決于發(fā)電機制造商。中國制造的燃?xì)廨啓C通常在該范圍率為35％，年運行時間為60％，即5,256（CCII）提供的信息，運行時間值與煤礦電廠所用的典型的發(fā)動機一致電價和煤礦瓦斯補貼：電網(wǎng)電價為0.65RMB/KWh（0.094$/KWh），煤礦瓦斯補貼為0.40RMB/m3（$59,717/Mm3）。發(fā)電項目延期18減排效益煤礦瓦斯補貼：雖然煤礦排放會抵消碳排放，但本研究采取了保守的假設(shè)，即此抵消沒有價值。如前所述，中國煤礦瓦斯項目的碳減排抵消價值一不確定，二不透發(fā)電成本指數(shù)：該值假設(shè)為800$/kW，是一個滿負(fù)荷成本。假設(shè)包括集裝箱式瓦斯發(fā)電機搬遷費0開發(fā)項目所需的其他資源費用。根據(jù)實際經(jīng)驗，該費用估計為發(fā)電廠總成本的20％。國定資產(chǎn)投資應(yīng)急費用：為不可預(yù)見的額外費用增加10發(fā)電廠運行和維護(hù)成本：發(fā)電廠的運行和維護(hù)成本假設(shè)為0.03$/KWh。運營成本應(yīng)急費用：對于不可預(yù)見的額外費用，加收10％的應(yīng)急費用潛在的溫室氣體：使用系數(shù)25。該值來自政府間氣候變化專門委員會第四次評估報瓦斯燃燒產(chǎn)生的二氧化碳：瓦斯燃燒會產(chǎn)生二氧化碳。估算煤礦瓦斯項目的減排量時必須考慮到除去瓦斯燃燒產(chǎn)生的二氧化碳后得到的凈二氧化碳減排量。按每噸瓦斯燃燒2.75tC218.25tC2e。表7-4總結(jié)了瓦斯發(fā)電項目的經(jīng)濟效益。煤礦管理部門要求僅限于瓦斯發(fā)電方案，部收益率和凈現(xiàn)值也可歸因于較低的發(fā)電項目建設(shè)成本指數(shù)人民幣（800$/kW），電力銷售價格0.65RMB/KWh（0.094$/KWh）和煤礦瓦斯的補貼人民在表7-5中給出了高、中、低三種投資回報等級下的整個項目，包括瓦斯抽采和瓦高、中和低等級來表示不同的項目情景。改變關(guān)鍵輸入變量，再根據(jù)高、中和低的等級，其在表7-1,7-2和7-3中詳述。結(jié)果表中用于所有凈現(xiàn)值計算的折現(xiàn)率為10％。低中高電價-項目建設(shè)延期(年21.51(千美元發(fā)電廠營運成本(千美元-減排效益瓦斯產(chǎn)量-7-3:（年CO2減排當(dāng)高5.23中3.71低3.47表7-4：單一發(fā)電廠項目稅前內(nèi)部收益（年CO2減排當(dāng)高5.23中3.71低3.47表7-5：瓦斯抽采和發(fā)電項目稅前經(jīng)濟分析指在觀察整個項目，即瓦斯抽放和瓦斯發(fā)電項目的回報時，對投資回報的主要貢獻(xiàn)是如下：5-2所示。1,200m165m83m高的高位裂隙帶鉆、以及一個每4m間隔高為38m的低位裂隙帶鉆孔。這導(dǎo)致每1,200m長的工作在，總鉆孔m86,000m。相比之下，當(dāng)沿著工作面回采平2029142,000m938,000m。31,990m的方法僅使用5,00，如表5-2和表53每個工作面的整個長度上鋪設(shè)高低負(fù)壓氣體收集管線，同時在主要巷道入口處鋪設(shè)主管線。根據(jù)新的抽采方案，只有主要巷道才需要鋪設(shè)氣體收集管線。10號煤層中僅需施工本煤層鉆孔。采空區(qū)高位水平定向鉆孔不是必需的預(yù)可行性研究報告在表7-62裂隙帶鉆孔，并計劃在10號煤層也采用相同作法相比，定向鉆進(jìn)方案在10年內(nèi)能節(jié)省了近1,100萬美元。即使騰暉煤礦將修改目前的抽采方案，不在10鉆孔，改為定向鉆孔后，也將節(jié)約540 約的凈現(xiàn)值（千美元10號煤層中不進(jìn)行常規(guī)裂隙帶鉆10號煤層中進(jìn)行常規(guī)裂隙帶鉆表7-6：采用定向鉆進(jìn)方案抽采后節(jié)約的成項目期間不同年份的成本節(jié)約（見圖7-1和7-2）。圖7-1中所示，提議方案在2019年成本較高，但考慮到整個項目期間（2019-2029），成本會減少。。在項目的后圖7-1：建議的方案與現(xiàn)行方案之間逐年成本比較（貼現(xiàn)現(xiàn)金流法圖7-2：年或累積的成本節(jié)7374電量和累計發(fā)電量（MWh）。減排量按年計算，與年度瓦斯產(chǎn)量和甲烷對全球變暖的影10025（PCC207）7-37-4的初始階段會有18個月的電廠建設(shè)期，直到2021年才達(dá)到全部發(fā)電和減排能力。在圖7-3中，從2021年至2029年，該項目的平均減排量為每年121,434tCO2e20291,139704tC2e46,79tC2e，這主要考1874202120919,49h185051Wh189,74h111,481616tC2e211,87Wh圖7-3：瓦斯生產(chǎn)應(yīng)用后出現(xiàn)穩(wěn)定增長的溫室氣減排圖7-4：整個項目期間（2021-2029）內(nèi)年發(fā)結(jié)論、建議和后續(xù)工作為中國國際煤礦瓦斯卓越中心綜合最佳實踐培訓(xùn)計劃（2018年6月至10月）20181在對騰暉煤礦提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)審查和討論，并實地參觀了煤礦的運營，了解了容易進(jìn)行利用。通過鉆孔量來計算估計的氣體產(chǎn)量，然后將其應(yīng)用于2號和10號煤層的建議采用采空區(qū)高位定向鉆孔，從接近回采入口處的煤層向上鉆進(jìn)，進(jìn)入頂板裂隙該預(yù)可行性研究分析了三種方案下的成本和效益：（方案1）只針對瓦斯發(fā)電廠;（方案2）整個項目，包括提議的瓦斯抽采項目和煤礦瓦斯電廠;（方案3）只針對建議的（案例3）和整個項目（案例2）的財務(wù)分析均包含在此可行性研究報告中。在所有這三盡管低于單一發(fā)電項目選項，整個項目選項（案例2）也顯示出積極的回報。對案例3，實施可以在項目周期內(nèi)減少1,481,616tCO2e的凈排放量。探索排放抵消市場，特別是自愿市場，以確定是否可以出售項目的二氧化碳抵消信用參考文BP.(2018).BPStatisticalReviewofWorldEnergy.RetrievedfromBP:大英百科全書2018ShanxiRetrievedfromBritannica:https:///place/ShanxiCCII.(2016).中國煤炭信息研究院,SummaryofGuizhouandChinaCMM,EnergyandCoalMarkets.Beijing,P.R.CCII.(2017).StatusandPotentialofAMMProjectDevelopmentinChina.RetrievedfromCCII:中國日報.(2018).Coal-richprovincegoes‘green’.RetrievedfromChina經(jīng)濟時報.(2016,March10).Fitch:HigherChinaCoal-BedMethaneSubsidyNotEnoughtoLiftIndustry.RetrievedfromEconotimes/Fitch-Higher-China-CoalBed-Methane-EDF.(2017).TheProgressofChina’sCarbonMarket.RetrievedfromEnvironmentalDefenseFund:EIA.(2015).EnergyInformationAdministrationBeta.RetrievedfromEnergyInformationAdministration:GMI.(2015).TheExperiencewithCMMDevelopment:ACaseStudyFocusingonPolicyfromChina.RetrievedfromChinaCoalInformationInstitute:GMI.(2016).CoalSectorUpdatesinChina.RetrievedformGlobalMethaneInitiativePresentation,李貴紅,(20