煤层气开发利用

晋城职业技术学院毕业设计题目

作者

院系矿业系

专业煤层气抽采技

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摘要

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。开发利用煤层气，形成煤层气产业将对国民经济发展起到巨大的推动作用。

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。

【关键词】：煤层气，甲烷，开发，利用，勘探，抽采

目录

1 煤层气的开发 (1)

1.1 煤层气的介绍 (1)

1.2 当前煤层气开发现状 (2)

1.3 煤层气开发方式与设备 (3)

1.4 煤层气-资源分布 (3)

1.4.1 中国情况 (3)

1.4.2 分布情况 (4)

1.4.3 山西煤层气开发情况 (4)

1.4.4 重点矿区井下煤层气资源特征 (6)

1.4.5 山西主要煤田煤层气资源特征 (6)

1.5 煤层气的排采技术 (7)

2 煤层气的利用技术 (8)

2.1 煤层气作化工原料 (8)

2.2 煤层气发电 (8)

2.3 煤层气用作工业燃料 (8)

3 煤矿瓦斯抽采必要性 (9)

3.1 从构建安全性矿井角度看瓦斯抽采必要性 (9)

3.2 从环境保护来看瓦斯抽采的必要性 (9)

3.3从瓦斯作为新能源角度来看瓦斯抽采的必要性 (9)

4 煤矿瓦斯抽采方法 (10)

4.1 回采工作面瓦斯抽采 (10)

4.2 采空区瓦斯抽采 (11)

总结 (12)

参考文献

1 煤层气的开发

1.1 煤层气的介绍

煤层气俗称“瓦斯”，其主要成分是CH4（甲烷）,与煤炭伴生、以吸附状态储存于煤

层内的非常规天然气，热值是通用煤的2-5倍，主要成分为甲烷。1立方米纯煤层气的热

值相当于1.13kg汽油、1.21kg标准煤，其热值与天然气相当，可以与天然气混输混用，而

且燃烧后很洁净，几乎不产生任何废气，是上好的工业、化工、发电和居民生活燃料。煤

层气空气浓度达到5%-16%时，遇明火就会爆炸，这是煤矿瓦斯爆炸事故的根源。煤层气

直接排放到大气中，其温室效应约为二氧化碳的21倍，对生态环境破坏性极强。在采煤之

前如果先开采煤层气，煤矿瓦斯爆炸率将降低70%到85%。煤层气的开发利用具有一举多得的功效：提高瓦斯事故防范水平，具有安全效应；有效减排温室气体，产生良好的环保效应；作为一种高效、洁净能源，商业化能产生巨大的经济效益。

煤层气或瓦斯的热值跟甲烷(CH4)含量有关，地面抽采的煤层气甲烷(CH4)含量一般大于96.5%，当甲烷含量97.8%时，在0℃, 101.325kPa下，

高热值：QH=38.9311MJ/Nm3(约9299 kcal/ Nm3)

低热值：QL=34.5964MJ/Nm3(约8263 kcal/ Nm3)

井下抽采的煤层气（瓦斯）目前一般将甲烷(CH4)含量调整到40.8%后利用，此时瓦斯的热值为：（在0℃, 101.325kPa下）

低热值：14.63MJ/m3(约3494 kcal/ Nm3)

高热值：16.24 MJ/m3(约3878 kcal/ Nm3)

煤层气可以用作民用燃料、工业燃料、发电燃料、汽车燃料和重要的化工原料，用途非常广泛。每标方煤层气大约相当于9.5度电、3 m水煤气、1L柴油、接近0.8kg液化石油气、1.1-1.3L汽油，另外,煤层气燃烧后几乎没有污染物，因此它是相当便宜的清洁型能源。

煤层气比空气轻，其密度是空气的0.55倍，稍有泄漏会向上扩散，只要保持室内空气流通，即可避免爆炸和火灾。而煤气、液化石油气密度是空气的1.5—2.0倍，泄漏后会向下沉积，所以危险性要比煤层气要大的多。

煤层气爆炸范围为5—15%，水煤气爆炸范围6.2—74.4%，因此，煤层气相对于水煤气不易爆炸，煤层气不含CO，在使用过程中不会象水煤气那样发生中毒现象。

1.2 当前煤层气开发现状

煤层气作为气体能源家族三大成员之一，与天然气、天然气水合物的勘探开发一样，日益受到世界各国的重视。全球埋深浅于2000米的煤层气资源约为240万亿立方米。美国是目前世界上煤层气商业化开发最成功的国家，从1983年到1995年的12年间，煤层气年产量从1.7亿立方米猛增至250亿立方米，2005年煤层气产量达到500亿立方米。预计2020年至2030年前后，燃气在世界能源结构中的比重将赶上和超过煤炭和石油。专家预测，2010年中国燃气缺口将达300亿立方米；2020年将达到1000亿立方米。在中国一次性能源消费结构中，煤炭约占74.6%，石油占17.6%，天然气仅占2%，远低于23%的世界平均水平。随着终端能源需求逐步向优质高效洁净能源转化，天然气的需求迅速增长。开发利用煤层气可将燃气在能源消费构成中的比重在2010年提高到10%。

世界主要产煤国都十分重视开发煤层气，英国、德国、前苏联、波兰等国主要采用煤炭开采前抽放和采空区封闭抽放方式抽放煤层气。80年代初美国开始试验应用常规油气井（即地面钻井）开采煤层气并获得突破性进展，标志着世界煤层气开发进入一个新阶段。美国进行煤层气地面开发有两种情况，一种是在没有采煤作业的煤田开采煤层气，采用的技术与常规天然气生产技术基本相似，渗透率低的煤层往往需要采取煤层其激励增产措施，如把二氧化碳注入不可开采的深煤层中的煤层气回收增强技术；另一种是在生产矿区内开发煤层气，这种情况下采气与采煤密切相关，特别是采用地面钻井抽取采空区的煤层气，通常抽气容易，不需要进行煤层压裂处理。

另外一些发达国家煤层气开发技术已经非常成熟，如澳大利亚采用航空磁测和地震勘探以确定钻井的最佳位置，开发了水平井高压水射流改造技术，并应用水平钻孔、斜交钻孔和地面采空区垂直钻孔抽放技术开采煤层气。

我国地质条件复杂，煤储层具有“三低一高”的特点，即：低压、低渗、低饱和、高含气量的特征，需要进一步完善基础理论，指导煤层气勘探开发工作。我国对于本层、邻近层和采空区的井下煤层气开采都已经有比较成熟的技术，还有些关键技术需进一步完善。从90年代初开始引进国外煤层气开发技术，目前基本掌握了适合我国煤储层特征的煤层气勘探开发技术，为煤层气的商业化开发创造了条件。

2006年，中国将煤层气开发列入了“十一五”能源发展规划，并制定了具体的实施措施，煤层气产业化发展迎来了利好的发展契机。2007年以来，政府又相继出台了打破专营