來源：國家礦山安全監(jiān)察局

12月1日，生態(tài)環(huán)境部和國家市場監(jiān)督管理總局聯(lián)合發(fā)布了新修訂的《煤層氣（煤礦瓦斯）排放標(biāo)準(zhǔn)》。新標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)，在滿足安全生產(chǎn)的前提下，通過更加嚴(yán)格的排放控制要求和監(jiān)測要求，強(qiáng)化甲烷排放控制，積極應(yīng)對氣候變化，改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

第二十屆國際煤層氣研討會發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，截至2023年底，我國高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井有1500處左右，主要分布在安徽、河南、山西、陜西等地。

“煤礦瓦斯的主要成分是甲烷，甲烷是全球第二大溫室氣體。”應(yīng)急管理部信息研究院（煤炭信息研究院）院長鄭景奇說，“開展煤礦瓦斯抽采利用，不僅能夠治理瓦斯災(zāi)害，而且能夠減少溫室氣體排放?！?/span>

近年來，聚焦“雙碳”目標(biāo)、能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、煤礦安全生產(chǎn)，我國陸續(xù)出臺了一系列加強(qiáng)煤礦瓦斯防治和煤層氣開發(fā)利用工作的政策措施，瓦斯抽采利用政策體系不斷完善。

在做好煤炭產(chǎn)業(yè)規(guī)劃布局方面，我國嚴(yán)格控制高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井建設(shè)項(xiàng)目審批；規(guī)定高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井應(yīng)配套建設(shè)瓦斯抽采與綜合利用設(shè)施，鼓勵(lì)先抽后建、先采氣后采煤；對不具備瓦斯災(zāi)害治理能力的高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井，引導(dǎo)淘汰退出。

在制定煤層氣（煤礦瓦斯）開發(fā)利用規(guī)劃方面，我國從勘探開發(fā)、輸送與利用、科技創(chuàng)新等方面布局，建設(shè)煤層氣開發(fā)產(chǎn)業(yè)化基地、瓦斯抽采規(guī)?；V區(qū)，加大科技攻關(guān)支持力度，推動煤層氣快速增儲上產(chǎn)。

在加強(qiáng)激勵(lì)扶持方面，我國加快高瓦斯、煤與瓦斯突出煤礦安全技術(shù)改造，遴選推廣煤層氣（煤礦瓦斯）開發(fā)、瓦斯治理先進(jìn)適用技術(shù)、裝備，支持將煤層氣開發(fā)利用項(xiàng)目作為溫室氣體自愿減排項(xiàng)目，對煤層氣（煤礦瓦斯）抽采利用給予財(cái)政補(bǔ)貼、專項(xiàng)資金支持，出臺煤層氣（煤礦瓦斯）抽采利用企業(yè)相關(guān)稅費(fèi)優(yōu)惠政策。

在一系列相關(guān)政策的支持下，煤炭行業(yè)相關(guān)企業(yè)與機(jī)構(gòu)正在加快煤礦瓦斯利用步伐。

“我國煤礦瓦斯資源分布廣、儲量大，埋深小于2000米的煤礦瓦斯總量高達(dá)36.81萬億立方米。煤礦瓦斯的抽采與利用，是煤礦節(jié)能減排的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?！敝袊踩a(chǎn)科學(xué)研究院院長周福寶說。

堵點(diǎn)卡點(diǎn)要通過技術(shù)打通

據(jù)周福寶介紹，我國埋藏深度超過1500米的中深層煤層氣，資源量豐富，需要高水平的技術(shù)和復(fù)雜的工藝，開發(fā)成本高；埋藏深度1500米以內(nèi)的淺層煤層氣，資源量相對較小，儲量小且豐度低，規(guī)模開發(fā)的經(jīng)濟(jì)性不足。

如何構(gòu)建適用于我國地質(zhì)條件的煤層氣開發(fā)模式？

中國煤炭科工集團(tuán)研發(fā)團(tuán)隊(duì)全面協(xié)同部署1500米以淺煤層氣開發(fā)應(yīng)用與煤炭集約化高效采掘生產(chǎn)，選擇西南地區(qū)、兩淮地區(qū)、鄂爾多斯盆地三種不同地質(zhì)條件的地區(qū)進(jìn)行煤層氣開發(fā)，最終形成適合我國目前條件下的煤層氣開發(fā)技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)“建、產(chǎn)、掘、抽”一體化煤與煤層氣協(xié)同開發(fā)。

“煤層氣與煤炭同源共生，開發(fā)過程中相互影響，井上下聯(lián)合開發(fā)可以破解眾多地質(zhì)、安全難題?！敝袊禾靠乒ぜ瘓F(tuán)副總經(jīng)理劉見中說，“我國13個(gè)重點(diǎn)礦區(qū)，煤層氣地質(zhì)資源量為6.6萬億立方米。瓦斯抽采和利用，要能抽盡抽、應(yīng)抽盡抽，不能只選擇‘甜點(diǎn)’，回避堵點(diǎn)卡點(diǎn)。這些難點(diǎn)問題，要通過技術(shù)來解決?！?/span>

據(jù)介紹，我國瓦斯抽采基本技術(shù)路線為：通過抽采動力源將瓦斯從煤層中抽吸至地面，再對不同濃度的瓦斯進(jìn)行利用，并在這個(gè)過程中監(jiān)測計(jì)量。

在瓦斯抽采環(huán)節(jié)，長期以來，我國瓦斯抽采動力設(shè)備為水環(huán)真空泵?！八h(huán)真空泵雖然安全性能高，但能耗高、效率低，實(shí)際運(yùn)行效率僅為10%到40%。”周福寶說。

2019年，“節(jié)能型泵及真空設(shè)備制造”被列入國家綠色產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)目錄。

中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院研究團(tuán)隊(duì)提出水環(huán)真空泵減阻節(jié)能新方法，將工質(zhì)由水改變?yōu)楦叻肿訙p阻液，大幅降低泵運(yùn)行過程中的摩擦和渦流損失，從而降低水環(huán)泵能耗。

目前，這項(xiàng)技術(shù)已在陜西、山西、安徽推廣應(yīng)用。其中，在山西潞安化工集團(tuán)古城煤礦應(yīng)用后，節(jié)能率在15%以上，單臺900千瓦水環(huán)真空泵年節(jié)電量達(dá)190萬千瓦時(shí)，泵站年節(jié)能凈效益超200萬元。

“在甲烷排放監(jiān)測環(huán)節(jié)，現(xiàn)階段，我國煤炭行業(yè)對甲烷排放尚缺乏有效的計(jì)量方法、體系和標(biāo)準(zhǔn)，缺少在地面對礦區(qū)范圍內(nèi)的甲烷排放進(jìn)行計(jì)量的系統(tǒng)。”周福寶說。

去年8月，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布《深化碳監(jiān)測評估試點(diǎn)工作方案》，要求在煤炭行業(yè)開展甲烷排放監(jiān)測試點(diǎn)。同年，中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院探索建立我國首套礦井甲烷排放智能監(jiān)測系統(tǒng)，目前在國家能源集團(tuán)布爾臺煤礦、上灣煤礦進(jìn)行試點(diǎn)應(yīng)用。

在瓦斯抽采利用過程中，智能化是重要一環(huán)。

“目前，我國瓦斯抽采作業(yè)過程復(fù)雜繁瑣，多為隱蔽性、復(fù)雜工程，涉及部門與人員較多，抽采過程自動化管控程度低，抽采系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化程度不高，抽采管網(wǎng)重監(jiān)測、輕分析、弱控制?！惫饬萍脊煞萦邢薰径麻L趙彤宇說。

光力科技股份有限公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)提出了瓦斯抽采關(guān)鍵過程管控智能化方案，主要包括抽采系統(tǒng)透明管理、高效智能鉆場施工、精準(zhǔn)監(jiān)測智能評判、礦區(qū)雙碳智能管控四大類瓦斯智慧抽采關(guān)鍵技術(shù)裝備。

其中，該公司發(fā)明的新型智能鉆機(jī)，可一鍵全自動鉆進(jìn)、數(shù)據(jù)全面監(jiān)測、孔內(nèi)參數(shù)隨鉆探測、自適應(yīng)高效鉆進(jìn)，大幅降低了施鉆人員勞動強(qiáng)度，提高了鉆探效率和鉆孔精度。新型智能鉆機(jī)于今年4月入選礦山領(lǐng)域機(jī)器人典型應(yīng)用場景。

“通過裝備智能化、管理信息化、流程規(guī)范化、設(shè)計(jì)與施工協(xié)同集成，我們不斷提高瓦斯治理工程的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化水平，為瓦斯治理提供輔助決策，提升瓦斯防治智能化水平?！壁w彤宇說。

第二十屆國際煤層氣研討會數(shù)據(jù)顯示，截至2023年底，我國累計(jì)鉆井近2.3萬口，累計(jì)探明煤層氣地質(zhì)儲量1.1萬億立方米。

來自國家能源局的數(shù)據(jù)顯示，2023年，我國煤層氣產(chǎn)量達(dá)117.7億立方米，居世界第三位。

健全甲烷市場化減排機(jī)制

“基于全球變暖潛能值的計(jì)算結(jié)果顯示，1噸甲烷在100年內(nèi)對于全球變暖的影響，是1噸二氧化碳所帶來影響的28倍。”周福寶介紹，在大氣中，二氧化碳可以存在數(shù)百年，而甲烷的壽命約為12年，減少甲烷排放可以在短期內(nèi)顯著減緩全球氣候變暖。

今年3月，國際能源署（IEA）發(fā)布的《2024年全球甲烷追蹤》報(bào)告指出，2023年，全球化石能源的生產(chǎn)和使用導(dǎo)致近1.2億噸甲烷排放，其中煤炭的生產(chǎn)和使用導(dǎo)致4000萬噸的甲烷排放。

為不斷完善甲烷市場化減排機(jī)制，近年來，我國持續(xù)推進(jìn)CCER（中國核證自愿減排量）體系建設(shè)，深入研究CCER方法學(xué)。

CCER是指對我國境內(nèi)可再生能源、林業(yè)碳匯、甲烷利用等項(xiàng)目的溫室氣體減排效果進(jìn)行量化核證，并在國家溫室氣體自愿減排交易注冊登記系統(tǒng)中登記的溫室氣體減排量。

早在12年前，國家發(fā)展改革委就發(fā)布了《溫室氣體自愿減排交易管理暫行辦法》，提出CCER機(jī)制，對國內(nèi)溫室氣體自愿減排項(xiàng)目等五個(gè)事項(xiàng)實(shí)施備案管理。

自“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)提出以來，全國碳市場及相關(guān)配套機(jī)制的建設(shè)進(jìn)展大大加快。2021年7月，全國碳排放權(quán)交易市場正式啟動。今年1月，全國溫室氣體自愿減排交易市場正式啟動，與全國碳排放權(quán)交易市場共同構(gòu)成了“強(qiáng)制碳配額+自愿碳減排”兩個(gè)相互關(guān)聯(lián)的碳市場體系。

“自愿碳減排促進(jìn)我國煤炭甲烷減排經(jīng)濟(jì)可行性、煤炭甲烷減排技術(shù)創(chuàng)新能力、煤炭甲烷利用率不斷提高?！睉?yīng)急管理部信息研究院（煤炭信息研究院）副院長劉文革說。

數(shù)據(jù)顯示，2020年，我國煤礦瓦斯抽采量128億立方米，相比2006年增長2.8倍；煤礦瓦斯利用量57.4億立方米，相比2006年增長4倍。2023年，全國煤礦瓦斯利用量58億立方米，減排二氧化碳8700萬噸。

劉文革坦言，目前，我國煤炭甲烷排放基礎(chǔ)工作仍存在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不清、統(tǒng)計(jì)核算能力不足、核查體系尚未成熟等問題，煤炭甲烷排放精準(zhǔn)測量技術(shù)有待進(jìn)一步優(yōu)化，催化氧化技術(shù)研發(fā)有待進(jìn)一步加強(qiáng)，安全技術(shù)水平有待進(jìn)一步提高。

“保障煤礦瓦斯安全利用是推進(jìn)煤炭甲烷控排的重中之重。我們要不斷提高裝備設(shè)施安全水平，防范事故發(fā)生。”劉文革說。

今年6月，國家能源局公布的數(shù)據(jù)顯示，我國礦井?dāng)?shù)量由1萬多處減少到4200處左右。

“這些關(guān)閉礦井尤其是高瓦斯和突出煤礦，關(guān)閉后剩余大量瓦斯資源。殘存瓦斯易引發(fā)瓦斯爆炸事故，關(guān)閉礦井的瓦斯從地表裂縫逸出，造成溫室氣體排放?！眲⑽母镎f。

在美國，開展關(guān)閉礦井瓦斯利用，可以在自愿減排市場交易中獲得減排收益。

“美國目前已有3個(gè)關(guān)閉礦井瓦斯開發(fā)利用項(xiàng)目在‘加利福尼亞空氣資源委員會限額貿(mào)易方案’進(jìn)行注冊，可獲得12美元/噸的減排收益，關(guān)閉礦井瓦斯發(fā)電可以獲得約4歐分/千瓦時(shí)的額外收益?！泵绹h(huán)保局煤層氣辦公室主任沃爾雅·羅斯切卡表示。

“未來關(guān)閉礦井的瓦斯利用，有待納入自愿碳減排支持范圍，我國自愿碳減排體系有待進(jìn)一步健全完善?！眲⑽母锝ㄗh，加強(qiáng)煤炭甲烷開采、運(yùn)輸、儲存、利用各環(huán)節(jié)排放的監(jiān)測、報(bào)告和核算等核查體系（MRV）建設(shè)；加強(qiáng)全濃度瓦斯梯級利用技術(shù)攻關(guān)；健全相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系，適時(shí)修訂煤礦瓦斯利用安全相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，健全完善煤礦瓦斯輸送、逸散監(jiān)測相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和檢定規(guī)程；加大超低濃度乏風(fēng)瓦斯催化氧化銷毀和余熱利用技術(shù)、低濃度瓦斯高效提純技術(shù)、甲烷濃度在3%到9%的煤礦瓦斯直燃技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)的科研攻關(guān)。

向超低濃度瓦斯發(fā)起攻關(guān)

根據(jù)《煤礦瓦斯發(fā)電工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，甲烷體積濃度大于或等于30%的煤礦瓦斯為高濃度瓦斯；甲烷體積濃度大于或等于7%且小于30%的煤礦瓦斯為低濃度瓦斯。

針對甲烷體積濃度小于7%的煤礦瓦斯，目前沒有明確定義。在業(yè)內(nèi)，廣義上稱甲烷體積濃度小于7%的煤礦瓦斯為超低濃度瓦斯。也有專家指出，甲烷體積濃度小于3%的煤礦瓦斯可被稱為超低濃度瓦斯；甲烷體積濃度低于0.75%的煤礦瓦斯為乏風(fēng)瓦斯（風(fēng)排瓦斯、通風(fēng)瓦斯）。

據(jù)周福寶介紹，不同濃度的煤礦瓦斯，其抽采利用程度也不同。

其中，高濃度瓦斯可被用作高濃度內(nèi)燃發(fā)電、管道民用燃?xì)?、LNG、CNG等，其利用技術(shù)已基本成熟；低濃度瓦斯被用于內(nèi)燃機(jī)發(fā)電、供熱等，可實(shí)現(xiàn)大部分利用。而超低濃度瓦斯利用存在困難，大部分超低濃度瓦斯被直接排放。

2020年11月，生態(tài)環(huán)境部、國家發(fā)展改革委、國家能源局三部門聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)煤炭資源開發(fā)環(huán)境影響評價(jià)管理的通知》，鼓勵(lì)對甲烷體積濃度在2%（含）至8%的抽采瓦斯以及乏風(fēng)瓦斯探索開展綜合利用。

2023年11月，生態(tài)環(huán)境部等11部門印發(fā)《甲烷排放控制行動方案》。

“方案印發(fā)一年多以來，我們將甲烷控排2024重點(diǎn)工作細(xì)化為35項(xiàng)，建立排放因子數(shù)據(jù)庫，提升甲烷排放數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，修訂煤層氣煤礦瓦斯排放標(biāo)準(zhǔn)，將禁止排放的煤礦瓦斯?jié)舛认孪迯?0%下調(diào)到8%。”生態(tài)環(huán)境部應(yīng)對氣候變化司一級巡視員蔣兆理說。

今年7月，生態(tài)環(huán)境部組織編制了《溫室氣體自愿減排項(xiàng)目方法學(xué) 煤礦低濃度瓦斯和風(fēng)排瓦斯利用（征求意見稿）》，鼓勵(lì)煤礦企業(yè)申請低濃度瓦斯和風(fēng)排瓦斯回收利用的自愿減排項(xiàng)目，進(jìn)一步提高煤礦瓦斯回收利用率，削減甲烷排放。

今年12月1日，新修訂的《煤層氣（煤礦瓦斯）排放標(biāo)準(zhǔn)》明確指出，在保障煤礦通風(fēng)安全的前提下，禁止排放高濃度煤礦瓦斯，禁止排放甲烷體積濃度高于8%且抽采純量高于10立方米/分鐘的煤礦瓦斯。

在系列政策的要求與支持下，煤炭行業(yè)對于超低濃度瓦斯和乏風(fēng)瓦斯的利用探索正在展開。

“既然甲烷濃度低，難捕捉，那么能否換一個(gè)思路，捕捉氧氣和氮?dú)猓尲淄闈舛认鄬ψ兏?？”周福寶說。為此，中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院研發(fā)團(tuán)隊(duì)研發(fā)了基于吸附動力學(xué)選擇性的“微壓—真空”變壓吸附提濃技術(shù)，實(shí)現(xiàn)氧氣、氮?dú)?、甲烷高效率分離，并在1300多次循環(huán)實(shí)驗(yàn)中保持效果穩(wěn)定。

不滿足于單一的技術(shù)路徑，中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院研發(fā)團(tuán)隊(duì)還探索出基于固體氧化物燃料電池（SOFC）的低濃度甲烷高效清潔發(fā)電新技術(shù)，通過電化學(xué)反應(yīng)，直接將甲烷化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，破解傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)發(fā)電效率低、污染重的技術(shù)難題。此外，該研發(fā)團(tuán)隊(duì)探索出乏風(fēng)甲烷低溫催化氧化技術(shù)，開發(fā)了一種新型催化劑（鈣鈦礦氧化物浸漬顆粒型催化劑）。

“像海綿吸水一樣，這種催化劑可以更有效吸附甲烷氣體。該技術(shù)已在安徽省展開實(shí)驗(yàn)，轉(zhuǎn)化率為50%以上，但距離產(chǎn)業(yè)化還有一段距離?！敝芨氄f。

在北京揚(yáng)德環(huán)保能源科技股份有限公司，成套技術(shù)方案正在礦區(qū)落地實(shí)踐。

“當(dāng)煤礦摻混瓦斯甲烷濃度較低（0.3%至0.5%）時(shí)，無法提取熱量，我們通過技術(shù)手段銷毀甲烷，達(dá)到減少溫室氣體排放的目的?！北本P(yáng)德環(huán)保能源科技股份有限公司總裁許政洪說，“當(dāng)煤礦摻混瓦斯甲烷濃度大于0.5%時(shí)，通過氧化反應(yīng)可產(chǎn)生950攝氏度的高溫?zé)犸L(fēng)。我們通過增加相關(guān)配套技術(shù)設(shè)備，利用這部分煤礦瓦斯實(shí)現(xiàn)熱電冷三聯(lián)供、供暖、井筒進(jìn)風(fēng)加熱、煤泥烘干等?！?/span>

利用這套技術(shù)方案，晉能控股集團(tuán)李陽煤礦年摧毀瓦斯量3000萬標(biāo)準(zhǔn)立方米，年碳減排量49萬噸；潞安化工集團(tuán)漳村煤礦年摧毀瓦斯量1700萬標(biāo)準(zhǔn)立方米，年碳減排量25萬噸；中煤山西華寧煤業(yè)公司年摧毀瓦斯300萬標(biāo)準(zhǔn)立方米，年碳減排量4.5萬噸。

中國礦業(yè)大學(xué)低碳能源與動力工程學(xué)院研發(fā)團(tuán)隊(duì)以多孔介質(zhì)燃燒為基礎(chǔ)理論依據(jù)，研究揭示了甲烷濃度小于9%瓦斯爆燃過程中能量釋放和傳播機(jī)制，提出了小空間熱流循環(huán)自激振蕩式瓦斯直燃利用方法，發(fā)明了首臺防爆轟火焰管道阻火器。

中國礦業(yè)大學(xué)低碳能源與動力工程學(xué)院學(xué)科主任趙培濤指出，煤礦瓦斯安全高效利用具有顯著的社會效益、環(huán)境效益，可促進(jìn)煤礦安全生產(chǎn)節(jié)能降碳、提質(zhì)增效。但同時(shí)，煤礦瓦斯利用應(yīng)充分考量技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，遵循“梯級”原則，在經(jīng)濟(jì)承受范圍內(nèi)，匹配不同技術(shù)方案。

蔣兆理說：“下一步，我們將繼續(xù)落實(shí)甲烷行動方案重點(diǎn)任務(wù)，推動新修訂瓦斯排放標(biāo)準(zhǔn)落實(shí)，鼓勵(lì)更多煤炭企業(yè)開展自主減排行動，回收利用低濃度瓦斯和乏風(fēng)瓦斯。”