今年11月，在《聯合國氣候變化框架公約》第三十次締約方大會（COP30）期間，我國與歐盟、巴西發起成立“碳排放權交易市場開放聯盟”。該聯盟共包括11個國家和地區，旨在建立起一個跨國合作框架，實現“互通、透明與可信”的全球合規碳市場網絡。
今年9月24日(ri)，在(zai)聯(lian)合(he)國(guo)氣(qi)候(hou)變(bian)化(hua)峰(feng)會(hui)上(shang)，我(wo)國(guo)宣(xuan)布(bu)了(le)新(xin)一(yi)輪(lun)國(guo)家(jia)自(zi)主(zhu)貢(gong)獻(xian)目(mu)標(biao)，首(shou)次(ci)將(jiang)甲(jia)烷(wan)等(deng)非(fei)二(er)氧(yang)化(hua)碳(tan)溫(wen)室(shi)氣(qi)體(ti)納(na)入(ru)總(zong)量(liang)控(kong)製(zhi)範(fan)圍(wei)。根(gen)據(ju)國(guo)際(ji)能(neng)源(yuan)署(shu)《2024年全球甲烷追蹤》報告，工業革命以來，甲烷對全球溫度升高的貢獻率約30%。
甲烷是瓦斯的主要成分，煤炭開采釋放大量瓦斯。中國安全生產科學研究院院長周福寶指出，我國煤層甲烷資源分布廣、儲量大，埋藏深度小於2000米的煤層甲烷總量達36.81萬億立方米。我國煤礦每年排放甲烷超過290億立方米。
中國工程院院士、太原理工大學學術委員會主任金智新指出，我國井工煤礦排放的瓦斯占煤炭行業的80%以上。
“碳交易市場發展是大勢所趨。未來，我國建立的強製碳市場和自願碳減排市場，將會在國際碳減排市場上發揮重要作用。”應急管理部信息研究院（煤炭信息研究院）副院長劉文革說，“我們應抓住機遇，大力開發煤炭甲烷自願減排項目，提升煤礦瓦斯治理水平，努力開創以減排促利用、以利用促抽采、以抽采保安全的新局麵，為實現‘雙碳’目標作出貢獻。”
瓦斯監測 更快速更精準
自2021年全國碳排放權交易市場正式啟動以來，我國形成了強製碳市場和自願碳減排市場雙輪驅動的格局。
據介紹，強製碳市場指全國碳排放權交易市場，是一種由政府法規推動的碳交易機製。自願碳減排市場指CCER（中國核證自願減排量）市場，是一個通過市場機製激勵溫室氣體減排的平台。自願碳減排市場允許企業和個人自願開展額外的減排項目（如植樹造林、發展可再生能源、回收甲烷等），產生的經核證的減排量可以在市場上交易，從而使企業獲得經濟收益。
自願碳減排市場促進我國煤礦瓦斯減排經濟可行性、煤礦瓦斯減排技術創新能力、煤礦瓦斯利用率不斷提高，也對甲烷排放監測機製提出了更高要求。
“煤層甲烷含量是衡量煤層內甲烷資源儲量、排放總量的最核心指標，是研判重大風險、評估煤層氣開發潛力的關鍵參數。”周福寶說。
2023年，生態環境部發布《深化碳監測評估試點工作方案》，要求在煤炭行業開展甲烷排放監測試點工作。
中煤科工集團重慶研究院有限公司副總經理張誌剛介紹，當前，我國井工煤礦開采的甲烷排放數據監測係統已突破精準感知、融合監控與數字化決策等關鍵技術瓶頸，可實時連續監測瓦斯量，實現準確計量。
“我們正在研究新一代雲邊端安全監控係統。與現有安全監控係統相比，新一代係統開放性更強、安全性更高、智能化特性更顯著。”張誌剛說。
“目前，我國煤礦基本都建立了甲烷排放監測係統，但大部分煤礦委托專業機構進行煤層甲烷含量測定，麵臨周期長、監測點布置少、成本高等問題，無法動態監測煤層甲烷排放情況。”周福寶說。
weici，zhongguoanquanshengchankexueyanjiuyuanchuangxintichulejingxiayizhanshimeicengjiawanhanliangcedingxinfangfa，yanfalemeicengjiawanhanliangkuaisujingzhuncedingjishuhewasihanliangkuaisucedingyidengjishuzhuangbei。
當前，中國安全生產科學研究院研發的井下一站式煤層甲烷含量測定成套技術裝備已在山西、陝西、內蒙古、安徽等17個省區的400餘座煤礦，以及重慶大學、西安科技大學、河南理工大學等10餘所高校和科研院所實現規模化應用。
“目mu前qian，全quan國guo溫wen室shi氣qi體ti自zi願yuan減jian排pai項xiang目mu監jian測ce數shu據ju聯lian網wang係xi統tong已yi建jian成cheng，但dan各ge煤mei礦kuang瓦wa斯si監jian測ce數shu據ju如ru何he與yu該gai係xi統tong對dui接jie尚shang未wei明ming確que，亟ji待dai盡jin快kuai出chu台tai相xiang關guan聯lian網wang技ji術shu規gui範fan或huo指zhi南nan。”劉文革說。
瓦斯抽采 因地製宜應抽盡抽
“瓦斯與煤炭同源共生，開發過程中相互影響。地麵抽采和井下開采要相互促進，不能相互幹擾。”華新燃氣集團山西藍焰煤層氣公司總經理田永東表示，瓦斯抽采，要能抽盡抽、應抽盡抽。
淮河能源集團煤層氣開發利用公司總工程師丁同福指出，淮南礦區為鬆軟低滲煤層群，地麵瓦斯治理工程實踐麵臨挑戰。
在鑽井工藝方麵，煤層氣開發利用公司采用“鑽前地質導向三維建模—鑽中動態定位—鑽後綜合判層”技術方法，將煤層頂（底）板0到2米的鑽遇率提高到90%以上。
在壓裂工藝技術方麵，煤層氣開發利用公司首次在國內淺層煤層開發中采用“大排量、大沙量、大砂比、大粒徑+連續加砂”的飽和體積壓裂工藝，實現水平井壓裂裂縫全覆蓋，解決了鬆軟低滲煤層加砂難等問題。
2021年至今，淮河能源集團在5個生產礦井施工了37口地麵瓦斯治理井，涵蓋淮南礦區的主采煤層。截至今年11月，37口井累計產氣量為4500萬立方米，鑽井成功率達100%。
和淮南礦區一樣麵臨複雜地質條件的還有貴州礦區。貴州礦區構造煤占比高，具有典型的滲透率低、壓裂可改造性差等特點，長期以來被視為煤層氣開發的禁區。
近jin年nian來lai，貴gui州zhou能neng源yuan集ji團tuan開kai展zhan了le煤mei礦kuang井jing上shang下xia瓦wa斯si聯lian合he治zhi理li工gong作zuo。井jing下xia抽chou采cai由you煤mei礦kuang依yi托tuo現xian有you技ji術shu自zi主zhu進jin行xing，地di麵mian抽chou采cai由you貴gui州zhou烏wu江jiang煤mei層ceng氣qi勘kan探tan開kai發fa有you限xian公gong司si負fu責ze實shi施shi。
貴(gui)州(zhou)烏(wu)江(jiang)煤(mei)層(ceng)氣(qi)勘(kan)探(tan)開(kai)發(fa)有(you)限(xian)公(gong)司(si)總(zong)經(jing)理(li)婁(lou)毅(yi)表(biao)示(shi)，實(shi)現(xian)構(gou)造(zao)煤(mei)原(yuan)位(wei)煤(mei)層(ceng)氣(qi)開(kai)發(fa)理(li)論(lun)與(yu)關(guan)鍵(jian)技(ji)術(shu)突(tu)破(po)，是(shi)貴(gui)州(zhou)煤(mei)層(ceng)氣(qi)產(chan)業(ye)發(fa)展(zhan)亟(ji)待(dai)解(jie)決(jue)的(de)問(wen)題(ti)。
“當前，我們基本找到了製約貴州煤層氣產業發展的根本性問題，明確了開發和攻關方向。”婁毅說，“2024年以來，我們在多個煤層氣區塊進行三維地震探測，進一步明確了構造情況。”
婁毅坦言，盡管當前已開展煤層氣資源稟賦、探tan采cai地di質zhi選xuan區qu等deng研yan究jiu，但dan對dui相xiang應ying向xiang斜xie深shen部bu煤mei係xi氣qi成cheng藏zang機ji理li的de認ren識shi並bing不bu清qing楚chu，資zi源yuan評ping價jia與yu有you利li區qu優you選xuan方fang法fa尚shang無wu統tong一yi標biao準zhun，煤mei係xi氣qi合he采cai模mo式shi尚shang未wei形xing成cheng。
今年4月11日，貴州召開煤礦瓦斯地麵抽采推進會，地麵抽采從技術探索階段步入工程推廣階段。
“在煤的生成和煤的變質過程中伴生的以甲烷為主的烴類氣體，從安全角度來說是煤礦瓦斯，從資源角度來說是煤層氣。”中國地質大學（北京）副校長劉大錳說。
成都理工大學頁岩氣現代產業學院特聘院長徐鳳銀指出，截至2024年底，我國累計探明煤層氣地質儲量約1.22萬億立方米；累計鑽井2.4萬多口，煤層氣年產能230多億立方米，煤層氣年產量138億立方米。
“我國煤層氣資源量約70萬億立方米，埋藏深度大於2000米的深部煤層氣資源量達40萬億立方米，深部煤層氣開發潛力巨大。”成都理工大學黨委書記劉清友表示，相比中淺層煤層氣，深部煤層氣儲層以原生結構煤為主，具有地應力高、溫度高、滲透率低等複雜地質特征，導致深部煤層塑性和非均質性更強，深部煤層氣開發麵臨諸多挑戰。
據介紹，深部煤層氣是指埋藏深度大於1500米煤層（或夾矸）中賦存的以甲烷為主的烴類氣體。自2019nianzaieerduosipendidongyuanhuodeshenbumeicengqixiaoyikaifadezhongdatupoyilai，woguoyidapizhuanjiaxuezhechuangxintichuleshenbumeicengqixiangguanfujililun，yanfaleyixiliekantankaifaguanjianjishu。
“傳統觀念認為，埋藏深度大於1000米的煤層氣是沒有開發效益的。現在，深部煤層氣取得了很好的開發效益，這在以前是不可想象的。”徐鳳銀說，目前，我國正在實施4個國家級深部煤層氣開發示範項目。近5年來，我國新增深部煤層氣探明地質儲量近6000億立方米。2024年，在我國煤層氣總產量138億立方米中，深部煤層氣占比達19.6%。預計2030年全國煤層氣產量可達300億立方米，2035年全國煤層氣產量可達400億立方米至500億立方米。
劉清友表示，未來的攻關方向，應針對煤層氣儲層預測難度大、儲層動用程度低的問題，構建數據池，透明呈現三維地質體；針對煤層氣儲層預測符合率低的問題，加強井底數據檢測、大數據傳輸與智能算法融合；針對深層煤層氣長水平段延伸難、鑽井時效低、成本高的問題，研發智能鑽頭、井下機器人、導向係統等；針對深層煤層氣壓裂改造效果差、評價難的問題，開展高頻管波壓裂裂縫診斷技術攻關等。
“meicengqikaifajishudebuduanjinbu，tuidonglemeicengqichanyedefazhanzhuangda。jiangmeicengqikaifaguanjianjishuyinjinbingrongrumeikuangwasidonglizaihaizonghezhili，shishixianmeikuangwasizaihaifangzhiguankouqianyidezhongyaojucuo。”應急管理部信息研究院煤炭清潔發展研究所副所長王勃說，“圍繞煤礦瓦斯動力災害防治，亟須開展理論和技術攻關，為我國煤礦安全生產保駕護航。”
王勃建議，未來，在理論研究方麵，深化開展煤與煤層氣（瓦斯）綜合勘查，並融合多種手段開展精細地質研究；在治理技術方麵，進一步探究“洞穴消突井+高壓空氣（液氮、二氧化碳）滌蕩+負壓抽采”“地麵L型水平井分段壓裂+排采”等煤與瓦斯突出治理方法，以及“頂板L型井分段水力壓裂”“頂板L型井分段水力加砂壓裂+排采”等衝擊地壓治理方法；實施科研—工程一體化項目，研發適用於煤礦瓦斯複合動力災害的治理技術並推廣應用。
瓦斯利用 向超低濃度發起攻關
當前，我國瓦斯抽采利用的基本技術路線為：tongguorushuihuanzhenkongbengdengdongliyuanzhizaofuyaxitong，jiangmeicengzhongdewasijiexichulai，tongguoguandaoshusongxitongjiangwasisongzhidimian，zaiduibutongnongdudewasijinxingliyong。
勘探、抽采出的煤礦瓦斯，要如何利用？
劉文革介紹，當前，針對我國甲烷體積濃度高於8%的瓦斯，利用技術已基本成熟。其中，甲烷體積濃度高於30%的高濃度瓦斯，可被用於內燃機發電、民用燃氣、CNG（壓縮天然氣）、LNG（液化天然氣）等；甲烷體積濃度為8%至30%的低濃度瓦斯，通過符合安全標準的輸送係統，可被用於低濃瓦斯內燃機組發電、供熱等。
早在2008年，山西西山煤電杜兒坪礦就建成瓦斯發電站，甲烷體積濃度高於8%的瓦斯利用率達81%，瓦斯利用率折純超過1.2億立方米。在山西華晉焦煤集團沙曲一礦、二礦瓦斯發電站，甲烷體積濃度為8%至30%的低濃度瓦斯已實現梯級利用。
去年12月1日，新修訂的《煤層氣（煤礦瓦斯）排放標準》明確指出，在保障煤礦通風安全的前提下，禁止排放高濃度煤礦瓦斯，禁止排放甲烷體積濃度高於8%且抽采純量高於10立方米/分鍾的煤礦瓦斯。該標準將禁止排放的煤礦瓦斯濃度從30%下調到8%。
今年1月，生態環境部推出首個CCER甲烷減排方法學，符合條件的甲烷體積濃度低於8%的煤礦低濃度瓦斯和風排瓦斯利用項目可申請CCER。
充分利用甲烷體積濃度低於8%的瓦斯，是近年來煤礦瓦斯利用領域的重點攻關方向。
“以前不能利用甲烷體積濃度低於8%的瓦斯，是因為易發生爆炸。我們從研究爆炸機理出發，創新了瓦斯爆炸‘四要素’基礎理論。”北京君發科技集團董事長楊君廷說。
近年來，中國工程院院士袁亮帶領安徽理工大學與北京君發科技集團科研團隊，研發了煤礦瓦斯安全穩定燃燒、直流蓄熱氧化、新型氧化等一係列綜合利用技術，填補了甲烷體積濃度為3%至8%的瓦斯直接利用的技術空白。
甲烷體積濃度低於3%的瓦斯還能利用嗎？煤炭行業的工作者們給出了肯定答案。
金智新介紹，針對甲烷體積濃度為1.2%的瓦斯，目前國內已有成熟的利用技術——RTO（蓄熱氧化）技術。國內已建成多個應用RTO技術的每小時百噸立方米級的項目，主要分布在山西、陝西、安徽等地。
2015年，潞安化工集團高河煤礦建成乏風氧化井口發電項目，填補了乏風氧化裝置技術空白。該項目裝機容量30兆瓦，年處理乏風瓦斯量94億立方米。
2023年，陝煤集團彬長礦業公司大佛寺煤礦建成低濃度瓦斯蓄熱氧化供熱發電項目，年耗瓦斯量9600萬立方米，年供蒸汽量93.4萬噸。2023年底，該礦首次利用超低濃度瓦斯氧化餘熱給礦區供熱。
煤炭行業的探索並沒有止步於1%，而是向更低濃度邁進。
金智新表示，我國每年甲烷體積濃度小於等於1%的乏風瓦斯排放量折合純甲烷量超過1200萬噸，相當於西氣東輸一年輸氣量的1/12。
“甲烷體積濃度小於等於1%的乏風瓦斯風量大、波動性強、成分複雜，利用難度大。”金智新說，對於甲烷體積濃度低於1%的瓦斯，目前仍處於理論研究與室內試驗階段。
從技術路徑看，通過超低濃度瓦斯RTO成套技術及裝備，可直接處理甲烷體積濃度為0.2%到1%的乏風瓦斯；通過乏風瓦斯RCO（蓄熱催化氧化）技術，利用催化劑，可實現在較低溫度下對甲烷體積濃度小於等於0.2%的乏風瓦斯的自維持運行和餘熱利用。
“未來，乏風瓦斯高效回收與規模化利用有望成為開發重點。在現有乏風瓦斯RCO技術基礎上，應加強與生物催化、光電催化、等離子體催化等新型技術的融合探索，拓展乏風瓦斯資源化利用的催化體係與工藝路線。”金智新說。
