煤层气矿井瓦斯综合利用工程项目可行性研究报告.docx

1、煤层气矿井瓦斯综合利用工程项目可行性研究报告1概述2资源：煤层气（矿井瓦斯）3厂址条件4工程方案5环境保护6劳动安全与工业卫生 7节约及合理利用能源 8工程项目实施条件、轮廓进度9劳动定员10投资估算与经济分析11结论1 概述1.1 编制依据1.1.1 项目名称平顶山煤业集团煤层气（矿井瓦斯）综合利用工程。1.1.2 编制依据根据平煤集团公司的委托公函，依据现行的有关瓦斯及燃气等方面规范规程，并重点根据下述有关规范规程进行编制。1.1.2.1煤矿安全规程1.1.2.2煤炭工业矿井设计规范1.1.2.3矿井瓦斯抽放管理条例规范1.1.2.4瓦斯综合治理方案的通知1.1.2.5城镇燃气设计规范1.

2、1.2.6石油化工企业设计防火规定1.1.2.7建筑防火规范1.1.2.8工业企业煤气安全规程1.2 研究范围平煤集团四、五、六、八、十、十一、十二、十三、首山一矿的煤层气（矿井瓦斯）综合利用，通过瓦斯发动机驱动发电机进行发电，对其进行可行性分析。主要技术原则：机组选型为低浓度瓦斯发电机组500GFRW型十矿设5000m3储气罐主厂房采用封闭式设备年运行小时数：7200h。1.3 平煤集团概况平顶山市位于河南省中南部，西依蜿蜒起伏的伏牛山脉，东接宽阔平坦的黄淮平原，南临南北要冲的宛襄盆地，北连逶迤磅礴的嵩箕山系。地理坐标：北纬33083420，东经1121411345之间，总面积7882平方公

3、里。中心市区位于北纬33403349，东经1130411326，东西长40公里，南北宽17公里，面积453平方公里，以建在山顶平坦如削的平顶山下而得名。市区距省会郑州铁路里程218公里，公路里程135公里。市党政机关驻中心市区。1957年经国务院批准建市，是河南省省辖市之一。平顶山市是河南省工业基地之一，工业基础雄厚，全市有大中型企业50家。其中平顶山煤业（集团）有限责任公司，年产原煤2000万吨，是全国第二大统配煤矿；中国神马集团有限责任公司年产尼龙六六盐两万吨，锦纶帘子布五万吨，是世界三大帘子布生产企业之一；姚孟发电有限责任公司，装机容量120万千瓦，是华中电网大型骨干火电厂之一；舞阳钢铁

4、公司是我国第一家生产特宽特后钢板的重点企业；天鹰集团有限责任公司是全国生产高压电器的三大主导厂家之一，产品国内市场占有率达80%。平顶山市现已形成了以煤炭、电力、钢铁、纺织、机械、化工、建材、食品等门类为主体产业的工业体系。平顶山地处京广和焦枝两大铁路干线之间，横贯市区的漯宝铁路把两条大动脉相连接，货物年吞吐量 3000 余万吨，客运量 4000 余万人。全市境内公路通车里程 4175 公里，铁路 409 公里。周边三个航空港，其中新郑国际机场距平顶山只有 100 公里，并有高速公路相通，可直达日本、香港和国内30多个大中城市，形成空中和地上便利的交通条件。平顶山市属暖温带大陆性季风气候，四季

5、分明，冬季寒冷干燥，夏季炎热，秋季晴朗，日照充足。平顶山矿区 1952 年被列为国家“一五”计划的重大建设项目， 1953 年被列为全国十个矿区建设项目之一，是新中国开发建设的第一个大型矿区，成为全国具有重要影响的特大型煤炭企业。2005 年原煤产量达到 3206 万吨。目前，生产矿井31对；选煤厂 8 座，精煤产量达到年产 1500 万吨的能力。资产总额 166 亿元，年销售收入 158.6 亿元，职工 16.5 万人。先后荣获全国重合同守信用企业，煤炭行业质量信得过单位、全国 “ 五一 ” 劳动奖状等荣誉。在 2005 年中国企业 500 强中排名第197位。企业设立有国家级技术中心、国家

6、级矿山救护中心、国家 A 级劳动安全卫生评价咨询中心。平煤集团以“以煤为主、相关多元化”为发展战略，走新型工业道路，将建成煤炭主业突出、核心竞争能力强、可持续发展能力强，煤电化一体，在全国有重要影响的特大型能源企业，成为全国重要的火电基地、煤化工基地和冶金用煤基地，步入全国企业百强行列。平煤集团具有广泛的发展空间和巨大的潜力。通过已签订的合作协议，煤田面积达 3000 平方公里，煤炭储量 150 亿吨，为企业快速发展提供了充足的战略资源。煤种齐全，焦煤、电煤、瘦煤、无烟煤资源充足，特别是中国稀缺的焦煤资源充足，是中国具有重要影响的焦煤基地。经济地理位置优越，是国家规划建设的十三家大型煤炭基地之

7、一，是铁道部拟建的全国十大煤运通道之一。本矿区现有31对生产矿井，其中12对高突矿井，6对煤与瓦斯突出矿井。从矿井和钻孔资料统计，瓦斯含量随深度增加而增加，其瓦斯梯度为4m3/30m3。1.4 建设的必要性1.4.1 煤层气简介煤层气是指赋存在煤层中以甲烷为主要成份的非常规天然气，属天然气的一种，甲烷占8090%。一般组分为CH4、CO2、O2，N2、CO、HS、NOX，是煤化过程中产生的气体，与煤共存，又称瓦斯。煤层气一般通过下述方式获得生产矿井中抽排（CMM）报废矿井中抽放（AMM）未开采的煤通过地面钻孔生产(VCBM)。有资料显示我国煤矿事故中大部分以上是爆炸事故，一次死亡的特大事故中瓦

8、斯爆炸事故占90以上。特别是近期国内的数起特大事故均为瓦斯爆炸事故。1.4.2 瓦斯利用的发展前景世界范围内煤层气的地面抽放始于上世纪50年代。首先美国制定了煤层气的开发计划，现在美国已经成为世界上规模最大、最先进的煤层气利用国家。正是在美国煤层气开发巨大成功的带动下，目前世界上许多国家像澳大利亚、英国、波兰等国家正在积极地开发利用煤层气。世界许多主要产煤国中煤层气是潜在的重要能源。世界范围内，相当数量的煤层被开采，其中大部分气体是从生产深井中开采出来的，只有少量的煤层气是从报废矿井回收的，现在许多产煤国看好从煤层中最大限度地开采煤层气技术的应用前景。甲烷对大气的危害是甲烷燃烧产生的CO2的2

9、1倍。在科学界已经达成共识：近50年的气候变暖，主要是人类使用化石燃料排放的大量二氧化碳以及其它温室气体的增温效应造成的，预测表明未来50100年，全球特别我国的气候将继续向变暖的方向发展，减少温室气体排放、减暖气候变化是联合国气候框架公约和京都议定书的主要目标。随着我国领导人在京都议定书上签字，我国已经成为该议定书的缔约方，因此，在法律资格上，我国已经成为有资格的清洁发展机制（CDM）的参与方。减排温室气体，目前仅为发达国家的义务，发展中国家没有减排温室气体的义务；在这种背景下，产生了清洁发展机制（CDM），允许发达国家到发展中国家购买温室气体减排量（CERs）。瓦斯发电技术成熟（瓦斯浓度2

10、5）的工艺有：燃气轮机发电、气轮机发电、燃气发电机发电、联合循环系统发电和热电冷联供瓦斯发电。山东胜利油田动力机械设备厂功率2000kw以下的各种瓦斯燃气发电机组，已在国内很多矿区应用，目前该厂的低浓度（瓦斯浓度6）瓦斯发电设备已经通过了国家安监总局的认证。国外瓦斯发电设备的厂家主要有：美国的卡特彼勒、奥地利的颜巴赫、英国的能源公司、德国的道依茨、日本的三菱重工等。随着科学技术的发展，超低浓度的瓦斯利用技术必将到来，目前世界各国包括中国、瑞典、德国等国家正在进行0.2以上瓦斯利用试验阶段，预计不久既可以进行商业运转。俱时风排瓦斯也可以得到广泛应用。1.4.5 平顶山煤业集团平煤集团煤层气（矿井

11、瓦斯）利用在国内比较滞后，目前仅十矿有少量民用，主要供矿区职工食堂炉灶炊事之用。平煤集团排放瓦斯统计表见下页。平煤集团2005年风排加上抽排瓦斯的总量达到将近15万吨。目前风排以及抽放瓦斯绝大部分排入大气。造成了极大的浪费、环境污染。如果瓦斯抽放得不到有效的综合利用，那么各煤矿瓦斯抽放就是在被动与强制性下工作的，各矿井生产的积极性不高。项目实施后，可有效减少温室气体排放，符合联合国气候变化框架条约和京都协议书的减排规划目标精神。CDM（清洁发展机制）京都协议书中的发达国家的缔约方，为了实现其部分温室气体减排义务与发展中国家缔约方进行项目合作，从而获得由项目产生的减排二氧化碳量以完成减排额度，因

12、此，本项目可以通过向国际上发达国家销售减排额度，从而获得一定的收益。综合上述煤层气作为一种新生能源，且是洁净能源，即可以从一定程度上缓解煤炭资源的窘境，为企业带来新的增长点，更可以少温室气体的排放，同时通过向发达国家销售 CO2的减排额度（CERs）获得收益，使得煤矿瓦斯抽放变被动为主动。因此建设燃气发动机发电项目是必要的，更是必须的，在CDM的帮助下它可以为企业、国家、社会都会带来巨大的经济效益、社会效益、环境效益，只有这样才能带动企业的积极性，使得杜绝瓦斯井下爆炸成为可能。平煤集团2005年排放瓦斯统计表矿井煤炭产量（万吨）矿井通风量（m3/分）风排瓦斯浓度（）瓦斯抽放量（m3/分）抽放瓦

13、斯浓度（）一矿370230830.15729.2四矿260141840.4162.515.6五矿150102190.25106.83.1六矿330176770.1449.59.1八矿290238910.12460.05.3十矿270198000.3115.525.1十一矿17096420.322.814.5十二矿14064950.388.99.0十三矿180106620.2842.93.0合计1. 5项目概况在矿区井田煤层气（瓦斯）有代表性的上述九个矿井的地面抽放泵站附近建设瓦斯发电站；发电并入矿井或附近矿自备电厂的6KV变电站。待瓦斯发电站运行积累一定经验后，再扩展至其他矿井。选择四矿或八矿

14、安装乏风氧化装置，待积累一定经验后，再扩展至其他矿井。本项目总投资23564.03万元，建设规模38500KW的低瓦斯浓度发电机组，年耗纯瓦斯量：34454t，总占地面积：3.671hm2，税后内部收益率：43.10 %（计算减排量）、9.41%（不计算减排量），投资回收期：2.63（计算减排量）年、8.24（不计算减排量）年。2.资源：煤层气（矿井瓦斯）2.1煤层气资源条件2.1.1地质概况及资源储量平煤集团生产矿井分布在平顶山煤田、汝州煤田和禹州煤田三块煤田，平顶山矿区前第四纪地层约占总面积的30%左右，主要分布于低山丘陵地带。从零星的基岩露头和钻孔资料看，从老到新依次有太古界太华群（Ar

15、2th），中元古界汝阳群（Pt2ry）、上元古界震旦系罗圈组（Zl）、古生界寒武系（）、石炭系（C）、二叠系（P）、新生界老第三系（E）及新第三系（N）等。缺失下元古界、古生界的奥陶、志留、泥盆及中生代地层。平顶山矿区内形成一系列北西向复式褶曲构造形态，伴随着以北西向为主的张扭及压扭性断裂和次一级的北东向张扭性断裂，控制着整个煤田的构造形态，主体构造为宽缓的复式向斜李口向斜，轴向大致北西50，南东端收敛仰起，北西方向倾伏，两翼倾角515，浅部倾角大，深部倾角小。三个地区含煤面积2374Km2，共有煤炭资源总量144.47亿吨，已探明煤层气资源储量750亿m3，其中有12对高突矿井，有6对煤与瓦

16、斯突出矿井（四矿、五矿、八矿、十矿、十二矿、新峰四矿），另有5对矿井发生过动力现象（一矿、六矿、十一矿、十三矿和香山公司）。 平顶山煤田含煤岩系为石炭二迭系，煤系地层总厚800m，共分7个煤组，含煤88层，煤层总厚约30m。可采及局部可采煤层10层，可采煤层总厚1518m。主要可采煤层为稳定和较稳定煤层。煤田煤种有气煤、1/3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤。地质储量253453.3万t，工业储量241849.0t，可采储量143516.3万t。2.1.2煤层气抽采的必要性和可行性2.1.2.1 瓦斯抽放的必要性目前，平顶山矿区开采深度通常在1000m左右，个别地点达到了1150m，随着矿井开采深度的增

17、加，煤层瓦斯压力、瓦斯含量不断增大，丁组煤层压力由-400m水平的0.6 Mpa增加到-800m的2.16 Mpa；含量由4.586m3/t增加到7.06m3/t。戊组压力由-430m水平的1.51 Mpa增加到-800m的2.55 Mpa；含量由16.76m3/t增加到30m3/t。己组压力由-430m水平1.67 Mpa增加到-800m的2.45 Mpa；含量由11.56m3/t增加到29.5 m3/t。全公司瓦斯绝对涌出量468.33m3/min（其中：最大涌出量十矿为89.1 7m3/min,占全公司的1/5），相对涌出量2.3319.39 m3/t，绝对量平均每年以8.5%的速度递增

18、。矿区自1984年发生第一次煤与瓦斯突出以来，累计突出137次，突出总煤量8075吨，总瓦斯量47.3万m3，平均煤量59吨/次，平均瓦斯量3479m3/次（其中：2000年10月15日八矿戊二沿煤皮带下山突出为最大强度突出，突出煤量562t，瓦斯量3万m3）。根据河南省煤炭局批复平煤集团2005年瓦斯等级鉴定结果，四矿、八矿、十矿、十二矿为突出矿井，十一矿为高瓦斯矿井，均符合建立抽放系统的条件，2005年瓦斯等级鉴定结果见下表。2005年瓦斯等级鉴定表企业及矿井名称矿井瓦斯涌出量矿井瓦斯等级绝对涌出量（m3/min）相对涌出量m3/t四矿突出45.518.54八矿突出67.612.79十矿突

19、出89.1717.36十一矿高瓦斯24.97.18十二矿突出42.2414.63为了保证煤矿安全，必须对开采煤层进行瓦斯抽放。2.1.2.2瓦斯抽放的可行性平煤集团公司于1991年开始进行开采层瓦斯抽放试验，1993年开始在瓦斯突出和高瓦斯矿井推广。目前有10对矿井开展瓦斯抽放，建有井上、下抽放泵站33个，其中地面抽放泵站4座、井下采区抽放泵站27个，临时移动抽放泵站2个。共装备各种型号水环式瓦斯抽放泵67台，其中标称排气量120m3/min以上的22台，标称排气量4080m3/min的34台，其余11台标称排气量为1520m3/min。2004年打瓦斯抽放钻孔106万米，抽放瓦斯4207万立

20、方米，抽放混合气体总流量为836m3/min，大部分系统抽放瓦斯浓度低于20%，预抽率一般为510，抽放效率偏低。困扰平煤集团瓦斯抽放的主要问题是开采煤层透气性低，为0.0019mD（毫达西），属难以抽放煤层，煤层松软打钻困难，采掘接替紧张，预抽时间短等因素。“九五”期间在十戊9-1020150和戊9-1020100工作面进行交叉钻孔和平行钻孔的对比试验，交叉钻孔预抽一年瓦斯预抽率可达2025，较平行钻孔预抽率提高50左右。近几年试验浅孔抽放技术，利用工作面煤壁前方26m受采动破坏影响缷压区，提高煤层透气性，浅孔抽放平均百米钻孔抽放流量到达0.31m3/min，是开采层预抽的24倍。因此，通过

21、改进布孔方式、增加预抽时间可以提高煤层透气性，完全可以满足低浓度瓦斯发电的要求。2. 2瓦斯抽采2.2.1瓦斯抽采范围本次瓦斯发电可研仅包括在四矿、五矿、六矿、八矿、十矿、十一矿、十二矿、十三矿、首山一矿建立地面永久瓦斯抽放系统，对其井田内赋存的煤层气资源进行抽采发电，平煤集团其它矿井的瓦斯抽采不在本次可研的范围之内。2.2.2矿井煤炭和瓦斯储量根据九个矿井的保有资源储量、可采储量、吨煤瓦斯储量、矿井相对瓦斯相对涌出量、计算出矿井瓦斯储量、可采瓦斯储量、瓦斯抽放纯量及服务年限，见表1-1。煤炭储量和瓦斯赋存量、抽放量一览表项目矿井保有煤炭资源储量可采储量吨煤瓦斯含量瓦斯储量可采瓦斯储量瓦斯抽放

22、纯量年瓦斯抽放纯量服务年限（万吨）（万吨）（m3/t)(Mm3)(Mm3)（m3/min)(Mm3)（a）四矿17019.38370.8172893.3868.036.719.2921.4八矿39989.420715.9187198.12159.442.522.3349.3十矿260001800026.16787.42036.267.035.2142.9十一矿17300118008.461463.6439.111.035.7970.2十二矿6651.33123.1221463.3439.027.2714.3314.9合计计算方法：矿井瓦斯储量保有煤炭资源储量吨煤瓦斯储量。可采瓦斯储量可采储量吨

23、煤可抽瓦斯量吨煤可抽瓦斯量用下式计算： 其中，N每吨煤瓦斯可抽量，m3/t；C丢煤百分率，取25；b解吸瓦斯系数，一般取1；Wh煤层瓦斯含量，m3/t；Wc煤层残存瓦斯量，贫煤取4m3/t；瓦斯抽放纯量按下式计算：其中，Q矿瓦斯抽放纯量，m3/min；M矿井日产量，t；N每吨煤瓦斯可抽量，m3/t；矿井瓦斯抽放率，参照国家发展改革委2005年6月22日下发关于煤矿瓦斯治理与利用总体方案的通知要求，结合矿方抽放的实际情况，确定五对矿井的瓦斯抽放率为30；备用系数，取0.2；2.2.3抽采方法2.2.3.1选择抽放方法的原则抽放瓦斯方法、方式的选择，应根据瓦斯及煤层赋存情况、瓦斯来源、巷道布置方式

24、、矿井开采技术条件、瓦斯基础参数等综合分析比较后确定。a、为提高瓦斯抽放率应采用开采层、采空区相结合的综合抽放方法。b、当井下采掘工作面所遇到的瓦斯主要来自开采层本身，只有抽放开采层本身的瓦斯才能解决问题时，应采用开采层瓦斯抽放。c、工作面后方采空区瓦斯涌出量大，危害工作面安全生产或老采空区瓦斯积存量大，向邻近的回采工作面涌出量瓦斯量多，应采取采空区瓦斯抽放。d、对于瓦斯含量大的煤层，在煤巷掘进时，难以用加大风量稀释瓦斯，可在掘进工作开始前对煤层进行大面积预抽或采取边掘边抽的方法。e、对于煤层透气性较低，采用预抽方法不易直接抽出瓦斯，掘进时瓦斯涌出量不很大而回采有大量瓦斯涌出的煤层，可采用边采

25、边抽或增大孔径和加密钻孔等方法。f、若围岩瓦斯涌出量大，以及溶洞、裂缝带储存有高压瓦斯时，应采取围岩瓦斯抽放措施。总之，确定瓦斯抽放的方法应先摸清瓦斯来源，采空区瓦斯及顶板瓦斯含量情况，结合情况选用合适的抽放瓦斯方法。2.2.3.2 瓦斯抽放方法2.2.3.2.1 掘进头边掘边抽可采用边掘边抽的方式，利用巷道两帮的泄压条带向前方打钻抽放并结合巷道工作面前方预抽的方式降低巷道瓦斯涌出量，在顺槽两侧煤壁交错布置钻场，两帮钻场间距3 m，每掘进60m布置一对钻场抽放，如遇特殊地质条件，根据实际情况确定钻场间距，每一钻场布置46个抽放钻孔，上下两排，沿巷道走向平行于煤层顶板布置，钻孔长度100m、控制

26、巷帮810m。钻孔直径90mm。详见掘进工作面瓦斯抽放示意图1-22.2.3.2.2工作面顺层孔边采边抽平行布孔和交叉布孔形式在工作面顺槽沿煤层走向打瓦斯抽放钻孔，孔与孔平行或交叉布置，孔间距25m。生产中可根据实际抽放效果调整钻孔布置，但必须保证上、下向的钻孔孔底之间交叉长度不小于5m。估算综采工作面抽放瓦斯钻孔9001000个，钻孔合计长度72000m。详见顺层孔布孔示意图1-3。2.2.3.2.3直接从回风巷向工作面上方打钻孔抽放采空区瓦斯在工作面回风巷内向工作面上部打钻孔抽放，钻孔呈扇型布置，沿回风巷每间隔4060m施工37个钻孔，钻孔倾角2040，钻孔水平投影与巷道轴线夹角30150

27、，钻孔水平投影伸入工作面距离1020m，终孔点距煤层顶板垂高1522m，孔长3044m，采用这种布孔方式，要求工作面投产前施工一部分，在回采过程中，边回采边施工，一般应保证超前工作面23个钻场。由于钻孔开口位置在工作面回风巷内，因此，当工作面采至钻场位置时，需在钻场处留煤墩，煤墩长8m，宽34m，并且在钻场前后架23排木垛，以保护钻场，防止工作面采过后，顶板冒落造成断孔或孔口破坏而报废。2.2.3.2.4采空区全封闭抽放将回采完毕的采煤工作面有关巷道封闭，采用均压密闭抽放。抚顺煤科分院、阜新矿院、打通二矿联合的松藻矿务局打通二矿进行的采空区瓦斯抽放技术研究课题中，采用该项抽放措施，在抽放密闭处

28、设置均压室、安设可自动进、排压风的装置，室密闭处均压防止漏气，并设置自动检测采空区CO、CH4浓度及自动开关抽放阀门的装置，有效解决了采空区可能自然发火和抽放浓度低易引起灾害事故的矛盾，抽放浓度能够保持在2545，取得了较好的效果。详见采空区全封闭抽放示意图1-5。2.3 瓦斯抽放2.3.1四矿十二矿现有井下瓦斯抽放站两座，分别是戊九抽放站、己三抽放站。1、戊九抽放系统：安装两台2BEC-42型和两台2BEF60型抽放泵，实行分源接力抽放。系统主管路直径500mm，支管路直径300mm和200mm。其中两台2BEC-42型抽放泵安装于采区下部戊8-19190采面附近，高负压低流量抽放高位斜交孔

29、，平均抽放浓度在20以上，个别钻孔瓦斯浓度达到60以上；两台2BEF-60型抽放泵低负压大流量抽放工作面上隅角平均抽放浓度8。混合后抽放浓度达到10以上，日抽放量3万m3以上。2、己三抽放系统安装两台2BEA-353型抽放泵和两台2BEA-253型抽放泵，系统主管路直径500mm，支管路直径300mm和200mm。其中两台2BEA-253型抽放泵安装于采区下部己1617-23100采面附近，高负压低流量抽放本煤层以及高位斜交孔，平均抽放浓度在20以上，个别钻孔瓦斯浓度达到60以上；两台2BEA-353型抽放泵低负压大流量抽放工作面上隅角平均抽放浓顿8。混合后抽放浓度达到10以上，日抽放量1.2

30、万m3以上。地面抽放系统正在建设中。设计安装两台CBF-710型抽放泵。系统主管路直径500mm，与现有的井下抽放系统串联，接力抽放，以提高瓦斯发电利用量。预计抽放平均浓度抽放浓度在8以上。2.3.2 八矿八矿目前现有抽放管路近三万米，现有抽放泵站七个，即：地面泵站、己二泵站、戊四泵站、戊二泵站、己四泵站、丁一泵站和己三扩大泵站。现有抽放能力2798m3/min，正常运转能力1756m3/min；抽放泵总功率3799kW，正常运转功率2315kW。基本情况如下：1、地面泵站：SK-60型抽放泵2台， 2BEF-60型抽放泵1台； 抽放地点：本煤层。2、井下己二泵站：2BEF-42型抽放泵2台，2BE1-353型抽放泵1台；抽放地点：己15-12150采面本煤层、高位孔和上隅角3、井下戊四泵站：2BEF-42型抽放泵3台；抽放地点：戊9.10-14140采面。4、井下戊二泵站： 2BEA-353型抽放泵1台，2BEF-42型抽放泵2台；抽放地点：戊9.10-12180采面。5、井下己四泵站：2BEF-42型抽放泵3台；抽放地点：己15-14030采面本煤层、高位孔和上隅角6