摘要：低碳經濟是可持續發展的需要，是世界發展的趨勢，煤層氣作為一種新的能源，有著非常廣闊的前景。本文分析了煤層氣的開采現狀，探討了我國煤層氣開采利用率低的問題，并分析了其相關因素，以更好的開發利用煤層氣資源，打造低碳經濟。
　　關鍵詞：煤層氣；利用率；低碳經濟；瓦斯
　　隨著氣候的變暖，經濟發展的方式勢必隨著轉變。低碳經濟，為全世界所提倡。經濟的發展使能源的需求越來越大，傳統的石油、煤炭在使用中產生了大量的CO2，使全球溫室效應越來越嚴重，世界各國都在尋求新的如風能等沒有污染的新型能源，隨著煤炭開采深度的不斷加大，煤層瓦斯的涌出量也在加大，這對煤炭的安全開采是個新的挑戰。傳統的瓦斯防治方法就是直接將瓦斯排放到大氣中，更加增加了溫室效應的嚴重性，也污染了環境。
　　煤層氣是二十年在世界上崛起的新型能源，俗稱“瓦斯”，其主要成分是CH4，因產地不同含有少量不同濃度的其他氣體。作為一種潔凈的能源，各國都在開發利用，由于氣候的變暖，它的利用越來越重要，2007年6月，我國正式發布了《中國應對氣候變化國家方案》，發展低碳經濟。
　　CH4是一種有強烈溫室效應的溫室氣體，按同等重量氣體計算，其溫室效應是CO2的23倍，是排在CO2之后的第二位主要溫室氣體。甲烷在大氣中的壽命周期比CO2短，約12年，減少CH4排放量在近期對減緩大氣變暖有重要意義，而且減排成本比CO2低得多。同時，它又是一種能源。回收利用甲烷不僅能夠減少溫室氣體的排放，同時還可以提供一種可靠的、經濟的清潔能源。因此，甲烷的減排是目前全球氣候變化行動計劃中最重要的、最經濟的舉措之一。
　　一、煤層氣開采現狀
　　1.1世界煤層氣開采
　　北美洲以及澳洲國家在煤層氣開采技術方面走在了世界的前列，煤層氣是成煤過程中生成的以吸附或游離狀態賦存于煤層的自儲式天然氣。世界煤層氣總資源量為（100～260）×1012m3，約為常規天然氣資源量的50％，其中俄羅斯、加拿大、中國、美國、澳大利亞五國合計煤層氣總資源量為（90～250）×1012m3，占世界煤層氣總資源量的90％。目前，美國、加拿大、澳大利亞三國煤層氣開發已形成工業化規模，2007年煤層氣產量分別達到了496×108m3、100×108m3和29×108m3。
　　1.2我國煤層氣的開發利用現狀
　　我國的煤層氣儲存非常豐富。據有關資料，埋深2000m以淺煤層氣地質資源量約36萬億m3，其中1000m以淺、1000～1500m和1500～2000m的煤層氣地質資源量，分別占全國煤層氣資源地質總量的38.8%、28.8%和32.4%。可采資源總量約10萬億m3。煤層氣在我國是新興的能源，可開發潛力巨大。過去，我國煤礦主要是直接排放到大氣中。我國煤炭產量全球第一，今年預計將達到33億噸。同時，產生的礦井瓦斯排放量也是全球第一。
　　瓦斯抽采量的遞增是由于我國煤炭開采量的遞增所引起的。隨著開采深度的增加，瓦斯的賦存量也在增加，同時由于我國煤炭監管體系的日漸完善，煤層氣抽采技術的不斷改進，煤炭通風安全設施的投入加大等相關因素，煤層氣抽采取得了可喜的成績。與此同時，我國煤層氣的利用率卻呈現下降趨勢。
　　二、影響煤層氣利用率的因素
　　現在的瓦斯抽放系統是能夠滿足煤礦開采安全需求的。但從煤層氣的利用來看，其開采技術的應用對于抽采量的多少影響重大，所以改變抽放的相關方法顯得十分重要。抽放技術的選擇要與瓦斯的抽采量相協調，瓦斯抽采量的調整目的如下：提高抽放系統獲取甲烷的比例，而不是將甲烷排放到礦井通風氣體中；優化提前抽放和采空區抽放的甲烷比例以滿足煤礦開采和瓦斯利用的需求；優化抽采系統，減少甲烷供應的不穩定波動。
　　2.1礦井下抽放
　　在操作過程中有時很難平衡影響瓦斯流動的所有因素，很難收集到變量瓦斯的詳細數據，所有的瓦斯一般被收集到相同的管道，所以很難定義隨時間變化的影響量。地下抽放受許多重要因素的影響，但在多數情況下掌控已存瓦斯的含量和流速需要相關技術的革新，但這并沒有作為一個完整的體系加以闡述。
　　2.1.1抽放目的
　　鉆孔的設計模式需要對由煤礦開采過程中煤縫的滲透性、瓦斯成分、地質變化、變形所引起的煤體滲透性變化有深入的了解，煤縫中的瓦斯特性決定著鉆孔的布局以及有效瓦斯抽放的流程，在斷裂帶區域，鉆孔的設置點必須不斷調整以適應斷裂區域的變化。
　　2.1.2鉆孔
　　這些鉆孔用來抽采煤層中的瓦斯。這些原態瓦斯隨開采的進行，煤層滲透發生變化使瓦斯產生流動，抽放的設計、鉆孔的定位決定著瓦斯的抽放效率。鉆井技術與實踐在最近幾年取得了飛速發展，當定點鉆井監測技術使用時，鉆孔將更加精準。旋轉式鉆孔更加難以控制，主要應用于短孔和非關鍵位置的鉆探。另外，封孔質量對本煤層抽采煤層氣影響很大，膨脹水泥封孔技術十分有效，比聚氨酯封孔瓦斯流量提高3～4倍，瓦斯濃度提高5倍左右，這對于瓦斯的抽采以及提高瓦斯的利用率具有十分重要的影響。
　　2.1.3管道
　　瓦斯通過抽吸提取，瓦斯的流動主要由管道的設計來控制，而管道的設計必須能夠確保從煤礦中的鉆孔中最大化地抽取瓦斯，在鉆孔處需要有效地實施負壓抽放。管道的系統能力必須符合預期的流量以優化輸送甲烷的含量和流量。空氣滲透到管道中稀釋了瓦斯的供應量，通過對管道系統進行系統化維護以及對鉆孔的連接性和鉆孔設施安裝氣密性的加強，能夠減少空氣的深入和甲烷的流出。已經開發了相關安全裝置在煤礦發生事故的時候關閉管道系統。
　　2.1.4監測
　　現在的相關設施已經能夠實現實時監測瓦斯的含量和流量，并且能夠監測整個系統。這種監測裝置對于系統化管理瓦斯的含量和流量是十分有必要的，一個簡單的裝置就是當瓦斯的濃度低于特定量的時候，設置的鉆孔開關就會關閉。
　　2.2從地面進行抽放
　　從地面鉆孔進行提前抽放與煤礦開采無直接聯系的煤層氣商業化生產有本質的聯系。回收的甲烷具有高純度，每個鉆孔的甲烷量遵循典型的循環規律。地面提前鉆孔抽放并不常見。在煤礦大多數表面抽放是采空區抽放，最初的目的是為了防止瓦斯從采空區進入工作面。采空區瓦斯的來源是多方面的，最主要的來源是從煤縫隙釋放到采空區而沒有被完全抽采滯留在采空區。在一些礦井中大量的瓦斯來源于巷道變形破壞了上層和下層的縫隙，致使瓦斯大量釋溢通過礦井可滲透區域到達采空區。現在的綜采區和以前的綜采區作為瓦斯儲蓄兩者之間存在一定聯系，影響采空區甲烷排放的因素包括：
　　（1）采掘和誘導滲透性。采空區的鉆孔的設置必須保證穿透采空區的滲透區，并且能夠確保采空區的瓦斯排放進鉆孔中。但是很難知道在開采工作時會發生什么，實驗表明采空區的邊緣具有較高的滲透性，采空區的中心區域瓦斯更為聚集，因而負載也最大。滲透性的負載和釋放并不對稱，會被相鄰的綜采所破壞。采掘采用單排放鉆孔或多排放鉆孔需要占用空間，排空采空區本質上都會對采空區域產生影響。
　　（2）采空區鉆井的補充設計。鉆孔的深度或終止深度對于混合瓦斯氣的抽取至關重要。采空區內各種不同的氣體從一定程度上講可以通過氣體密度區別開來，氣體密度大的在下面，密度小的在上面，相關氣體可以在井底的不同水平找到。
　　（3）采空區瓦斯流動的動態性。采空區的瓦斯要么來源于煤炭釋放，要么來源于綜采面的煤礦通風。不合適的鉆孔可能使氣體形成負壓流向采空區，稀釋了抽取的煤層氣。遠離綜采面的鉆孔可能引起更多的瓦斯從煤隙流向排氣孔，但這并不能減少或控制煤層氣流向工作面。通風壓力、鉆孔的吸力以及煤層氣的氣體壓力相互作用影響采空區的瓦斯流動。
　　（4）計算機模擬技術應用。不同計算流體力學的模型已經應用到了采空區的瓦斯流動，流體力學模型技術的開發用以預測瓦斯的開采、采空區鉆孔的位置設計以及需要達到的吸收壓力的效果。到目前為止，這些技術已經被應用到采空區瓦斯到工作面流動的管理，在瓦斯開采過程中確定提取氣體的性質同樣有效。
　　2.3控制甲烷供應流量的穩定性
　　所有甲烷氣流浮動最主要是由于煤炭中瓦斯分布、煤礦開采活動、所采用的混合排放以及其他外部因素所決定。由于引起波動的因素有很多，所以需要逐一確定哪些可以作為影響甲烷供應的條件以滿足特定需求，有些引起變化的原因可以解決，但是許多是煤礦開采方法或自然條件所固有的。影響浮動的主要因素如下：
　　（1）采煤和采礦周期。采煤過程和遠距離相關煤層的釋放增加了瓦斯流量。在煤礦開采前，瓦斯流動量處于最小狀態。通過綜采過程瓦斯開始釋放，然后逐漸下降。在日循環中，瓦斯在煤炭開采的最活躍時段產生量大，開采量小或不開采時瓦斯量減少。
　　（2）瓦斯成分的變化。在一個單一的綜采區域煤隙間瓦斯的成分以及種類存在很大的變化。如果采煤區域轉變到一個新的工作面，同時此工作面釋放的瓦斯與前工作面不同，那么開采過程將會產生巨大不同，被成功地應用到煤礦的某一區域的瓦斯控制技術將有可能不再適用。
　　（3）抽放效果。抽放系統的有效性取決于抽放鉆孔是否安置在設計位置以及抽放點的正確預測。甲烷抽放網點的設計與操控由地質條件和采礦方法的變化所影響。一個細心的抽放工程師把他的抽放系統調整一下就會對抽放系統的效果產生巨大影響。如果抽放鉆孔和其標地存在誤差，那么瓦斯流量不可避免地會減少。
　　（4）壓力影響。瓦斯流量對壓力的變化特別敏感，這是由于晝夜溫差的變化、偶爾的特殊氣候引起的。雖然其中的一些因素會對瓦斯流量產生影響，但通過完善通風和抽放系統可以彌補這些因素產生的影響。
　　三、結語
　　煤層氣作為清潔發展機制（CDM）主要關注的能源。發展煤層氣的高效利用等技術，節能減排，減少溫室效應，打造低碳經濟，是改善全球大氣環境的一個迫切任務，我國煤層氣資源豐富，西北地區的含量高，開采條件好，適用于大規模的開發利用。因此，解決開發在煤層氣利用過程中各環節的技術問題，對我國的能源利用，世界的環保又重要的意義，從根本上解決好制約煤層氣發展的問題，真正做到高效利用，打造低碳經濟。
　　參考文獻：
　　[1]翟成.我國煤礦井下煤層氣抽采利用現狀及問題[J].2008（7）
　　[2]鄭乃國.瓦斯抽放及技術研究［J.煤炭技術，2008（6）