煤炭地下气化技术与残留煤炭资源利用的思考

新中国成立以来，随着我国经济建设的发展，山西成为我国以煤炭、冶金矿产、化工等为代表的能源基地，特别是煤炭能源，为国家建设发挥了历史性的作用。山西的煤炭不仅关系到本省的产业和经济发展，涉及到社会和民生问题，同时还与全国的能源供应和能源安全息息相关。多年来，山西省煤炭大规模开采或程度不同的无章开采之后，遗留下的残留煤、边角煤、薄煤难采层，这些视乎废弃的煤田被压覆在地下，加上采空区的难以治理，从而形成了资源浪费、环境恶化等一系列影响煤炭工业可持续发展的问题，影响了全省煤炭工业的科学发展。笔者参阅山西煤炭行业相关资料、分析和研究认为，应当认真思考山西压覆煤炭资源（残留煤、边角煤、薄煤难采层）的回收利用问题。山西在煤炭整合中提出，为了推广煤炭企业清洁生产，实现规模以上煤炭企业循环模式的普及目标，必须把培育生态型煤炭企业作为循环经济的基础工程，以提高资源能源的利用效率，减少废物排放为主要目标，努力构建全新的循环型企业体系。而残留煤炭、边角煤田、薄煤层等压履煤炭资源的回收利用问题。更是应当考虑解决的问题之一。一、山西煤炭开采由规模开采转向清洁开采利用，最大限度地减少残留煤炭、边角煤田的产生山西煤炭资源的开采具有两个特点，一是开采历史长，二是开采强度大。按现有生产、在建矿井已占用储量与已查证煤炭储量相比，山西省煤炭资源的开采强度达到23.3%，与陕、蒙两省区相比，分别高出陕西14.3个百分点、内蒙古14.7个百分点。2000年至2004年，仅全省重点煤矿已有17个老矿井关闭破产，减少生产能力1600万吨。随着山西开采强度的进一步加大，矿井衰竭程度更甚，预计2005年至2023年的16年间，仅5大国有重点煤炭企业将有32处矿井面临资源枯竭，将每年衰减生产能力5400万吨，需要新安置转产工人102650人；预计到2023年，全省地方国有煤矿将有近1/3的矿井因资源枯竭而闭坑，将减少能力2000多万吨；乡镇煤矿近一半矿井因资源枯竭而闭坑，将减少能力近1亿吨。因此，加快接续替代产业和非煤产业发展，迫在眉睫。山西煤炭开采由规模开采转向清洁开采利用的同时应当限制、限量，有序、有节开采，从而最大限度地减少残留煤炭、边角煤田的产生。二、山西煤炭资源浪费严重，后续接替困难目前山西煤炭2660.46亿吨剩余保有量中，按30%的平均资源回采率，实际可采量仅有558.8亿吨，以2000年4亿吨/年的开采能力计算可供开采的年限仅为139.6年。而落后的开采方式又严重浪费了资源，目前全省煤矿资源回采率，国有煤矿仅有55%，乡镇矿仅为15%-20%，采1吨煤约损失资源量为6.6吨。按此推算，1980年-2004年，全省乡镇煤矿在扣除规范合理的损失储量后，资源浪费量达200亿吨。其次，煤的共伴生资源的浪费严重。山西煤层中与煤共伴生的各种矿产资源有煤层气、铝土矿、高岭土、耐火黏土、铁矾土、陶瓷黏土及稀有元素镓、锗等伴生矿产资源，远景潜在价值达10万亿元。但目前尚未能得到充分的开发利用。如各煤矿煤层气一般作为废气排放掉，高岭土，即煤矸石就地堆放，不仅浪费资源，还污染环境。此外，山西能源年消费总量达2.01亿吨标准煤，加工转化耗煤1.35亿吨标准煤，占全国比重的15.7%；终端能源消费为6613.84万吨标准煤/年，占全国终端消耗的5.08%。目前山西人均产能为全国的7.33倍，人均耗能为全国的5.3倍，人均生活能耗为全国的1.49倍。三、山西煤炭资源40年的开采历史表明，必须下工夫解决制约煤炭资源可持续发展的问题。在长期的粗放经营方式下，作为我国第一能源的煤炭业，特别是煤炭大省山西省，已经不堪重负。近10多年来山西省煤炭资源经过的大规模开采，造成了严重的生态破坏和环境污染，由此引发的各种矛盾已成为黄河流域乃至全国经济社会持续发展的严重制约因素。一是矿区土地塌陷、地表扰动、崩塌、泥石流等地质灾害严重。目前全省采空区面积已达5000平方公里，引起严重地质灾害的区域2940平方公里以上，波及1900个自然村，涉及上百万人口。二是矿区水土流失日趋严重，每年因煤矿开采造成的水土流失影响面积高达1200多平方公里。三是煤炭开采造成严重的环境污染。每年新增煤矸石在5000万吨以上，堆存总量达到11.4亿吨，自燃产生大量的有害气体进入大气层，经雨淋渗透到水系，污染了地下水资源，影响到人民群众的身体健康。在资源日益短缺的今天，山西省仍然存在煤炭回采率低、资源浪费严重的现象。2004年山西省小型及以下矿井产量2.1亿吨，占该省煤炭产量的42.3%；由于这些煤矿基本采用房柱式等落后的采煤方法和工艺，片面追求经济效益，资源回收率只有15%左右，不足国有大矿的1/3，煤炭资源浪费十分惊人。国有大矿也存在丢弃薄煤层和在开采特厚煤层时造成厚度损失，普遍达不到设计规范和技术政策规定的资源回收标准。资源型城市由于以单一的资源产业为主导，而这些资源又具有不可再生性，随着资源的不断开采，资源会越来越少，开采难度越来越大，加上市场需求多变等原因，资源型企业的生产就会十分艰难。山西多年来一直以开采煤炭为主要经济支柱，现在煤炭面临枯竭，老企业发展明显缓慢，影响到社会的安定团结。我国阜新、本溪、抚顺等煤矿城市都是因为资源枯竭带来一系列社会、经济和稳定问题，教训十分深刻。四、煤炭地下气化技术的应用对压覆煤炭资源的回收利用价值我国能源需求主要依靠本国，以煤为主的能源消费结构，是我国能源战略的重要组成部分。随着经济的不断发展，煤炭资源的开采利用，开始进入由传统粗放型向现代集约型转变的阶段，煤炭地下气化技术的不断发展，就是这一转变最生动的写照。早在1979年的世界煤炭远景会议上，联合国就已明确提出，实施煤炭地下气化开采，是解决传统的煤炭开采利用所存在问题的重要途径。在煤炭气化技术方面，我国也制定了发展规划、纲要等，而且是世界上煤炭地下气化技术研究较早的国家之一。1、煤炭地下气化技术类型煤炭地下气化是在地下气化炉的条件下进行的，该技术目前主要有两种类型。一是巷道式地下气化炉技术。就是在开采或废弃的煤矿井中建地下气化炉，以人工掘进的方式在煤层中建立气化巷道，并在进气孔底部巷道筑一道密闭墙（促使定向燃烧煤层），然后便可将密闭墙前面的煤炭点燃气化。此种方式中的单套地下气化炉由气化通道进气孔、辅助孔和出气孔组成，气化通道在同一煤层内连通各孔，但由于受煤层地应力和温度制约，因此人工竖井部分深度有限。二是钻井式地下气化炉技术。即采用常规的油气钻井技术，钻一口普通的长裸眼水平井，与另外的两口直井在同一煤层内连通。单套地下气化炉仍由气化通道、进气孔、辅助孔和出气孔等组成。施工时，先将进气孔底部的气化穴中的煤炭点燃，鼓入气化剂，连续使煤炭气化，同时由辅助孔鼓入氢气，气化通道内会形成氧化带、还原带和干馏干燥带。国外大多采取此种技术。辽河油田在2005年成功建成了我国首座钻井式地下气化炉。躁这种坐煤炭妈气化案方式号，很副好地钢发挥贡了石址油企冈业的滔钻井辟技术耗优势排，免株去了锯巷道串式建顶地下游气化柱炉的合条件饶限制面。但颜因钻裹井井趟径受去限，文制约信了单烤套炉售的气菜化规朋模，前有待猛进行贯单套读炉多浩进气掉孔、径多气语化通毁道、摘多出素气孔符、大朴井眼蜂钻进壁和扩魂眼完耽井等浪技术抽攻关欲。帅2、乞挖掘晒剩余少资源胞的新滤途径役据统仓计，豪19尤53全年-落19耗89志年我眉国有夕报废袖矿井智29绒7处嗽，1苹99匪0年朝至今欧有2川44劣处报赤废，仰报废逼资源倒量到惯20效02搜年底茂已超这过3击00篮亿吨伙，一病般为兽井工夺开采革（由锦工人谨下入缴井内膊进行功资源冠开采李，与赏露天都开采摔相对吴应，犬井工熔可采聪煤炭宜量仅诞占煤但炭资停源储先量的卷11修.4答3%腐）遗岂留的累煤柱狼、薄趋煤层棕、劣铸质煤坚层、衔高瓦喉斯煤蔬层等妥，丰亭富的阵深层款煤炭谷资源概和浅季海地艳区的灶煤炭驼资源掏也未雅被开咽发利篇用。仓煤炭瑞地下棋气化炎技术咏的发冠展应另用，袋为这放些资立源的惭有效阳动用敲提供慕了途跌径。善目前问山东批、山幼西、环内蒙扫古、病贵州弊等地锹都在披引入可煤炭小地下影气化份技术恩，以秃使剩贿余的调煤炭齿资源挡得到印充分由利用泼。厌有关共专家份介绍止，煤靠炭地厨下气妄化技芽术避诱免了饰传统怪煤炭检开采廊方式千对大概气带闻来的名污染坐。地岔下燃持烧产臣生的近高温割能使造瓦斯慌气和贵煤焦监油发针生剧严烈膨文胀而鲜被挥倾发采塞出。炼尤其墓是高效温能意使褐品煤的与物性患变好益，使踢煤层袖气被悉解析源，易始于产慎出，境其中办的灰铸分留煎存于望地下接，还盘可以眨减少翼开采塔后期尺地层饶坍塌膝的危顺险。裂煤炭脸地下护气化垄开采餐还有闸见效团快的盆特点耳。点汉燃后驱，只萍需注丑入气撑化剂若便可柿连续妈生产候。气污化剂在由空银气、某水蒸赔气、亭氧气稍和氢左气组土成。须氧气浓和氢买气可戒由粗晴煤气魂分离斯获得使，水妖蒸气族可由城产出进的高然温粗郑煤气筹经降没温处础理制降取，武总体销工艺换具有谣明显锐的循扔环经傍济特凳色。枕3、龟资赖源综特合利帆用的序新方齿式侄煤炭鞭地下忙气化析开采久产业见的综肆合性岸较强悦，不卡仅能启够提砍高煤处炭资哨源的固利用匹率和占开发头动用贱程度伍，符第合节孤约型赠的产床业发来展原哥则，效而且妥有利杂于就割近建厨立综静合性待的产痕业群捆。歪降温叛处理写后的贼粗煤棍气，吗经过职净化炒可用夕来发撑电或诵向产律业群版以及猪附近脸城市补集中势供热叔，尤明其是铜可以窗利用咽余热械，发雄展附逼近农叹村的懂温室饰绿色凤农作缴物产仙业，滩还可恐以从哭中提定取氢鹅气和衣氧气崭，除秘用作仁气化高剂外燕，氢辨气还旱是城硬市清叙洁能请源。老粗煤桨气净凯化过寇程中骡，还让可以肺获得绪焦油遣、硫杯产品汽、酸抹产品放和苯宇产品抱。案值得晶一提唯的是登，粗鹿煤气魄净化揉过程挺中分坊离出孝来的疤氮气牵，可堪以制删成液狠氮，育在油费气钻棕井和晶增产挽措施贱中具懒有重娇要用俩途。先目前塞国内推油气叉田开兆发中堆对液决氮的张需求御正在晨不断烧增大颠。净光化后果的煤右气是劳重要控的化号工原愁料，朋可制皂取甲掉醇，蜡进而权制取侮甲脂祝和聚嚷甲醛偿等，恐或者年作为盯制取纺合成提氨、塌二甲红醚等锐的原休料。肿总之寄，煤熄炭地深下气痛化开比采的夫产业两综合困性越亲强，呆开采撤成本坦下降婚越明惠显，附获取兆的综谜合效呆益就彩越大歪。煤箭炭地棒下气具化开漫采产佩业规树模可淹大可黑小，沃可独驼立经司营，柴更利滨于大焰产业趋经营炼，投刃资少垫，投虽资回欣收期环短，津投资迎回报英率高津。邀五、眠山西沟省开柜展煤摩炭地反下气某化应科用的诸条件疏已经押成熟法煤炭佣地下每气化眯项目启在山泻西省狼一直些是空米白，钓针对筹我省党不同层煤种孩、地烧域和份大量躺压覆过、残始留煤浪田的援实际唯，有露选择面的开结展煤泊炭地粗下气嫁化工园业试趴验，注对于恶有效跌解决阶压覆章资源环、残搜留资铲源，塑推进死山西晶煤炭和产业受向煤弱炭清太洁能余源工轮业转牙化，刷实现街山西作绿色偷转型伶、低莲碳运置营的尘目标捡，特尤别是衬对于军我省诱实现姐国家假资源匪型经升济转境型综感合配烘套改桂革试厉验区燃的经块济结编构战黄略调豆整具酒有深摸远的捡意义种。啦笔者靠有幸番参与疯了对开山西坑的小谜窑破监坏煤届田、庭残留纯煤区蔑、劣明质煤乱田、妖深部兼煤田孔等进叛行了浑调研银。山滚西小妨窑破靠坏煤女田、粪残留永煤区浮或劣承质煤个田较释为普析遍，层如果裤选择落和应健用煤来炭地妄下气笼化技浩术，欢将为宿山西殿的残绪留煤互田的增开采有找到俗一条铲清洁槐、环项保的杏新技拾术、源新方递法，龙将为拨山西奸的十大二五更节能娘减排弦，实胞现转待型发关展，费气化私山西氏，低蒜碳生遵活，企大力叹提高牢城市额工业珍链系帜统能镜效发恋挥积伐极的开作用击。我棚们以且一个腐残留急约2巾00舅万-盈30腿0万脊的煤翅矿为沿例，含煤炭千地下射气化疲技术矛，可锤始气店化总许规模慰达到阴41弟0万悲N遇M3醋，按连总共茂三期枯计算宪：一崇期规遭模为钻10角万N吴m3译/d刊，其般中5肺万N莲m3兽/d芹为民邮用燃尖气，婶5万熟Nm长3/浇d为尾工业解燃气群；二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