煤矿瓦斯,又被称为煤层气,随着煤矿开采排出,主要成分是甲烷。当其在空气中浓度达到5%至16%时,遇明火会爆炸,是煤矿安全生产的主要危害之一。

如今,通过煤矿瓦斯全浓度阶梯利用,这个昔日矿井深处的废气不仅“变身”为清洁燃气,还转化为电能、热能,实现从废弃物到资源的完美蜕变。

1月5日,在位于彬州市的陕西新泰能源有限公司厂区,一台鲜红色的“磕头机”忙个不停,频频“作揖”。

“这个机器虽和采油机外观一样,但抽采出来的是瓦斯和水。”陕西新泰能源有限公司地面煤层气排采厂厂长宋永强说,地面抽采是瓦斯治理的第一步。利用排水、降压、扩散、渗流等技术实现煤层气解析产出,抽采出的瓦斯浓度约70%。这些抽采出来的瓦斯经过增压、提纯后,通过集输管线输送到彬州市天然气站,供当地居民使用。

作为国内出名的高瓦斯矿区,彬长矿区煤炭地质储量67.29亿吨,是全国13个大型煤炭基地之一。其中,大佛寺煤矿绝对瓦斯涌出量峰值曾达每分钟210立方米,是陕西瓦斯涌出量最大的矿井。

为保障大佛寺煤矿安全有序开采,陕西新泰能源有限公司通过地面抽采、低浓度瓦斯发电、乏风蓄热氧化等技术手段,实现瓦斯高效利用,达到煤矿瓦斯近“零排放”。

截至目前,公司在大佛寺煤矿井田累计布置90口地面煤层气抽采井。目前,24口井正常抽采,日产气量约4.3万立方米。提纯站和集输管网配套建成,实现瓦斯商业性开发利用。

“虽然地面煤层气抽采投资大、难度高,但能提前3年至5年抽采煤层瓦斯,为煤矿后续安全开采创造了有利条件。”陕西新泰能源有限公司副总工程师唐玉虎说,为确保煤矿采掘过程中井下瓦斯浓度不超限,他们通过抽采泵将井下的瓦斯输送到地面,然后进行发电。

2009年,陕西新泰能源有限公司在大佛寺煤矿建成全国单矿装机容量最大的低浓度瓦斯发电厂,将原来直接对空排放的井下抽采瓦斯回收发电,实现了大佛寺煤矿井下抽采浓度8%以上的瓦斯全部利用,并成功注册为联合国自愿减排项目。该电厂安装36台燃气发电机组,年发电量最高超1亿千瓦时,截至目前累计发电9亿千瓦时。

然而,随着彬长矿区瓦斯治理不断推进,井下抽采出来的瓦斯浓度逐年降低。瓦斯浓度低于8%,就无法被发电厂有效利用。那么,超低浓度瓦斯如何实现变废为宝?

2010年,陕西新泰能源有限公司投资1.2亿元建设我国第一代乏风蓄热氧化装置,开启煤矿超低浓度瓦斯利用试验。

随着技术迭代升级,陕西新泰能源有限公司2022年投资7000多万元,建设第三代乏风蓄热氧化装置,让低浓度瓦斯“变身”热源,实现大佛寺矿区清洁供暖。

“以前住在老公寓楼,冬天供暖不给力,时常得开空调取暖。”大佛寺煤矿运输队司机于洋说,前年,他住进了新公寓楼,供暖稳定又清洁。

3台乏风蓄热氧化装置、1台余热锅炉,年供热能力达21兆瓦,可满足大佛寺煤矿整个矿井生产生活用热需求……通过瓦斯供暖,大佛寺矿区暖意融融。

从单一治理到综合利用,煤矿瓦斯的“变身”,始于对其危害的清醒认知与能源缺口的现实考量。

“当前,我国能源发展仍面临需求压力巨大、供给制约较多、绿色低碳转型任务艰巨等挑战。”陕煤集团陕西省煤层气开发利用有限公司董事长牛鸿波说,煤矿瓦斯弃之有害、用之有利。将其变废为宝,可以为能源清洁高效利用注入澎湃动能。

作为陕西省煤层气开发利用有限公司的子公司,陕西新泰能源有限公司在大佛寺煤矿建成了全国首个瓦斯近“零排放”示范矿区,形成了完整的瓦斯治理和利用解决方案。

经过多年的探索实践,这套瓦斯治理和利用解决方案不仅在省内黄陵、韩城等地的矿区落地应用,还在云南、宁夏、贵州、山西等地“开花结果”,为我国煤矿瓦斯治理和利用提供了实践经验。

牛鸿波说:“我们在瓦斯治理和利用方面的技术水平处于国内领先。2025年,公司瓦斯利用量近1亿立方米,瓦斯发电量超2亿千瓦时,创下新高。今年,我们将继续以科技创新为核心驱动力,不断提高瓦斯抽采效率,推进瓦斯梯级高效利用,为保障能源安全、实现‘双碳’目标贡献力量。”(记者:苏怡 田若楠)