煤層氣俗稱瓦斯,是與煤炭伴生、以吸附狀態儲存于煤層內的非常規天然氣,其主要成分是甲烷,在化學組成上與天然氣一致,可以和天然氣混輸混用。
一.成藏
煤炭源于陸生高等植物,煤的原始有機物質主要是碳水化合物、木質素,成煤作用由泥炭化和煤化作用兩個階段完成。由植物-泥炭-褐煤-煙煤-無煙煤演化,是經過未成巖-成巖-變質作用-泥炭化-煤化的全過程。
泥炭化階段(成巖前期),有機質在低溫(小于50攝氏度)和近地表氧化環境中,由于細菌的作用,生成少量甲烷及二氧化碳,呈水溶狀態或游離狀態而散失。
褐煤階段已經進入成巖階段,屬煤化作用和未變質階段。此期是干酪根的未成熟期,地溫在50攝氏度左右,鏡質體反射率Ro約等于0.5%,有機質熱降解作用已經開始并逐步加深,生物化學作用逐步減弱,主要生成甲烷及其他揮發物。
煙煤階段的長焰煤、氣煤、肥煤、焦煤、瘦煤屬煤化作用的低到中變質階段,Ro為0.5-2.0%。此期是干酪根的成熟期,已經進入生油門限,沉積物埋深達到1000-4500米,地溫達50-150攝氏度,有機質經過熱降解,有重烴、輕烴、甲烷及其他揮發物產出。
煤化作用的后期是高變質階段,一般把貧煤與無煙煤劃在這一階段,Ro大于2.0%,此期干酪根過成熟期,地溫大于150攝氏度,埋深大于4500米,熱降解產物主要是甲烷。
二.煤層氣開發的意義
開發煤層氣可以變害為利,保障煤礦生產安全。有統計資料顯示,我國煤礦瓦斯比例大,統配瓦斯礦井占40%。歷史上因瓦斯突出事故而死亡的人數,約占全國煤炭行業工傷事故死亡人數的30%-40%。開發煤層氣可以有效減少瓦斯事故發生。
開發煤層氣能夠減輕大氣污染,保護生態環境。科學研究表明,煤層氣中甲烷的溫室效應是二氧化碳的20倍,對臭氧層的破壞能力是二氧化碳的7倍,不亞于氟利昂。煤層氣燃燒后很清潔,幾乎不產生廢氣。同等熱值的煤層氣燃燒后一氧化碳的排放量僅為石油的50%和煤炭的25%。
開發煤層氣能改善能源結構,緩解能源緊張。科學研究表明,如果我國能夠將噸煤瓦斯抽放量提高到世界發達國家水平,每年煤炭生產中就可以獲得10億立方米煤層氣。我國煤層氣資源的70%分布在缺少能源的中東部地區,開發煤層氣能大大改善能源利用不均衡狀況,對地區經濟和社會發展以及人民脫貧致富具有特殊意義。
煤層氣埋藏淺,勘探投資少,見效快,開采持續周期長,產量長期穩定。有專家測定,煤層氣開發,其投入產出效益比可達1:5。
煤層氣開發后利用效率高。科學研究表明,煤層氣的熱值是通用煤的2-5倍。每立方米純煤層氣的熱值相當于1.13千克汽油或者1.21千克標準煤。煤層氣的燃燒值是53-66百焦每立方米,是天然氣的四分之三。