沈北煤田煤炭地下气化应用可行性评价

【摘 要】沈北煤田研究区位于辽宁省辽阳市规划区内，城市压煤已成现实，地下煤炭资源暂不能开采利用，但煤炭地下气化和煤层气资源开发利用不受城市建设的限制。因此利用煤炭地下气化技术对该地区的煤炭资源进行开发利用，一方面可减少自然资源的损失及大气环境污染，另一方面可进一步满足城市对于煤气的需求，促进城市经济快速发展。

【关键词】沈北煤田；煤炭地下气化，可行性评价

0.引言

煤炭地下气化，又称为气化采煤，是将地下的煤炭通过热化学反应在原地转化为可燃气体的技术，具有安全性好、投资少、效率高、污染少等优点，被誉为第二代采煤方法[1]。是世界煤炭开发利用方向之一，也是我国清洁能源利用重点科技发展目标。这项技术就是变常规的物理采煤为化学采煤，将煤炭在地下通过有控制的燃烧气化，一次性转化为清洁的可供终端用户应用的能源与化工原料，实现地下无人，无生产设备采煤。成为国内外竞相研究的新兴技术领域，并已取得初步成果[2-5]。

随着区域经济的飞速发展，沈北煤田及其周边对能源的需求量越来越大，无论是工业用气还是居民用气的需求量都大大提高。除了基础的煤炭资源开发以外，现有的供气能力将远远不能适应本区经济发展的需要，因此对沈北新区的沈北煤田进行煤炭资源地下气化可行性研究与评价也就成了当务之急。同时，研究区内已经出现的城市规划建设方案与煤炭资源压覆之间的矛盾也需要寻找可能的解决途径。

1.煤炭地下气化技术

与传统采煤和地面煤炭气化工艺相比，这项技术集建井、采煤、转化工艺为一体，具有显著的经济、环保和社会效益。此技术可使开采投资大幅度减低，节约大量成本，提高工效和吨煤价值。且煤炭气化后灰渣留在地下，避免了传统采煤和地面煤炭气化造成的废气、废水、废渣等污染，并可以减少地面下沉。此项技术可大大提高资源回收率，使传统工艺难以开采的边角煤、深部煤、“三下”煤、已经或即将报废矿井遗留的保留煤柱和按国家环保规定不准开采的高硫高灰劣质煤得到开采。根据前苏联和美国的资料，对于埋藏较浅的煤层，煤炭地下气化的成本仅相当于同条件矿采的50%-60%；相当于地面煤炭气化的43%，并且可以大量减少配套热力电厂的设备、厂房、人员数量。

国内煤炭地下气化研究进入 20 世纪 90 年代后, 我国的煤炭地下气化研究已从实验室走向坑口气化实验阶段, 相继在徐州马庄矿、开滦刘庄矿、义马、依兰、鹤壁的各矿区进行试验, 生产出了管道煤气[6]。其中在我国内蒙乌兰察布“无井式煤炭地下气化技术研究”项目已成功通过权威鉴定，正在进行工业化示范生产。

2.研究区概况

沈北煤田位于沈阳市北17公里，属沈阳市沈北新区管辖，其范围北自前屯六井F1号断层，南至古城子井田（现为蒲河、大桥、清水矿）煤层最低可采边界线，东起前屯井田煤层露头及清水台井田煤层最低可采边界线，西以马孤家子F49号断层为界。南北长17km，东西宽15km，总面积约255km2 [7]。沈北煤田为隐伏式煤田，全区为第四系所覆盖，地形略有起伏。沈北新区的规划城区处于沈北煤田之上，共压覆的煤矿或井田有：蒲河煤矿、清水煤矿、大桥煤矿（现为闭坑矿井）、洋河井田、前屯四井、新城子井、大进井一部分及沈北煤田预测区一部分，压覆了沈北煤田约80%的已投入勘探工作面积和90%的煤炭资源/储量——91952万吨，其中煤炭基础储量65649万吨，煤炭资源量为 26303万吨[8]。

3.煤炭地下气化可行性研究

沈北煤田煤炭资源丰富，基于以往的煤田地质勘探成果预测，勘查区范围资源量大，具备规模性开发的资源基础和较好的煤炭地下气化勘探开发前景。同时煤田内已建成的中小型矿井已有20多年的开采实践，通过以往大量的钻探工程量、地质研究结果对区域内地层、构造、煤层、煤质、瓦斯、水文地质等均有较为系统的了解，在宏观及微观上的变化趋势已基本掌握，积累了大量的基于地质与工程资料，为煤炭地下气化的研究和开发奠定了坚实的基础。以往的研究也表明在沈北地区进行煤炭资源地下气化是可行的，且具有较高的经济效益[9]。

笔者在充分了解分析煤炭地下气化的原理以及国际技术发展现状、工艺流程与原理、储层条件及可行性等方面的相关知识的基础上，面对“沈北新区”和沈北煤田之间出现的城市规划建设方案与煤炭资源压覆的矛盾，提出了在该研究区内的煤炭地下气化工作选取“无井式”方法，并已开展先导性试验。“无井式”煤炭地下气化与煤层气资源开发不同，对煤炭资源的储层条件要求不高。沈北煤田的煤层埋深、煤层厚度、煤质、水文地质等条件均有利于“无井式”煤炭地下气化，唯一的问题有可能是研究区煤田内的断层过于发育。

对于“无井式”煤炭地下气化形成燃空区的沉降控制与评价体系目前国内尚未建立起来，但可以肯定在对燃空区采取一定的回填措施后，其对地面建筑的影响要远远小于传统的煤矿开采。因此“无井式”煤炭地下气化有可能成为解决“沈北新区”和沈北煤田之间出现的城市规划建设方案与煤炭资源压覆矛盾的一条途径。有研究表明，假设一个U型生产气炉气化可以产生0.54×108m3有用气体，经济效益巨大[3]。这也进一步证实了UCG技术在该地的技术及经济可行性。综上所述，“无井式”煤炭地下气化技术是十分具有诱惑力的，并且在研究区成功实施的可行性也较高。

4.结论

沈北新区是国务院批准成立的中国第四个新区，是东北老工业基地改革开放的试验区，在东北老工业基地振兴中起到探索和示范作用。目前“无井式”煤炭地下气化技术在国内刚刚开始试验探索，缺少成功案例，还不能够做出准确的可行性评价，需要选择各个技术专业方向上具备条件的科研单位共同开展研究和先导性试验工作。

沈北新区规划城区之下的沈北煤田，地下赋存大量的煤炭资源，正是进行煤炭地下气化先导性试验的有利地区。这一项目将有利于促进辽宁省煤炭资源的开发利用，进一步减少城市压煤造成的资源损失，同时也能够满足周边城市对天然气的需求。

参考文献：

[1]梁杰．煤炭地下气化过程稳定性及控制技术[M]．徐州：中国矿业大学出版社，2002：1-15.

[2]左小青，葛维奇．煤炭地下气化技术评价及发展路径选择[J].科技情报开发与经济，2006：16（7）：141-142.

[3]杜锋．辽河油区煤炭地下气化技术分析与实践[J]．石油钻探技术 2006，34（5）：83-86.

[4]刘宁宁，邱亮亮，敬毅．国内外煤炭地下气化技术发展现状[J]．煤炭技术，2009，28（6）：5-7.

[5]颜丙宏．煤炭地下气化钻孔施工实践与工艺探讨[J]．探矿工程（岩土钻掘工程），2005，52-54.

[6]杜锋，梁杰．煤炭地下气化技术[J]．陕西煤炭，2003，（1）：17-19.

[7]东北煤田地质局103勘探队．沈北新区沈北煤田煤层气资源开发利用可行性研究评价[R]．2008.

[8]东北煤田地质局103勘探队．《沈北新区（规划城区）矿产资源分布情况调查报告》[R]．2008.

[9]吕相权，张国柱．沈北煤田煤炭地下气化初步探讨[J]．吉林地质，2006，25（2）：19-23.

作者简介：

迟波（1966—）东北煤田地质局103勘探队高级工程师，综合技术科科长，多年从事煤田地质，工程地质工作。