煤層氣是指賦存在煤層中以甲烷為主要成分，以吸附在煤基質(zhì)顆粒表面為主，部分游離于煤孔隙中或溶解于煤層水中的烴類氣體，是煤的半生礦產(chǎn)資源，屬非常規(guī)天然氣。煤層氣屬于自生自儲(chǔ)式，煤層既是氣源巖，又是儲(chǔ)集巖。煤層氣主要以吸附態(tài)賦存于煤孔隙中（70%~95%），少量以游離狀態(tài)自由地存在于割理和其他裂縫或孔隙中（10%~20%），極少量以溶解態(tài)存在于煤層內(nèi)的地下水中。煤層氣具特有的產(chǎn)出機(jī)理：排水—降壓—解吸—采氣，煤層氣井通過(guò)排水來(lái)降低儲(chǔ)層壓力，使得甲烷分子從煤基質(zhì)表面解吸，進(jìn)而在濃度差的作用下由基質(zhì)中的微孔隙擴(kuò)散到割理中，然后再割理系統(tǒng)中運(yùn)移，最后在流體勢(shì)的作用下流向生產(chǎn)井筒。

煤層氣的形成

煤層氣有有兩種基本成因類型：生物成因和熱成因。生物成因氣是由各類微生物的一系列復(fù)雜作用過(guò)程導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)發(fā)生降解而形成的；而熱成因氣是指隨著煤化作用的進(jìn)行，伴隨著溫度升高、煤分子結(jié)構(gòu)與成分的變化而形成的烴類氣體生物成因氣可形成于煤化作用早期階段(泥炭一褐煤)以及煤層形成以后的構(gòu)造抬升階段，因此又可分為早期(原生)生物成因氣與晚期(次生)生物成因氣。

1.早期生物成因氣

早期生物成因氣形成于泥炭—褐煤階段.由于埋藏淺(<400m)、溫度低，熱力作用尚不足以使有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)變化產(chǎn)生氣體。在此階段，有機(jī)質(zhì)成分與結(jié)構(gòu)的變化主要通過(guò)微生物參與下的化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)。以CH4為主要成分的生物成因氣.主要是在泥炭沼澤環(huán)境中通過(guò)微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)的分解作用形成。

2.次生生物成因氣

在煤層后期抬升階段.煤層中溫度等環(huán)境條件又適宜微生物生存。這些微生物主要通過(guò)位于補(bǔ)給區(qū)的煤層露頭由大氣降水帶人.在相對(duì)低溫條件下代謝濕氣、正烷烴和其他有機(jī)化合物.生存CH_4和CO。在含煤盆地中.次生生物作用過(guò)程活躍并影響氣體成分的深度間隔稱作蝕變帶，一般位于盆地邊緣或中淺部：不發(fā)生蝕變的氣體一般在盆地的深部.稱原始?xì)鈳?/p>

3.熱成因氣

從烴源巖的角度，可將煤級(jí)演化階段分為低成熟階段、成熟階段、和高成熟階段。在低成熟階段主要形成生物氣，而真正的熱成因氣形成于長(zhǎng)焰煤一無(wú)煙煤階段

(1)成熟階段

在熱力作用下.游記之中各種官能團(tuán)和側(cè)鏈分別按活化能的大小，依次發(fā)生分解，轉(zhuǎn)化為具有不同分子結(jié)構(gòu)的烴類。生物的同位素組成.按活性的大小發(fā)生相應(yīng)的分餾效應(yīng)。

(2)高成熟階段

由于有機(jī)質(zhì)芳香結(jié)構(gòu)上的大部分烷烴支鏈在成熟階段已經(jīng)消耗.化學(xué)反應(yīng)由以分裂為主轉(zhuǎn)為芳香核之間的縮合為主.并由此產(chǎn)生大量甲烷氣體。在此階段，有機(jī)質(zhì)芳香度從O.85增至O.97，C原子幾乎全部集中在芳香結(jié)構(gòu)上。

煤層氣的特征和用途

煤層氣的基本特征

煤層氣是煤成氣中特指的部分。通常是指在煤層、炭質(zhì)頁(yè)巖、黑色泥巖等氣源巖中儲(chǔ)集的煤成氣。因此.除了形成煤層氣以外.另一部分煤成氣則運(yùn)移出氣源巖以外呈分散或聚集形成賦存

煤層氣俗稱“瓦斯”.其主要成分是甲烷，與煤炭伴生、以吸附狀態(tài)儲(chǔ)存于煤層內(nèi)的非常規(guī)天然氣.熱值是通用煤的2—5倍.主要成分為甲烷。1ms純煤層氣的熱值相當(dāng)于1.13kg汽油、1.21kg標(biāo)準(zhǔn)煤，其熱值與天然氣相當(dāng)，可以與天然氣混輸混用.而且燃燒后很潔凈.幾乎不產(chǎn)生任何廢氣，是上好的工業(yè)、化工、發(fā)電和居民生活燃料。煤層氣空氣濃度達(dá)到5%一16%時(shí).遇明火就會(huì)爆炸.這是煤礦瓦斯爆炸事故的根源。煤層氣直接排放到大氣中。其溫室效應(yīng)約為二氧化碳的21倍，對(duì)生態(tài)環(huán)境破壞性極強(qiáng)。在一定過(guò)空間范圍內(nèi)，煤層氣比空氣輕，其密度是空氣的0.55倍。稍有泄漏會(huì)向上擴(kuò)散。只要保持室內(nèi)空氣流通.即可避免爆炸和火災(zāi)。而煤氣、液化石油氣密度是空氣的1.5—2.0倍.泄漏后會(huì)向下沉積。所以危險(xiǎn)性要比煤層氣要大的多煤層氣爆炸范圍為5—15%。水煤氣爆炸范圍6.2～74.4%.因此.煤層氣相對(duì)于水煤氣不易爆炸.煤層氣不含CO.在使用過(guò)程中不會(huì)象水煤氣那樣發(fā)生中毒現(xiàn)象。

煤層氣的用途

煤層氣可以用作民用燃料、工業(yè)燃料、發(fā)電燃料、汽車燃料和重要的化工原料.用途非常廣泛。每標(biāo)方煤層氣大約相當(dāng)于9.5度電、3m水煤氣、1L柴油、接近0.8kg液化石油氣、1.1—1.2L汽油，另外，煤層氣燃燒后幾乎沒(méi)有污染物。因此它是相當(dāng)便宜的清潔型能源。

我國(guó)開發(fā)利用煤層氣的建議

1.落實(shí)和完善優(yōu)惠政策。加大扶持力度

美國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)化成功的經(jīng)驗(yàn)表明：在煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，政策的扶持和稅收政策的補(bǔ)貼是煤層氣發(fā)展的主要推動(dòng)力。國(guó)家支持煤層氣發(fā)展的政策體系已基本形成，關(guān)鍵要把這些政策落實(shí)好、完善好，給予煤層氣比常規(guī)石油天然氣更加優(yōu)惠的政策，逐步引導(dǎo)企業(yè)成為煤層氣發(fā)展的主體。政府應(yīng)充分發(fā)揮宏觀調(diào)控作用，加大對(duì)煤層氣發(fā)展的扶持力度，包括加大煤層氣勘探、抽采、利用投資，培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人才，加強(qiáng)煤層氣管網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。

2.立足科技創(chuàng)新和技術(shù)進(jìn)步。增強(qiáng)煤層氣的科技保障能力

加強(qiáng)煤層氣開發(fā)利用基礎(chǔ)理論研究和科技攻關(guān)；加強(qiáng)煤層氣抽采利用重大問(wèn)題的科技攻關(guān)，加快實(shí)施煤層氣開發(fā)科技重大專項(xiàng)，加大煤層氣開發(fā)利用關(guān)鍵技術(shù)、重點(diǎn)裝備研發(fā)和推廣應(yīng)用力度，扎實(shí)推進(jìn)煤層氣開發(fā)利用示范工程建設(shè)；鼓勵(lì)煤層氣開發(fā)利用企業(yè)積極開展技術(shù)創(chuàng)新，攻克技術(shù)難題，逐步建立健全以企業(yè)為主體、市場(chǎng)為導(dǎo)向、產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合、適合我國(guó)煤層氣勘探開發(fā)、抽采利用的技術(shù)體系。

3.加強(qiáng)煤層氣開發(fā)利用的監(jiān)督管理

建立健全煤層氣開發(fā)利用的監(jiān)督管理體系，明確政府各有關(guān)部門的監(jiān)督管理職責(zé)，完善相關(guān)立法及政策，制定嚴(yán)格的勘探開發(fā)煤層氣的準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)宏觀調(diào)控和管理，實(shí)施采氣采煤一體化。堅(jiān)持國(guó)家統(tǒng)一規(guī)劃、總體開發(fā)，穩(wěn)步有序地推進(jìn)煤層氣開發(fā)和利用。

4.加強(qiáng)國(guó)際合作交流，完善煤層氣抽采利用標(biāo)準(zhǔn)

積極開展和加強(qiáng)對(duì)外合作交流，借鑒美國(guó)、加拿大、澳大利亞和俄羅斯等煤層氣利用技術(shù)發(fā)展較快國(guó)家在開采利用方面的經(jīng)驗(yàn)，利用國(guó)外資金和先進(jìn)技術(shù)，結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況，提高煤層氣的抽采利用率和開發(fā)利用水平。進(jìn)一步完善煤層氣抽采利用標(biāo)準(zhǔn)，借鑒國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)研究，加強(qiáng)溝通，努力使煤層氣的安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)、抽采利用標(biāo)準(zhǔn)、減排標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)起來(lái)，確保煤礦安全生產(chǎn)和資源的有效利用，加快煤層氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

我國(guó)煤層氣的開發(fā)利用前景

1.良好的資源和政策條件

我國(guó)煤層氣資源十分豐富，在區(qū)域分布、埋藏深度等方面也有利于規(guī)劃開發(fā)；我國(guó)己基本形成了國(guó)家支持煤層氣抽采利用的政策體系，并且支持力度不斷加大，各地和企業(yè)的積極性空前高漲，煤層氣抽采利用的政策環(huán)境、社會(huì)環(huán)境十分有利。

2.煤礦安全形勢(shì)嚴(yán)峻，變害為利

中國(guó)有近八成的重大煤礦事故都禍起瓦斯2009年，全國(guó)26個(gè)產(chǎn)煤省(區(qū)、市)煤礦共發(fā)生瓦斯事故143起、死亡710人；煤層氣的抽采利用，可以有效降低煤層中的甲烷含量，實(shí)現(xiàn)煤炭在低瓦斯?fàn)顟B(tài)下開采，保障煤礦的生產(chǎn)安全，減少礦難的發(fā)生。煤層氣開發(fā)利用量不斷增加，煤礦瓦斯防治體系建設(shè)得到加強(qiáng)，瓦斯事故和死亡人數(shù)隨之不斷下降。

3.市場(chǎng)需求巨大

在中國(guó)的一次性能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤炭約占74.6%，處于主導(dǎo)地位，石油占17.6%，而天然氣僅占2%，遠(yuǎn)低于23%的世界平均水平。隨著終端能源需求逐步向優(yōu)質(zhì)高效潔凈能源轉(zhuǎn)化，燃?xì)獾男枨笱杆僭鲩L(zhǎng)，市場(chǎng)供應(yīng)缺口較大；開發(fā)利用煤層氣，可以節(jié)約資源，有效彌補(bǔ)我國(guó)常規(guī)天然氣供用量的不足，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，煤層氣利用市場(chǎng)潛力很大。

4.適應(yīng)低碳經(jīng)濟(jì)與環(huán)境保護(hù)的要求

煤層氣與石油、煤炭相比，同樣熱值釋放到大氣中的CO，比石油少50%，比煤炭少75%。每利用l億m，甲烷，相當(dāng)于減排150萬(wàn)t CO，。2009年，我國(guó)利用煤層氣19.3億m3，共減少排放2880萬(wàn)t CO；煤層氣的開發(fā)利用不僅可以有效降低甲烷的排放量，而且能夠大大減排溫室氣體CO，保護(hù)大氣環(huán)境，這正是目前低碳經(jīng)濟(jì)所倡導(dǎo)的。

本段清潔的煤層氣

煤層氣的主要成分是甲烷，甲烷含量通常達(dá)到80%～99%，其次是氮?dú)夂投趸?，幾乎不含有一氧化碳、硫化氫等有害氣體，可以用作民用燃料、工業(yè)燃料、發(fā)電燃料、汽車燃料和重要的化工原料。煤層氣熱值是通用煤的2倍～5倍，每標(biāo)方煤層氣大約相當(dāng)于9.5度電、3立方米水煤氣、1升柴油、接近0.8千克液化石油氣、1.1升～1.2升汽油。煤層氣熱值與天然氣相當(dāng)，可以與天然氣混輸混用，燃燒后幾乎不產(chǎn)生任何廢氣，是上好的工業(yè)、化工、發(fā)電和居民生活燃料。另外，煤層氣燃燒后幾乎不產(chǎn)生污染物，因此它是相當(dāng)便宜的優(yōu)質(zhì)、清潔型能源。

安全的煤層氣

使用煤層氣相對(duì)較為安全。通常情況下，煤層氣密度是空氣的0.55倍，如有泄漏會(huì)向上擴(kuò)散，只要保持室內(nèi)空氣流通，即可避免爆炸和火災(zāi)。而煤氣、液化石油氣等密度是空氣的1.5～2倍，泄漏后會(huì)向下沉積。相比而言，煤層氣的危險(xiǎn)性要小得多。當(dāng)煤層氣空氣濃度在5%～16%范圍內(nèi)時(shí)，遇明火就會(huì)爆炸，這是煤礦瓦斯爆炸事故的根源。而水煤氣爆炸范圍是空氣濃度在6.2%～74.4%之間，且煤層氣不含一氧化碳，因此，煤層氣相對(duì)于水煤氣不易爆炸，在使用過(guò)程中也不會(huì)發(fā)生跟水煤氣那樣的中毒現(xiàn)象。

煤層氣成因

煤層氣的產(chǎn)生貫穿于煤的形成和演化整個(gè)過(guò)程，按其主要作用可以分成生物成因和熱成因。

生物成因是各種微生物的一系列復(fù)雜作用過(guò)程導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)發(fā)生降解作用，煤形成早期埋藏淺、溫度低，微生物分解有機(jī)質(zhì)通過(guò)二氧化碳還原和甲基類發(fā)酵形成以甲烷為主要成分的生物成因氣。后當(dāng)?shù)貧み\(yùn)動(dòng)導(dǎo)致煤層抬升，活躍的地下水系統(tǒng)和大氣淡水構(gòu)成了有利于微生物活動(dòng)的環(huán)境時(shí)，在偏低溫條件下，微生物再次“登上歷史舞臺(tái)”降解和代謝導(dǎo)致煤層中形成了濕氣、甲烷及其它有機(jī)物。

熱成因煤層氣與常規(guī)天然氣相似，隨著煤變質(zhì)程度的不斷加深，在熱力作用下發(fā)生熱降解和熱裂解，形成甲烷為主的氣體。

我國(guó)煤層氣資源豐富

據(jù)國(guó)土資源部煤層氣資源評(píng)價(jià)，我國(guó)埋深2000米以淺煤層氣地質(zhì)資源量約36萬(wàn)億立方米，主要分布在華北和西北地區(qū)，其次是西南貴州、四川南部以及東北地區(qū)。目前可開采的1000米以淺的煤層氣地質(zhì)資源量約10萬(wàn)億立方米，占全國(guó)煤層氣資源地質(zhì)總量的38.8%。隨著終端能源需求逐步向優(yōu)質(zhì)高效潔凈能源轉(zhuǎn)化，天然氣的需求將迅速增長(zhǎng)。煤層氣的開發(fā)利用具有一舉多得的功效，既能保障煤礦生產(chǎn)安全、減少大氣污染，又能改善能源結(jié)構(gòu)、緩解能源需求緊張的局面，更能就地解決當(dāng)?shù)鼐用竦纳钊剂?、汽車燃料、發(fā)電等問(wèn)題，直接改善老百姓生活。