井工煤礦全生命周期甲烷捕集核算及減排路徑

原白云,岳宗耀,高保彬,李兵兵,賈天讓

1.河南理工大學工商管理學院能源經濟研究中心,河南焦作 454000;2.河南理工大學安全科學與工程學院,河南焦作 454000

全球化石能源消費帶來溫室氣體排放增長,由此引發溫室效應等環境問題。在百年尺度上,甲烷(CH4)的增溫潛勢是CO2的20 余倍[1]?！吨忻栏窭垢缏摵闲浴分刑岢?甲烷減排是減少溫室氣體排放的重點。根據國家能源局公布的最新數據,2022年我國煤炭消費量占能源消費總量的56%[2],而井工煤礦煤炭開采等活動導致的CH4排放量,占全國CH4排放總量的38%[3],是最大的CH4排放源。因此,制定CH4減排措施,有必要系統地對井工煤礦CH4排放展開研究。

當前核算CH4排放的方法主要分為環境甲烷濃度測量值(自上而下)法和單個來源的排放估計數(自下而上)法[4]。國外學者核算煤礦CH4排放量的方法主要有三種:第一種是氣體排放程度(DGE)方法,對地下煤礦的CH4排放量進行測算[5]。第二種是統計方法,使用地質數據集、測量的軸瓦斯排放和采空區氣體通氣孔(GGV)生產值,以具體的數值測算煤礦CH4氣體排放量[6]。第三種是模型分析方法,通過地質分析和建模以及瓦斯控制系統的數值,對煤層的CH4含量進行測算[7]。三種方法主要針對煤礦開采過程中的CH4排放進行核算。

國內一些學者對煤炭開采過程中溫室氣體排放也進行了相關研究,取得了一系列研究成果。曹原廣等[8]基于生命周期法和井工煤礦工作流程,構建了井工煤礦全生命周期的碳排放核算模型。GAO 等[9]基于《國家溫室氣體清單指南IPCC—2019》(以下簡稱《IPCC—2019 指南》)梳理了中國煤炭開采產生的CH4排放量。CHEN 等[10]根據煤礦廢棄前的產能估算了1980 年至2020 年廢棄煤礦的CH4排放量。馬翠梅等[11]針對煤礦不同排放源CH4逃逸開展研究,提出了煤炭CH4逃逸排放計算方法。國內學者的研究主要針對煤礦開采和廢棄煤礦中CH4的排放量核算。

目前的研究尚未將《IPCC—2019 指南》中最新增補的內容考慮在內,對甲烷捕集的核算方法有待改進。在《IPCC—2019 指南》中,核算范圍最新增補了煤炭地質勘探環節的溫室氣體排放[12],煤炭生產過程中逃逸排放源及排放因子也得到補充?；诖?本文以CH4近零排放為目標,探索井工煤礦全生命周期內各階段CH4捕集核算方法,構建井工煤礦全生命周期CH4捕集核算模型,進而提出相應的減排路徑及方案,為井工煤礦CH4精準減排提供參考。

1 井工煤礦全生命周期CH4 捕集核算模型構建

以井工煤礦的實際工作流程為依據,對井工煤礦全生命周期CH4捕集進行研究。依據生命周期理論,將井工煤礦全生命周期劃分為4 個階段:地質勘探階段、煤炭開采階段、礦后活動階段及煤礦廢棄階段。井工煤礦全生命周期CH4捕集核算模型的邊界如圖1 所示。

圖1 井工煤礦全生命周期CH4 捕集核算邊界示意圖Fig.1 Boundary of CH4 capture accounting for the whole life cycle of underground coal mines

通過收集分析相關資料,依據《IPCC—2019 指南》和國家標準《溫室氣體排放核算與報告要求第11 部分:煤炭生產企業:GB/T 32151.11—2018》(以下簡稱《GB/T 32151.11—2018》),構建了井工煤礦全生命周期CH4捕集核算模型。井工煤礦全生命周期CH4捕集計算方法見式(1)。

式中,E(CH4)為煤礦CH4總排放量,t;Ee、Em、Eaf、Eab分別為地質勘探、煤炭開采、礦后活動、廢棄煤礦階段造成的CH4排放量,t。

1.1 地質勘探階段CH4 排放量

地質勘探階段CH4排放量(Ee)計算方法見式(2)。

式中,A為勘探活動的鉆孔數量;EF為勘探鉆孔的CH4排放因子。

考慮不同的井工煤礦在煤炭勘探階段的鉆孔數量可能存在數據不可獲得的問題,以及煤炭勘探鉆孔的CH4排放因子的不同,本文提供2 種勘探階段CH4排放量的核算方法。

1.1.1 區域估值法

將特定鉆井的排放量視為該勘探區域的排放因子,與該勘探區域的鉆孔數相乘得到該區域地質勘探階段CH4的排放量。以此方法把每個區域的排放量相加,可以估算出該煤礦勘探階段的CH4排放量。其計算方法見式(3)。

式中,n為該煤礦地質勘探的區域單元數量;Asi為第i個地質勘探區域的鉆孔數量;EFsi為第i個地質勘探區域的CH4排放因子,m3/鉆孔;CF為轉換因子,即CH4的密度。

1.1.2 平均估值法

對于未在任何勘探區域鉆井中測量CH4排放量的煤礦,可采用平均估值法進行核算。采用該方法核算時,首先將勘探煤層分為3 個深度范圍(0 ～600 m;600 ～1 200 m;1 200 m 以下),參考《IPCC—2019 指南》 設置相應的CH4排放因子[11],同時根據煤礦在相應深度范圍內新勘探增加的煤炭資源儲備量數據,可以得到井工煤礦地質勘探階段CH4排放量。其計算方法見式(4)。

式中,Ai為一定時期內第i個煤層深度范圍下的儲煤增加量;EFi為第i個煤層深度范圍下CH4排放因子,m3/t。

若在勘探周期內煤炭資源量發生減少,該勘探階段的CH4排放應被視為零排放,而不是負排放。

1.2 煤炭開采階段CH4 排放量

煤炭開采階段CH4排放量(Em)計算方法見式(5)。

式中,Esm為抽采系統的CH4排放量,t;Eum為通風系統的CH4排放量,t;Efl為火炬燃燒造成的CH4銷毀量,t;Eru為回收的CH4利用量,t。

1.2.1 抽采系統CH4排放量

針對井工煤礦抽采系統產生的CH4排放量(Esm)的核算,本文提供3 種方法。

(1) 依據《煤礦瓦斯抽采基本指標》對抽采系統CH4排放量進行核算[13]。其計算方法見式(6)。

式中,n為預抽塊段數;K為鄰近層和圍巖CH4儲量系數;L1i為第i個工作面長度,m;L2i為第i個工作面走向長度,m;M為煤層平均厚度,m;γ為煤的視密度,t/m3;X為煤層CH4含量,m3/t;η為CH4預抽率;t為預抽時間,a。

(2) 將煤層CH4含量降到8 m3/t,作為考察臨界值對CH4排放量進行核算。其計算方法見式(7)。

式中,p為煤層殘余相對CH4壓力,MPa;a為CH4吸附常數,煤的極限吸附量,m3/t;b為CH4吸附常數,MPa-1;φ為煤的孔隙率;Ad為煤的灰分質量分數;Mad為煤的水分質量分數;γ為煤的容重,t/m3。

(3) 對于高產高效礦井,根據地質條件、生產計劃等將井下預抽區域分塊段進行CH4排放量的計算。當一個礦井、采區或工作面的通風所能允許的CH4涌出量小于絕對CH4涌出量時,需要進行CH4抽采,即滿足式(8)條件。

式中,q為礦井(采區或工作面)的CH4涌出量,m3/min;qf為通風所能承擔的最大CH4涌出量,m3/min;v為《煤礦安全規程》規定的工作面最高風速;S為通風巷道(或工作面)斷面積,m2;C為《煤礦安全規程》允許的風流中的CH4濃度;K為CH4涌出不均衡系數。

礦井各塊段抽采率(P)與抽采時間(t)呈正相關關系,抽采率隨抽采時間的增加而升高,且各塊段變化趨勢曲線間距非常接近。因此,可以假設函數形式如式(9)。

結合式(9),可推得礦井CH4抽采量計算方法,見式(10)。

式中,λ為抽采率隨抽采時間變化的系數;n為抽采塊段的數量;Pi為塊段i的年CH4抽采率;qi為塊段i的煤層CH4儲量,m3;ti為塊段i的年CH4抽采時間,月;Wi為塊段i的煤層原始CH4含量,m3/t;mi為塊段i的煤炭儲量,t;Q0i為塊段i極限最大風量,m3/min;Ci為塊段i巷道內CH4平均體積分數。

塊段極限最大風量(Q0)計算方法見式(11)。

式中,L為最小控頂距,m;H為設計平均采高,m;Φ為有效斷面系數;v為采煤工作面允許的最高風速,m/s。

1.2.2 通風造成的CH4排放量

通風造成的CH4排放量(Eum)計算方法見式(12)。

式中,m為月份;qCH4-W為測定當月平均每分鐘的CH4風排量,在0 ℃、一個標準大氣壓下的標準流量,Nm3/min;d為礦井當月的實際工作日數,d。

當月平均每分鐘的CH4風排量qCH4-W計算方法見式(13)。

式中,N為每月測定次數;n為測定序號;QR為第n班回風巷風流中的風流量,Nm3/min;CR-CH4為第n班回風巷風流中的CH4體積分數。

1.2.3 火炬燃燒CH4銷毀量

火炬燃燒CH4銷毀量(Efl)計算方法見式(14)。

式中,Qf為煤層氣(煤礦瓦斯)的火炬燃燒量(混量),Nm3;VCH4為煤層氣(煤礦瓦斯)中CH4的體積濃度;OFf為火炬燃燒的碳氧化率。

1.2.4 CH4回收利用量

CH4回收利用量(Eru)計算方法見式(15)。

式中,Qu為企業回收利用的瓦斯氣體量(混量),Nm3;VCH4為企業回收利用的瓦斯氣體中CH4的體積分數。

1.3 礦后活動階段CH4 排放量

礦后活動階段CH4排放量(Eaf)計算方法見式(16)。

式中,i為煤炭生產企業井工煤礦的CH4等級;ADi為CH4等級為i的所有礦井全年原煤產量之和,t/a;EFi為CH4等級為i的礦井礦后活動CH4排放因子。

1.4 廢棄礦井階段CH4 排放量

廢棄礦井階段CH4排放量(Eab)計算方法見式(17)。

式中,T為井工煤礦預期廢棄的總年數;Eabi為井工煤礦第i個廢棄年預計的CH4排放量,t/a;Earui為井工煤礦第i個廢棄年CH4的回收和利用量,t/a;Eabz為井工煤礦廢棄階段CH4資源總儲量,t;EFabi為井工煤礦第i個廢棄年CH4的排放因子,a-1;i為礦井當前的廢棄年數;a和b是常量,決定下降曲線。

綜上,井工煤礦全生命周期CH4捕集核算模型如圖2 所示。

圖2 井工煤礦全生命周期CH4 捕集核算模型Fig.2 Accounting model of CH4 capture in the whole life cycle of underground coal mine

實際應用過程中,核算模型在式(1)至式(18)中的排放系數可采用實測數據,或參考《IPCC—2019 指南》和《GB/T 32151.11—2018》中的缺省值確定。

2 井工煤礦CH4 減排路徑分析

2.1 排放足跡分析

對井工煤礦全生命周期各階段的CH4排放足跡進行分析,分析不同階段井工煤礦CH4排放占比,有助于明確CH4減排重點,為尋找CH4減排路徑和實施減排措施提供指導。

《IPCC—2019 指南》中明確指出,井工煤炭開采及礦后活動2 個階段CH4排放量較大,對CH4排放趨勢的影響較大,因此被列為中國溫室氣體清單的關鍵類別[14]。在井工煤礦全生命周期中,煤炭開采階段CH4排放量占據主導地位,占總量的50%～70%[11];其次是礦后活動階段和廢棄階段,分別占據總量的10%～25%[11]和5%～20%[15];勘探階段的甲烷排放相對較低,占總量的1% 左右[16]。井工煤礦全生命周期各階段CH4足跡分布規律如圖3 所示。

圖3 井工煤礦全生命周期各階段CH4 足跡分布Fig.3 Distribution of CH4 footprint in each stage of underground coal mine life cycle

在實際應用中,不同井工煤礦具體占比數據會受到煤礦的地質條件、開采方式、安全管理等因素的影響,因此需要根據具體的煤礦情況進行分析。

2.2 減排路徑

在井工煤礦全生命周期中,CH4的主要排放方式是通過自然逸散或抽排通風進入大氣中,CH4排放的主要來源包括:地質勘探過程中鉆探鉆孔造成的逃逸排放;煤炭開采時通風系統和抽采系統產生的CH4排放;煤炭加工處理、運輸等環節煤中殘余CH4逃逸排放;廢棄礦井遺煤層中CH4逃逸排放。

井工煤礦CH4減排路徑(圖4)應包括井工煤礦全生命周期各個階段,涵蓋CH4氣體流量與濃度精準監測、煤礦CH4高效精準抽采、全濃度CH4綜合利用等關鍵技術。

圖4 井工煤礦全生命周期CH4 減排路徑Fig.4 CH4emission reduction method in the whole life cycle of underground coal mine

2.2.1 CH4排放監測

CH4氣體排放監測作為煤礦CH4高效抽采利用的基礎,將直接影響煤礦甲烷減排方案實施的效果?！睹旱V瓦斯抽采達標暫行規定》中明確指出,礦井CH4抽放泵站的相應位置應設置流量傳感器等相關設備,對抽采的CH4流量、濃度等參數進行監測?！段廴驹醋詣颖O控管理辦法》中規定,CH4抽放系統應安裝監控設備并將實時監測數據同步至環保部門的監控中心。

現行規定和辦法中針對煤炭開采階段的CH4排放監測技術,主要包括催化燃燒法、光干涉法、熱導法、紅外吸收光譜法等[17]。

(1) 催化燃燒法:通過測量CH4在氣室內燃燒溫度的變化,將熱量變化轉化為電信號,根據電信號輸出值判斷CH4濃度。

(2) 光干涉法:對比CH4氣體與空氣折射率的差異來判斷CH4的濃度。如果監測區域其他氣體(CO2、N2等)含量過高,會導致監測結果誤差較大。

(3) 熱導法:以氣體的導熱系數為判斷依據,測定空氣中CH4的體積分數。只有當CH4體積分數較大時,熱導法才適用。

(4) 紅外吸收光譜法:包括非分散紅外光譜(NDIR)和可調諧半導體激光吸收光譜(TDLAS)兩種。NDIR 主要利用CH4在中紅外區產生的紅外吸收光譜進行濃度監測;TDLAS 主要利用CH4在近紅外區產生的紅外吸收光譜,通過驅動系統改變激光的工作溫度和電流來調諧波長,可以對不同濃度范圍進行監測。

CH4排放監測技術對比如圖5 所示。催化燃燒法、光干涉法、熱導法主要用于煤礦開采階段井下CH4濃度監測,催化燃燒法適用于監測低濃度CH4,熱導法適用于高濃度CH4監測,而光干涉法的監測范圍處于兩者之間。紅外吸收光譜法與前三種方法相比,具有更寬的監測范圍、更小的誤差、更高的穩定性、更廣的適用范圍,可以應用于地質勘探、礦后活動、廢棄礦井階段CH4氣體濃度監測。

圖5 CH4 監測技術對比Fig.5 Comparison of CH4 monitoring technologies

2.2.2 CH4高效精準抽采

CH4高效精準抽采是實現煤礦CH4綜合利用的前提,涉及的技術環節包括CH4含量精準測定、CH4涌出量精準預測、煤礦全生命周期CH4抽采、CH4抽采過程精準調控等。

(1) CH4含量精準測定。CH4氣體含量精準測定是CH4高效抽采的基礎。在井工煤礦實施鉆探抽采之前,需利用井下定向長鉆孔等設備對目標區域CH4含量進行探測,鉆探過程中需最大限度保證采樣的原始狀態及探測結果的準確性?；诖?有學者開發了“五?！?保壓、保溫、保質、保光、保濕)取芯技術[18],對煤礦CH4含量實現高精度、高保真度測量。

(2) CH4涌出量精準預測。CH4涌出量的預測方法經過不斷改進,由最初的單因素預測方法,逐步向多元測算方法發展,包括灰色理論、遺傳算法、神經網絡等預測方法[19]。不同學者將不同的方法相結合,提出了各種預測技術,并在實踐中不斷修正和改進,已形成較為成熟的CH4含量預測方法。

(3) 煤礦全生命周期CH4抽采。煤礦全生命周期CH4抽采覆蓋煤礦井下“中硬煤層、碎軟煤層、頂板巖層”全區域[20],包括煤層氣開發、開采層CH4抽采、鄰近層CH4抽采、采空區CH4抽采、圍巖CH4抽采、綜合抽采等多種形式。在CH4含量精準測定、涌出量精準預測的基礎上,借助旋轉地質導向定向鉆進、碎軟煤層雙動力頭雙管定向鉆進、井下大直徑高位長鉆孔定向鉆進等技術[21],對煤礦勘探階段、開采階段、礦后活動階段、廢棄礦井階段進行連續抽采,實現煤礦全生命周期各階段CH4應抽盡抽(圖6)。

圖6 煤礦全生命周期CH4 抽采示意圖Fig.6 CH4 drainage in the whole life cycle of coal mine

煤層氣開發作為CH4減排的核心環節之一,有助于煤礦實現甲烷資源的利用最大化和排放最小化。在煤礦未開發地區,利用直井或水平井對自然狀態下的煤層氣進行開采,可以實現對煤層中嵌存的CH4資源進行有效釋放和利用。多分支水平井在我國的應用較為廣泛,其特點是可增加有效供給范圍,單井抽采效率高,對煤層及周邊自然環境的危害較小。將煤層氣開發與CH4高效抽采緊密結合,煤礦可以在減少排放的同時,獲取穩定的能源供應。

針對采空區CH4抽采,需考慮采空區的煤層數。對于單層煤或層間距較小的雙層煤,可采用抽放井、穿層抽采等技術進行抽采;當煤層較多時,可采用回采巷道抽采、低壓差抽采等技術對采空區進行抽采[22]?？紤]礦井采空區的結構和地質條件的差異,從采空區的CH4含量測定到抽采過程的精準調控,需要結合采空區的特點優化抽采流程。

(4) CH4抽采過程精準調控。CH4抽采過程精準調控包括CH4抽采增透技術和流量調控技術。依托CH4含量精準測定,形成由點到面的綜合增透體系;綜合CH4各監測點實時數據,保證CH4抽采系統安全、高效工作,為CH4高效抽采提供支撐。

2.2.3 CH4全濃度利用技術

CH4全濃度利用技術是實現煤礦甲烷減排的關鍵點,直接影響減排目標的實施效果。目前我國煤礦CH4利用技術已取得積極進展,主要利用途徑包括發電、工業燃料等方面。CH4內燃機發電、低濃度CH4蓄熱氧化、低濃度CH4直接燃燒等利用技術應用較為廣泛,在河南、山西、安徽等地均有推廣應用[23-25]。CH4利用應包括全濃度分級利用,不同濃度范圍的CH4利用方式也有所不同(圖7)。

圖7 煤礦CH4 全濃度分級利用示意圖Fig.7 Full-concentration graded utilization of coal mine gas

圖8 煤礦企業CH4 減排方案示意圖Fig.8 CH4 emission reduction schemes for coal mining enterprises

體積分數在1% ～5% 之間的CH4多用于發電、熱能利用、混合燃料等方面。當前CH4發電技術大致分為內燃機組、燃氣輪機組、蒸汽輪機組三類[26],內燃機發電相比其他兩者效率更高、應用更為廣泛。燃氣發電機或燃氣渦輪機將甲烷燃燒產生動力,轉化為電能供應礦山和周邊地區。除發電以外,此體積分數范圍內的CH4也可以被用于產生熱能,如供熱、蒸汽生產等,滿足工業和民用領域的熱能需求。將CH4與其他燃料混合,如天然氣,可以用于內燃機發動機,如汽車、發電機等,提供動力。

體積分數在5% ～30% 之間的CH4可用于天然氣供應、化學品制造、燃料電池等。在CH4體積分數適中的情況下,可以通過凈化處理將甲烷注入天然氣管道,供應市場或社區的天然氣供應。通過催化和化學反應,將CH4轉化為化學品,如甲醇、合成氣等,也可用于工業化學制品的生產。利用CH4進行固體氧化物燃料電池[27],將甲烷氧化產生電能,可以實現高效清潔能源轉化。

體積分數高于30%的CH4氣體,目前主要用于燃氣發電、工業用途、合成氣制備等方面[28]。用于燃氣發電,如燃氣輪機或燃氣內燃機,將甲烷的燃燒熱能轉化為電能;用于高溫工業,如冶金、玻璃、陶瓷等領域;CH4的燃燒能夠提供所需的高溫能源,用于原料加熱、反應驅動等;通過壓縮或液化的方式可以將高濃度CH4進行儲存,作為能源的后備;壓縮甲烷(CNG)和液化甲烷(LNG)可以在需要能源的時候釋放出來供應電力或其他能源需求。

3 井工煤礦CH4 減排路徑實施方案

在煤礦企業實施具體CH4減排方案時,需要將技術與企業管理相結合,以確保方案的有效實施。煤礦企業CH4減排方案(圖7)主要內容包括:

(1) 制定明確的甲烷減排策略和計劃。根據企業的規模、生產工藝和地理條件,企業管理者應制定長期和短期的減排目標,明確實施路徑和時間表。根據煤礦生命周期的不同階段,制定詳細的減排計劃,確保地質勘探、煤炭開采、加工處理、運輸等環節均覆蓋在減排計劃內。

(2) 建立全方位的CH4排放監測體系。將井工煤礦生命周期各階段的CH4排放納入監測范圍,通過安裝流量傳感器、監控設備等,實時監測煤礦CH4流量、濃度等參數。在不同階段,應采用催化燃燒法、光干涉法、熱導法和紅外吸收光譜法等多種監測方法,確保煤礦井下CH4含量的精準測定。

(3) 建立完善的CH4排放數據庫。將CH4監測技術、CH4排放數據庫與核算模型相結合,實現井工煤礦全生命周期CH4排放的科學監測與精確核算,為CH4減排奠定基礎。

(4) 采用現代化的CH4高效抽采技術。利用CH4含量精準測定和涌出量預測,采用先進的地質導向定向鉆進技術,可提高抽采效率,減少甲烷泄漏。結合碎軟煤層雙動力頭雙管定向鉆進、井下大直徑高位長鉆孔等技術,對不同階段的瓦斯進行連續抽采,最大限度地減少排放。依托精準測定和預測,采用增透技術和流量調控技術,實現CH4抽采過程的精準調控和最優化。

(5) 根據甲烷濃度的不同范圍,制定全濃度甲烷利用策略。對體積分數大于30% 的CH4,推廣燃氣發電技術,將甲烷轉化為清潔能源;對體積分數5%～30% 的CH4,可以考慮注入天然氣管道供應,或用于化學品制造;對體積分數低于5% 的CH4,經過催化氧化、蓄熱氧化等裝置燃燒后再利用。引入先進的內燃機組、燃氣輪機組等CH4發電技術,將甲烷的能量轉化為電能或熱能,供應礦山和周邊地區。

(6) 加強技術創新與人才培養。與科研機構、技術公司合作,持續推進甲烷減排技術的創新與應用。技術創新與人才培養需要一定的資金投入,提升企業整體對甲烷減排技術的理解和應用能力。管理者應合理規劃資源投入,積極與政府、科研機構等建立合作關系,獲取技術支持和資金支持。以CH4發電技術為例,當前甲烷發電項目基本以BOT( Build-Operate-Transfer ) 和 BOO ( Build-Own-Operate)模式建設。例如,河南能源義煤集團與河南青天新能源公司達成BOT 合作模式建設瓦斯發電項目;川煤集團威鑫煤業公司和華榮能源公司以BOO 合作模式建設瓦斯發電項目。在煤礦CH4減排實踐中,煤礦企業應結合自身實際條件選擇不同的合作模式,推動煤礦甲烷資源的最大化利用。

(7) 定期進行評估與審核。應持續監控甲烷排放情況,并根據監測數據進行及時的調整和改進,以確保減排方案的有效性和持續性。

(8) 根據技術進步和市場變化,不斷完善方案。對減排方案也需要進行經濟評估,評估投資回報周期和減排效果。結合企業實際情況,制定可行的投資計劃,確保甲烷減排措施的經濟可行性。

4 結論與展望

(1) 基于全生命周期視角,構建了井工煤礦全生命周期CH4捕集核算模型。根據井工煤礦工作流程,其全生命周期大致可分為煤炭勘探階段、煤炭開采階段、礦后活動階段、煤礦廢棄階段,結合《IPCC—2019 指南》以及《GB/T 32151.11—2018》國家標準設計了井工煤礦全生命周期CH4捕集核算方法。

(2) 分析了井工煤礦全生命周期各階段的CH4排放足跡,明確CH4減排途徑,提出了減排方案。煤炭開采階段CH4排放是目前甲烷減排的重點環節,煤礦礦后活動以及廢棄階段的甲烷排放量也不能忽視。井工煤礦應加大CH4排放監測力度,實現煤礦全生命周期甲烷排放精準核算,促進CH4高效抽采,推進全濃度CH4分級利用技術,提高CH4綜合利用水平。CH4減排具體實施方案也需要根據不同企業的實際情況進行調整和定制,以確保其有效性和可行性。

(3) 目前,我國煤礦CH4氣體抽采的體積分數基本在30% 以下,主要集中于煤礦開采前預抽以及開采過程中抽排,并且對低濃度CH4的利用率不足30% ,現有CH4利用技術存在經濟性差、穩定性差等諸多缺陷。因此,為有效控制溫室氣體排放,實現我國甲烷減排目標,亟需進一步突破高濃度CH4氣體安全高效抽采技術、低濃度CH4富集與提濃技術、全濃度CH4高效率發電技術等關鍵理論與技術難題。