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煤炭在中国能源中的重要地位

2020-04-30 00:45煤炭能源 人已围观

简介中国证劵会煤炭在中国能源中的重要地位_冶金/矿山/地质_工程科技_专业资料。主 要 内 容 ?能源分类 ?能源利用史 ?能源现状 ?能源开发 1 能源分类 1.1 能源 能源是人类赖以生存的五大要素 阳光 空...

  煤炭在中国能源中的重要地位_冶金/矿山/地质_工程科技_专业资料。 主 要 内 容 ?能源分类 ?能源利用史 ?能源现状 ?能源开发 1 能源分类 1.1 能源 能源是人类赖以生存的五大要素 阳光 空气 水 食物 能源 能源的定义 我们把能量的来源称为

  主 要 内 容 ?能源分类 ?能源利用史 ?能源现状 ?能源开发 1 能源分类 1.1 能源 能源是人类赖以生存的五大要素 阳光 空气 水 食物 能源 能源的定义 我们把能量的来源称为能源,换言之,自然界 在一定条件下能够提供机械能、热能、电能、 化学能等某种形式能量的自然资源叫做能源。 1.2 能源分类 (能源种类很多,分类方法也很多) 1.2.1 按照能源的生成方式分 一次能源 二次能源 一次能源,又叫自然能源,是自然界中以天然形态存在的能 源,是直接来自自然界而未经过人们加工转换的能源:煤炭、 石油、天然气、水能、太阳能、风能、生物质能、海洋能、地 热能等。 世界各国的能源产量和消费量,一般均是指一次能源而言。 为了便于比较计算,习惯上把各种一次能源均折合成“标准 煤”(7000大卡/kg)或“油当量”(1.33标准煤),作为各种能 源的统一计量单位。 二次能源,是由一次能源转换成符合人们使用要求的能量形式:电能、汽油、柴 油、焦炭、煤气、蒸汽、氢能等。 在很多情况下,根据需要要对一次能源进行加工,转换成二 次能源,以满足需要和提高使用效率,在现代的整个能源消 费系统中,二次能源所占的比重将日益增大。 1.2.2 按照能源在当代人类生活中的重要地位分 (常规能源、新能源) 常规能源:技术上成熟,已经被人类广泛使用,在生产和生活中 起着重要作用的能源,如煤炭、石油、天然气、水能、核裂变能 等。目前世界能源的消费几乎全靠这5大能源来供应。 新能源:目前尚未被人类大规模利用,还有待进一步研究试验与 开发利用的能源,如太阳能、风能、地热能、海洋能及核聚变能。 新能源是相对而言的。 1.2.3 一次能源还可以分为可再生能源与非再生能源 可再生能源:不会随着它本身的转化或利用而日益减少的能源, 具有自然的恢复能力,如如太阳能、风能、水能、生物质能、地 热能、海洋能。 不可再生能源:经过亿万年形成的,而在短期内无法恢复再生, 随着人类的利用而越来越少的能源,如煤炭、石油、天然气、核 燃料等。 能 源 分 类 表 类 别 来自地球内部 的能源 地热能 来自地球外部的能源 太阳能、风能、水能、生物 质能、海水温差能、海洋波 浪能、海水盐差能 一次 能源 可再生 能源 核能、煤炭、 非再生 石油、天然气、 能源 油页岩 二次 能源 焦炭、煤气、电力、氢、蒸汽、酒精、汽油、柴油、煤 油、电石、液化气 2 能源利用史 2.1 柴草时期 历史上,人类社会已经经历了柴草时期、 煤炭时期、石油时期三个能源时期 火的发现是人类史上自觉地利用能源的开端,人类学会了用火, 才实现了人类利用能源历史的上的第一次大突破。人类开始利用枯 枝、杂草等燃料烧煮食物、取暖、照明。以后,人们逐渐把火用于 冶炼金属、烧制陶器、加工各种工具和物件等方面。早期的人类社 会,生产活动的主要动力是人力,后来才扩大到使用畜力、风力和 水力。 在漫长的岁月里,人类一直以柴草作为能量的主要来源,而辅之 以畜力、风力和水力,几千年来,能源利用上没有什么突破,人类 社会的进步也不大。从世界范围来说,19世纪末以前,许多国家都 处于柴草时期。1860年,在世界能源消费中,薪柴和农作物秸杆占 世界能源总消费的73.8%,而煤炭仅占25.3%。 2.2 煤炭时期 在2500年前中国就开始利用煤炭。在出现了蒸汽机(1770’s) 和冶炼技术后,能源消费开始进入煤炭时代。这个时代大约从 18世纪初开始的。1881年美国人爱迪生建成了世界上第一个发 电站,同时还研制成功了实用的发电机和电灯,电力被广泛应 用,人类社会进入了电气化时代,极大地促进了煤炭的应用。 在1860 ~ 1910年的半个世纪里,煤炭的消费总量增加了37.3倍, 由占全世界能源的25.3%增长到63.5%,而柴草却由占73.8%下 降到31.7%。 2.3 石油时期 19世纪后期,石油天然气开始得到广泛地利用,20世纪汽 车和飞机的普遍使用,石油天然气的开采和消费急速增长。 1965年超过煤炭而成为第一能源,开始了石油、天然气的时代。 石油的广泛利用,人类创造伟大的文明。 石油是一种热值高、灰分少、使用方便、易于运输的优质 化石能源。但是到了1973年,西方爆发了石油危机(也叫能源 危机),震撼了全世界,它宣告了石油时代的结束。也预示着 新的能源秩序需要重新建立。 70 60 50 40 30 20 10 0 煤炭 石油 天然气 水力和核能 1950 1955 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 1998 世 界 范 围 各 年 能 源 消 费 构 成 能源消费总量构成(能源消费总量=100%) (万吨标准煤) 中国(1998) 中国(1999) 美国(1998) 136000 122000 306700 煤炭 71.6 67.1 24.9 26.2 石油 19.8 23.4 39.7 40.0 天然气 水电 2.1 2.8 25.2 23.8 6.5 6.7 1.2 2.6 世界(1998) 1211060 标准煤又叫标准燃料,每公斤标准煤的含热量为7000 Cal (大卡,29306焦耳),如1吨秸秆的能量相当于0.5吨标准煤, 1立方米沼气的能量相当于0.7公斤标准煤。1个标准油=1.33 个标准煤。 2.4 目前的能源趋势 (1)石油、天然气储量有限,世界以石油、天然气为中心 的能源结构要逐步向比较丰富的煤炭、核能以及太阳能的方 向转变,重点是寻求石油、天然气的替代产品。 (2)大力发展新能源,多种能源并存。 (3)可再生能源是未来能源开发的主流。 (4)能源与环境的友好协调发展。 3 我国的能源现状与对策 我国是世界上能源开采与消费的大国,能源消费量占世界总 消费量的10%以上,仅次于美国,居世界第二位。但人均商品能源 消费(0.97t标准煤)约为世界平均值的二分之一,美国的十分之 一。我国以往的经济增长主要是依靠投资和消耗大量能源。但投 资对经济增长的贡献已经开始下降。据测算,20世纪90年代初, 全国投资每增长1%,国内生产总值(GDP)可增长约0.8%,但到 2003年,投资每增长1%,GDP的增长却降至0.4%。2004年,我国 GDP获得了9.5%的高增长,总量达13.65万亿元人民币,我国的经 济总量已进入世界第六位。但是2004年我国煤炭产量达19.75亿吨; 较2003年增长了16%;进口原油12272万吨,增长了34.8%;进口成 品油3788万吨,增长了34.1%;电力增长15%。 我国的高能耗工业过多,能源浪费严重,能源效率低。我 国能源效率约为31.2%,比经济合作与发展组织(OECD)国家落 后20年。我国万元GDP能耗为美国的3倍,日本的7.2倍,也远高 于巴西、印度等发展中国家。由于我国经济总量巨大,未来经济 的高速增长,即使是节约化发展,也必然对能源的需求呈现强劲 的增长趋势。 25 20 15 10 5 0 能源消费总量 能源生产总量 我国近20年的能源生产与消费情况(单位:亿吨标准煤) 89 91 93 95 97 99 01 03 20 19 19 19 19 19 19 20 20 05 3.1 我国能源现状 在当今的世界能源结构中,煤炭资源储量丰富,而石油、天然 气相对贫乏。中国更是一个富煤贫油的国家。 化石能源现状(到2005年底) 详查储量 储采比 中国占世界储量 (%) 12.6 1.3 1.3 世界 煤炭 石油 天然气 9090亿t 1635亿t 179万亿m3 中国 1145亿t 21.8亿t 2.35万亿m3 世界 155 40.6 65 中国 52 12 47 煤炭是我国最主要的能源。我国常规能源(包括煤、油、气 和水能,按使用100年计算)探明总资源量中,煤炭占87.4%,石 油占2.8%,天然气占0.3%,水能占9.5%。煤炭在我国能源资源中 占绝对优势,油气资源量很少。 3.1.1 煤炭资源 截止到1994年末,全国深度在2000米以内: 煤炭资源总量:5.56万亿吨 保有储量为1.00万亿吨, 西部地区煤炭资源总量为43134亿吨,约为全国的78% “三西”(山西、陕西、蒙西)保有储量为6322亿t,占全国64.1% 其中陕西,内蒙,新疆,宁夏,甘肃,青海已发现资源总 量为全国的71.6%,查明储量的44.18%。 3.1.2 油气资源 地质储量石油为940亿吨,天然气为38万亿m3 。 探明程度很低,油只占 20%,气占 7%。即油为 203 亿t,天然气为 1.7 万亿 m3 。据世界能源委员会估 计则更低 , 仅分别为 32.6 亿吨及 1.127 万亿 m3 。近期 探明储量在增加,至1998年仅西部天然气累计探明储 量已达1.31万亿m3。 石油 1993 年出现供不应求变为进口国, 1995 年进口 1200 万 吨,2000 年进口石油花费 200 亿美元。 到2010年我国油气产 量达3亿油当量,但油还缺口1亿吨,天然气400亿方。相当 1.4亿吨原油当量需用外汇购买,合1400亿人民币。 3.1.3 核能 由于核电基本投资昂贵,因此在未来二、三十年内,在人口 多、国土广的我国,核能不可能在能源结构中占较大比例, 但在一次能源缺口较大而交通运输又很紧张的地区发展核电 站有其突出的优势。 3.1.4 水能资源 预计全国蕴藏量达 6.76 亿 kw ,可能开发达3.78 亿 kw (年电量19000亿千瓦时),占世界首位。但大部分集中于西南 地区占67.8% ,其次中南为 15.5%,而后为西北占9.9%,华东 占 3.6%,东北占 2% ,华北占 1.2%。目前,我国水资源开发利 用仅7.8%,世界平均为 20%,其中美国达39%,主要原因是水 电建设投资大,工期长(相对于火力发电)。 3.1.5 新能源与可再生能源:国家经贸委制订的2000-2015年 规划, 将达到4300万吨标煤. 3.1.6 太阳能: 我国陆地每年接受太阳辐射能相当于2.4万亿 吨标煤.我国西部地区年均日照2000小时,有人认为太阳能是未 来能源的主流. 3.1.7 风能 我国风能资源理论总储量约32.26亿千瓦,陆地上储量为2.53亿千 瓦.我国风能资源开发始于80年代初,至1999年底全国风电装机容量 达26.79万千瓦,“十五”期间将新增风电容量119.2 万千瓦。其中有新 疆,内蒙,吉林,黑龙江,河北,江苏,辽宁,广东和上海. 3.1.8 地热能源 我国地热资源远景储量为1353.5亿吨标煤,探明储量相当31.6 亿吨标煤.我国地热资源以中低温地热为主,主要分布在四川,华北,松 辽,苏北等地,可采资源量为18亿吨标准煤。高温地热资源主要分布 在云南,西藏,川西和台湾。 我国近十年能源消费结构 年份 能源消费量(万吨标 准煤) 132214 133831 以能源消费总量为100% 煤炭 69.60 69.10 石油 21.50 22.60 天然气 2.20 2.10 水电 6.70 6.20 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 138553 143199 151797 174990 203227 224682 246270 265583 285000 67.80 66.70 66.30 68.40 68.00 69.10 69.40 69.50 68.70 23.20 22.90 23.40 22.20 22.30 21.00 20.40 19.70 18.70 2.40 2.60 2.60 2.60 2.60 2.80 3.00 3.50 3.80 6.70 7.90 7.70 6.80 7.10 7.10 7.20 7.30 8.90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 煤炭 天然气 石油 水电 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 我国近几年能源消费结构百分比 结 论 我国是世界上最大的煤炭生产和消费国。建国以来,我国煤 炭产量和消费量在一次能源中占的比重一直保持在70%以上,近 年来才略有下降。随着国家对环境保护的高度重视,产业结构的 调整,能源结构将进一步优化。但是,在未来相当长的时间内, 煤炭仍然是我国主要能源。预测2015年煤炭在一次能源消费结构 中占60%左右,到2030年仍占50%以上。煤炭是可靠、廉价和可洁 净利用的能源,是通向未来能源系统的桥梁。合理开发和利用煤 炭资源,充分发挥煤炭资源优势,是我国能源可持续发展的现实 选择和必然要求,也是煤炭工业可持续发展的必然要求。 3.2 我国能源问题与对策 (1)常规能源 (2)节约能源 (3)发展新能源 (4)能源的洁净利用 (5)能源的环境效应 4 能源开发 4.1 煤炭能源开发 目前世界上煤炭产量最多的国家 最早开采、利用煤炭的国家(七千年历史) 隋、唐、至元代,煤炭开采已更为普遍,在地质、 开拓、采煤、支护、通风、提升以及瓦斯排放等 方面技术都有了一定发展。 从明朝到鸦片战争以前,煤炭开采技术得到了快速发展,形成 了丰富多彩的中国古代煤炭科学技术。 17世纪以前,中国煤炭开采技术和管理许多方面都处于世界领 先地位。 德国:1298年开采和利用露天的煤炭。 15世纪到16世纪末,从地面挖几米深平硐或斜井开采。 17世纪末,最长的平硐已达400m。 其他国家的煤炭开采始于最近的二、中国证劵会三百年,是伴随工业革命 和炼钢对煤炭的大量需求而发展起来的。 世界近代煤炭开采技术: 始于英国、德国(首先将蒸汽机用于 煤矿的提升、排水和通风等) 从此各国在探索煤炭的机械化开采,如采用掘进机、刨煤机等 但直到第二次世界大战以前,煤矿的机械化开采进展缓慢 中国在鸦片战争后,外国资本开始注入煤炭开采,也开始引进西 方的先进采煤技术和设备,在台湾的基隆煤矿和河北开平煤矿 (现唐山煤矿)采用蒸汽车为动力的提升机,通风和排水机等, 其他环节仍靠人力和畜力。这种状况差不多持续到1949年。 二战后,世界各国对煤炭的迅猛需求以及机械制造业的进步, 煤炭开采向着综合机械化方向发展。 在1960‘s以前,世界各国主要以房柱式采煤法为主,我国在50 年代开始推行长壁式采煤方法,是世界上最早推广长壁式采煤方 法的国家之一。目前世界许多国家均以长壁式采煤法为主,产量 占50%以上。 1954年,英国装备了世界上第一个综合机械化采煤工作面。20 世纪70年,各主要产煤国家的采煤机械化已经完成,并大力推广 采煤综合机械化。我国1964年形成了当时的第一个普通机械化工 作面。1974年我国装备了第一个综合机械化采煤工作面,目前国 有重点煤矿的综合机械化程度接近50%,世界主要产煤国家则到 达80%以上。 80 60 40 20 0 1980 1982 ? /% ? ? ? ? ? ? ú ? ? ×? ? ? ú ? ? ? 60 50 40 30 20 10 0 ? ê 1984 ú ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ó ? ? ? ? ? ú ? ? ? ? ? ? ? ? ± ? ? ? ? ÷? ? 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 80000 ? ? /? ? /· ? 60000 40000 20000 0 其它 ? ? × ? ú ? ? ? ? ? × ? 1980 1982 1984 ú ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ó ? ? ? ? ? ¤÷ ×? ? ? ? ? ú ± ? ? ? ? ÷? ? 1986 1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 ê ? 神华集团公司 中央管理 神东矿区、内蒙“西五局”40处煤矿 能力13000万吨/年 山西平朔煤炭公司、太原煤气化公司 大屯煤电公司10处煤矿,4000万吨/年 伊敏煤电公司1处煤矿,500万吨/年 淮南、鲁西、河南、河北等7家控股 企业,能力1500万吨/年 88个国有重点煤炭企业,煤矿约670处 能力8.1亿吨/年;约1000个国有地方煤 矿企业,2400处煤矿(3.3亿吨/年); 乡镇煤矿约2.3万处,5.5亿吨/年 中煤能源集团公司 华能集团公司 国家开发投资公司 国 家 地方管理 各省、区、市 重点建设13个煤炭生产基地 ? 神东 蒙东(东北) 鲁西 晋北 云贵 晋中 晋东 河南 两淮 ? ? ? 黄陇(华亭) 陕北 冀中 宁东 ? 大型煤炭基地示意图 4.1.1 采煤方法 (地下和露天开采) 壁式体系采煤法 柱式体系采煤法 采煤方法(包含采煤系统、采煤工艺) 中国国有重点煤矿壁式体系采煤法的产量占95%以上 美国壁式采煤法为50%,连续采煤机房柱式开采占41% 印度壁式采煤法小于5%,传统房柱式采煤法占65%,机械化房 柱式开采占30% 俄罗斯壁式开采占86% 澳大利亚壁式开采占85% 南非房柱式占66.9%,壁式占33% 加拿大壁式为85% 4.1.1.1 壁式体系采煤法 炮采 三种采煤工艺 普通机械化(简称普采) 综合机械化(简称综采) 高效、高产量、高煤炭采出率的综采工艺 研制大型强有力配套设备和优化工作面布置 德国设计了400m长的综采工作面,德国的 艾柯夫公司专门研制了SL500型强力采煤 机,工作面最高日产13200t。采用微机监 控技术,,能够提供采煤机运行和故障的 信息。显示装置的所有信息可通过数据传 输系统送到工作面顺槽控制站或地面中央 控制室,实现自动监控 我国综采工作面长度平均150m, 个别310m,工作面单产平均为90 万t/年。 美国工作面长度244m,平均推进 长度2044m,工作面单产为250万 t/年,工作面平均功效266t/工, 美国综采工作面单产的效率居世 界第一位。 6LS-5型采煤机,总功率达 1500kw,电压4160V,截深1.16m。 Electra-1000型采煤机,实际 牵引速度达30m/min。 4.1.1.2 放顶煤开采工艺 顶板岩层 顶煤 运输系统 工作面支架 支承压力 由于放顶煤开采的支架 上方存在一层厚而破碎 损伤和破坏的顶煤 且随采随放的顶煤,因 而与分层开采相比,其 矿压显现也有一些其自 身的特点。 煤层 冒落的松散顶煤 放顶煤开采技术 4.1.1.3 柱式体系采煤法 目前这种采煤体系在美国、 澳大利亚、加南大、印度、 南非等国有广泛应用。我 国国有重点煤矿中采用这 种方法的比重在5%以内, 在地方煤矿应用较多。近 年来我国引进了美国的一 些配套设备,以提高机械 化程度进行正规开采。 4.1.1.4 露天开采方法 抚顺西露天煤矿采场 二十世纪五十年代以来,国内外的露天开采得到了迅速发展。根 据世界范围内的不完全统计,露天开采的产量占总产量的比重是: 磁铁矿占78%, 褐铁矿占84%, 锰矿占86%, 铜矿占90%, 铝土矿占91%, 镍矿占45%, 铀矿占30%, 磷酸盐87.6%, 石棉矿占75%, 建筑材料近100%,其他占40%。 露天煤矿开采所占比例:美国60%,印度62%,澳大利亚60% 加拿大91%,俄罗斯62%, 南非50%。 我国露天开采的产量比重:铁矿石占90%,有色金属矿石占52%, 化工原料占70.7%,建筑材料占100%,煤炭占4%。 美国、加拿大、澳大利亚、俄罗斯等 国的露天开采技术处于世界领先水平,中 国处于世界先进水平。目前露天矿开采以 采用现代化的大型设备为主,如1969年 美国B-E公司制造的4250型吊斗铲斗达 到168m3,壁长94.5m,为世界之最,但 一般为42~88m3。 钻孔设备仍以牙轮钻机为主,孔径为 250~450mm,目前也在研制热力法、液 力法、震动法、化学法、电力法、激光法 等穿孔新技术和设备。 单斗挖掘机 轮斗挖掘机 采装设备方面,仍 以单斗挖掘机为主, 斗容7.6~17m3最为 常用,最大的可达 49.5m3。 采场内运输方面,二战前以铁路为主,战后逐渐转为以汽车 运输为主,近年来带式输送机运输方式获得日益广泛的应用。采 用汽车运输时,20世纪80年代,154t汽车在露天矿汽车运输中占 主导地位,近年来,218t及272t汽车亦有较多应用。目前我国露 天矿则以100~154t汽车为主。 从20世纪80年代起,世 界许多国家的大型汽车 运输露天矿,开始开发 和应用自动调度系统, 用于采场内汽车与挖掘 机之间的自动调度,以 提高露天开采效率。 如Dispatch自动调度系统的应用,可提高露天矿生产能力7%~ 30%。我国于20世纪90年代,也开始引进和研制开发基于卫星 定位的露天矿自动调度系统,并已应用于露天矿开采中。 轮斗挖掘机——胶带运输机连续开采工艺 4.1.2 我国煤炭开采的问题 我国近年来的煤炭产量 1996 13.97 1997 13.25 1998 12.5 1999 10.45 2000 9.88 2001 10 2002 13.8 2003 17.05 2004 19.75 2006 23.25 2007 25.5 2008 27.16 2009 29.6 各 类 煤 矿 的 产 量 比 例 60 50 40 30 20 10 0 1995 1997 2000 2001 2002 地方国有煤矿 乡镇煤矿 国有重点煤矿 (1)机械化程度低 虽然我国国有重点煤矿的机械化程度较高,达78%,其中综采程 度达63%,但与国内外先进采煤国家相比,仍然处于落后状态, 国家 中国 项目 机采 综采 机采 综采 机采 综采 机采 综采 机采 综采 机采 综采 1950 1955 --69.4 -3.8 2.6 -15.7 33.0 11.1 1.24 8.74 84.6 3.06 60 --4.0 1.4 65 70 -2.1 79.9 37.3 75 3.2 99.7 3.1 93.5 92 97.9 80.8 94.0 80 85 90 65.1 99.9 27.1 99.8 99.8 99.8 96.0 96.0 95 2000 9.46 8.23 18.4 27.78 37.06 44.98 86.3 89.2 97.4 37.5 75.0 92.3 39.6 79.4 92.7 48.8 67.9 85.0 7.7 94 92 99.2 96.8 96.1 99.0 17.4 99.5 99.0 99.5 99.5 97.0 71.6 73.43 100 50.6 100 100 100 100 98 100 100 100 100 99.3 13.16 22.46 35.47 46.7 56.73 美国 英国 德国 前苏 联 -28.9 -44 1.6 -- 67.9 25.2 3.8 52.5 34.6 67.4 96.0 65 73.1 96.0 88.4 78.6 98 91 87.8 99 99 95.1 波兰 34.1 66.0 83.3 93.59 (2)安全生产形势严峻 6 5 4 3 2 1 0 百万吨死亡率/人 年 我国的煤矿安全状况明显改善,但是煤矿事故死亡率仍是世界之最高的国家之一, 1980~2002年,我国煤矿事故死亡率从8.17人/百万吨降到4.63人/百万吨,其中 国有重点煤矿从4.53人/百万吨降到1.26人/百万吨。顶板和瓦斯是我国最大的两 种煤矿事故。2002年顶板和瓦斯事故占全国煤矿事故死亡人数的73%,乡镇煤 矿数量多和防灾能力弱是中国煤矿事故居高不下的主要原因,2002年全国各类 煤矿事故起数和死亡人数中,乡镇、个体煤矿分别占69%和70%。 1981 我国国有重点煤矿百万吨死亡率变化趋势 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 (3)资源回收率低 煤炭作为国家不可再生的、主体的能源,虽然目前尚有5 万亿吨的资源预测总量,但实际的保有储量仅为1万亿吨;而 且近年来,煤炭资源过度开采,各种开采方式并存,加之赋存 条件复杂、企业的现实利益等,也造成了资源的大量浪费,据 估计,全国煤矿的煤炭资源回收率总体不足50%,而且乡镇、 个体煤矿的不足30%。低的资源回收率大大缩短了矿井的服务 年限,浪费了大量宝贵的煤炭资源。 (4)管理和的技术人才短缺 由于煤矿企业长期以来待遇差、工作条件艰苦,加之20世 纪90年代中后期对煤炭能源认识不足、宣传失实,对煤矿形象 的误解,原煤炭高校定位纷纷偏离煤炭行业,导致煤矿企业长 期以来缺少人才补充,许多国有重点煤矿近10年来就没有补充 过大学本科毕业生,原有技术人才又纷纷辞职。致使煤矿企业 人才奇缺,这必然影响企业的技术进步与科学管理,使煤矿企 业的思想认识、管理水平、技术水平等处于一种粗放型的平台 上徘徊。地方国有煤矿、乡镇、个体煤矿的人才更是短缺。人 才的短缺必将对煤矿的生产、安全、技术进步、思想观念、文 化思识等产生严重的不利影响。 4.2 石油、天然气能源开发 石油在西方源于希腊文petroleum(岩石中的油),是当时人 们对从地下自然涌至地表的黑色液体的称谓。现在石油是指 气态、液态和固态的烃类混合物。 原油(Crude Oil):指石油的基本类型,储存于地下储层中, 常压下为液体,其中也包含少量非烃类组分。 天然气(Natural Gas):指石油的主要类型,呈气态,在地 层条件下溶解于原油中,或储存于岩层中,天然气中含有少 量的非烃类成分。 4.2.1 石油和天然气的历史 中国发现石油和天然气的时间比外国要早许多。早在公元前的 《山海经》中就曾记载:“令丘之山。无草木,多火。”这种现 象有两种可能,一种是油田的凝析气通过地层的裂缝扩散到地表, 遇火后发生燃烧的现象; 另一种可能就是煤层气的扩散引起的。 1878~1949年,中国勘探、开发了一批油气田,如玉门的老君 庙、新疆的独山子等,但从1904~1949年中国累计原油产量仅 仅210万吨。因此中国的石油工业线年后,我 们开发了大庆、胜利、克拉玛依等油田和一大批气田。2003年 中国的原油产量达1.6亿吨,天然气产量达338亿立方米。 ? 石油的工业化开采出现在19世纪中叶,美国的南北战争催产了 一批炼油厂的诞生,当时炼油厂主要目的产品是煤油。 ? 20世纪,石油成为了世界的主宰,一旦石油短缺就会爆发战争, 寻求和获得石油就成为了战争的目的。 ? 在20和21世纪之交,对石油的需求量突然猛增,由于汽车、内 燃机、航空、军事装备等迅猛发展,引发了对石油能源的巨大 需求。 ? 石油从经济的地位可以影响、动摇,甚至瓦解政治地位(美国 实行低油价,使苏联的石油出口大受影响,最终导致前苏联的 瓦解,美国侵占伊拉克等) 4.2.2 石油和天然气开采 石油和天然气开采是指利用一系列油藏工程技术和措施,使油、 气由地下储集层流入井筒,并高效地将其举升到地面,并对油、 气进行分离和计量。 4.2.2.1 自喷井及采油树 自喷井是指开采井完成后,油 气利用地面和地下设施,通过 井筒依靠自身的压力自动喷出 的油、气井。 采油树是自喷井的主要井口装 置,功能是控制和调节油井的 油气生产,引导从井中喷出的 油气进入油管线 人工举升油气井 当地下的油气压力不足以自动举升 到地面时,则要采用人工的技术, 将地下油气举升到地面,其中游梁 式抽油机是目前应用最为广泛的地 面采油设备。 1—吸入阀;2—泵筒;3—柱塞;4—排出阀;5—抽油杆;6— 油管;7—套管;8—三通;9—盘根盒;10—驴头;11—游 梁;12—连杆;13—曲柄;14—减速箱;15—电机 4.2.2.3 油气增产技术 ? ? (1)注水采油:通过向地层注水,补充地层能量, 保持油层压力,提高采收率和采油速度。 (2)水力压裂技术:用于低渗透油气藏,利用地面 高压注入液体,在井底附近地层产生裂缝,增加地层 的油气渗透性。 ? (3)酸处理技术:通过酸液对岩石胶结物或地层孔 隙、裂缝内堵塞物(粘土、钻井泥浆、完井液)等的 溶解和溶蚀,恢复和提高地层孔隙和裂缝的渗透性, 从而提高油气的采收率。 4.2.3 我国石油存在的问题 (1)资源相对不足,石油储量增长的难度越来越大。 我国人均石油可采储量和产量约为世界平均水平的1/5。 (2)主力油田进入稳产期后,产量增长潜力有限。 中国的原油产量基本处于满负荷生产状态,而且完全生 产成本在每桶11~13美元以上,高于国际平均成本3美元 以上。 5800 5600 5400 5200 5000 4800 4600 1976 1985 1994 1996 1998 2000 2002 原油产量(万吨) 1976~2002年大庆油田原油产量 (3)石油供需缺口加大,进口依存度进一步提高。 中国现在每年进口石油2.0亿吨以上,今后还将增加 2009年 国内进口石油1.99亿吨 国内生产1.89亿吨 (4)石油安全形势不容乐观。 中国进口石油主要来自中东、俄罗斯等,美国对中东的 控制和霸权严重威胁中国的石油安全。 4.3 煤层气能源开发 4.3.1 煤层气资源分布 根据中联公司2000年预测资料, 中国陆上烟煤--无烟煤煤田, 埋深300m~2000m范围内, 共拥有煤层气资源量 3 31.46万亿m 与陆上常规天然气资源量相当 ?地理位置上既广泛又集中 250000 200000 150000 100000 50000 0 Western part Eastern part Central part 煤层气资源按区域分布图 单位 : 亿立方米 79901.80 25.40% 西部 33934.62 10.79% 东部 200776.08 63.81% 中部 ? 沁水盆地和鄂尔多斯盆地是煤层气资源量最大的两大 盆地,超过10万亿立方米,为规模开发提供了资源条件。 ?埋深适于开发的资源比例大 ?埋深1500米以浅煤层气资源为主,占 煤层气的勘探和开发。 60%,有利于 1000-1500m 99435.22 1500-2000m 123796.32 300-1000m 91380.94 单位: 亿立方米 煤层气资源按深度分布图 沁南区块煤层气探明储量 中联公司 中石油 中联公司 单位:亿m3 面积km 2 探明储量 可采储量 中联公司 164.2 402.18 218 中石油 182.22 352.26 176.13 合计 346.42 754.44 394.51 4.3.2 煤层气开发情况 (1)至2004年底国内钻井情况 全国共钻煤层气井287口 其中:国内自营148口 国际合作127口 UNDP项目12口 其中对外合作资金近10亿元人民币。 占52% 占44% 占4% 全国共投入煤层气勘探资金约14亿元人民币, 煤层气井主要分布在华北的山西、陕西地区,钻 井数量占全国钻井总数的56%。 到2009年,抽放量71.8亿立方 (2)煤层气勘探已取得了产气突破 河东柳林 井组 阜新 井组 沁南枣园 井组 沁水晋试 1井组 沁水潘庄 井组 韩城试 验区 (3)首次在枣园井组实现小规模商业供气 FZ井组生产状况: ? 共16口井组成井网。 ?至今已排采5年多 ?产量稳定。日产气 1万 多m3。 ? 建立压缩站,小规模 商业售气。 沁南枣园井组 (3)首次在枣园井组实现小规模商业供气 煤层气压缩气站(压缩能力3.6万m3/天) 2003年4月15日第一车压缩煤层气运往河南林州 4.3.2 矿井瓦斯的抽采利用 ? ? ? ? ? 到2004年,采用井下抽放煤层气矿井133个。 抽放量18.6亿m3。矿井煤层气抽放率与我国矿井瓦斯 排放总量相比比较低。 前20个煤矿企业抽放量占85%。 山西阳泉、安徽淮南、辽宁抚顺等3个高瓦斯矿区瓦斯 抽放量占全国的1/3。 利用量较低。不足50%。很大一部分排空。 煤矿煤炭产量、瓦斯抽放量、利用量变化情况 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 18.66亿m3 抽放量 利用量 煤炭产量 1997 1999 2001 2003 ? ? 井下抽放煤层气主要是民用,少部分用于福利事业及工 业原料。 目前,山西晋城、重庆松藻、贵州盘江等已建或拟建煤 层气发电项目。 晋城寺河矿 井煤层气抽 放系统(地 面泵站) 4.3.3 煤层气开采的机遇 (1)政府重视 ? 总理明确提出: “开发和利用煤层气既可治理瓦斯,又可利用能源,一举两 得,应该加大科研、勘探、开发的力度。请发改委研究、制 定规划和措施”。 ? 黄菊副总理、副总理、国务院华建敏秘书长对煤层 气开发利用都作了重要的批示。 2005年2月17日 国家发展和改革委员会主任马凯同志 主持召开会议,专题研究煤层气开发利用问题,会议决 定制定煤层气“十一、五”发展规划;同意成立国家煤 层气工程研究中心;加大国家对煤层气的勘探投入研究 制定对煤层气开发利用的有关优惠政策。 2017/6/27 77 (2)能源、环境、煤矿安全生产迫切需要加快煤层 气开发利用 ? 我国油气资源短缺,煤层气是最现实的天然气接替资源 ? 由于采煤每年向大气排放的瓦斯 120亿立方米以上,造成 了巨大的环境压力和资源的浪费 ? 我国高瓦斯和瓦斯突出矿井占 46%以上,每年由于瓦斯事 故给国家财产和人民生命造成巨大损失,先采气后采煤可 以大大降低煤矿事故,有利于煤矿安全生产 2017/6/27 78 (3)煤层气开发技术日臻完善一些关键技术已有所突破 1)多分支水平井钻井、排采技术 美国的多分支水平井一开始就是结合煤矿规划实施的,一 般在5年内可以实现80-85%的瓦斯采收率,这样可以极大地改 善采煤作业环境,促进煤矿安全生产,其综合经济效益与社会 效益十分明显。 我国煤矿瓦斯事故多发,煤层渗透率低,急需推广此项技 术,以保证煤矿安全生产,节约清洁能源。 多分支水平井示意图 DNPV-02 Dnpv-02井工程布置图 Figure 1 大 宁 煤 矿 首 采 面 长 钻 孔 部 署 图 ( 500-1000m 16(J an.1 5) 17 (J an .1 6) 18 (J an .1 7) S28- X81) .2 an (J 20 2) an.2 21(J E4 S2 X- 8- X-E4S29-6A(June 21 2003) XX-E4 X-E4 an.22) 8-23(J (Jan.23) X-E4S28-24 30 E4 S28- S2 X-E4S29-5(June 23 2003) 2003) X-T3002-1(Oct 6 X-T3002-2(Oct 7 2003) X-E4S29-7(June 16 2003) 2) an.2 22(J S28- X-E4S29-4A(June 23 2003) X-E4S2 25 32.09 30 30 31.78 30 X-T2005-1 (Oct 24 2003) X-2004-4 (Sep 25 2003) X-T2005-2B (Oct 24 2003) X-2004-3 (Sep 24 2003) D V-P1T1 2003) ct 26 08-6(O 2003) ct 24 08-5(O V-P1T111 09-3(O 30 2003) -1 (June V-P1T1 2003) ct 21 08-3(O V-P1T1 2003) ct 19 08-2(O V-P1T1 2003) ct 13 07-7(O 3) V-P1T1 ct 9 200 07-6(O V-P1T1 3) ct 7 200 07-5(O 3) V-P1T1 ct 4 200 07-4(O V-P1T1 09-1(O V-P1T1 2003) ct 28 V-P1T1 2)煤矿井下定向多分支长钻孔抽采技术 ct 08-4(O V-P1T1 V-P1 X-T1-1(Dec.6) 04-6 X-T2-1A(Dec.4) X-T1 ) 03 20 X-T2-2(Dec.5) V-P1 T107-2 (Oct 1 2003) V-P1T107 -3 (Oct 3 2003) V-P1T106 V-P1T106 29 2003) -3 (April 6 2003) -5 (May 13 2003) -1 (April 26 2003) -9 (Sep T107-1 (Sep 28 2003) ) 12 2003) 2003 12 X-T10 4-5 (Sep (Sep -7 (S ep 12 V-P1T106 V-P1T106 ) 03 20 T1 04 25 F-W3S28-5(Jun 29) p 10 2003) X-T1B-13(April 4 2003) X-T104 -4 (Se 15 2003) -10 (Nov V-P1T106 澳 大 利 亚 F-W3S28-6(Aug 7) 煤 矿 Dartbrook VLD 顺 煤 层 钻 孔 位 置 图 DN 25 490738 3936682 729 V-P1T106-11 (Nov 28 2003) DN20 490837.258 3936430.678 763.841 4.75m X- 13 ) 03 20 T1 04 -8 14 2003) (Sep 10 X-T104-3 X-T104-1 (Sep 9 2003) X-T104-2 (Sep 9 2003) X- X-T1B-12(April 5 2003) (S ep X- T1 04 -9 40 (S ep 40 35 03) 20 20 3) 22 200 V-P1T106 22 2003) -2 (April DN 23 490965.532 3936457.64 747.535 3.9m T106 V-P1 ay -7 (M X-T112-1(June 1 2003) 03 2 20 uly -2 (J T111 V-P1 ) X-2004-2 (Sep 24 2003) 2003) 62003) X-2004-1 (Sep 22 -2 (Nov V-P1T110 5 2003) -1 (Nov V-P1T110 3) ov 3 200 09-6(N V-P1T1 3) ov 2 200 09-5(N 2003) V-P1T1 ct 31 09-4(O V-P1T1 2003) 2003) ct 29 ct 30 09-2(O V-P1T1 X-2004-1A (Sep 23 2003) 16 X-2004-5 (Sep 26 2003) X-2004-5A (Sep 27 2003) -6 X-2004-6 (Sep 26 2003) V-P1 T106 (May 2003 ) X-T22-2(June 10 2003) X-T22-4(June 9 2003) X-T112-3(June 6 2003) X-T22-3(June 9 2003) X-T22-5B(June 8 2003) X-T22-1(June 11 2003) X-T112-4(June 7 2003) X-E3S28-1(Dec.12) 5) X-E1S28-11C(Jan. X-T112-5(June 7 2003) X-T112-6A(June 10 2003) X-E3S28-3A(Dec.14) an.7) 8-10(J X-E1S2 X-E3S28-2(Dec.13) X-E4S28-0(Dec.8) (Jan.3) A(Jan.3) X-E1S28-11A X-E1S28-11 X-E1S28-14A(Dec.26) X-E1S28-12(Dec.29) X-E1S28-13(Dec.27) 35 XT1 04 -1 0 X-T112-2(June 5 2003) (S ep 16 35 20 03 ) X-E1 X-E1S28-14(Dec.25) 1) an.1 9B(J S28- X-E1S28-11(Dec 35 X- E4 0) .2 an (J 19 V-2 ( 10 2003) V-1 ( 6 2003) X-E4 S2 8- E4 S2 8- V-P2T22V-P2T22V-P2T22V-P2T22V-P2T222003) 31 2003) 18 (Aug 26 2003) 17 (Aug 22 2003) 16 (Aug V-P2T2220 2003) 15A (Aug V-P2T2214 2003) 14 (Aug V-P2T22- 11 2003) 21 (Sep 8 2003) 20 (Sep 4 19 (Sep X-E4S29-3A(June 24 X-T3002-3(Oct 8 2003) 2003) X-T3002-4(Oct 9 2003) X-E4S29-2(June 26 2003) X-E4S29-1(June 27 2003) V-P2T22- 11 2003) 13 (Aug 5 2003) 8 2003) 11 (Aug 12 (Aug V-P2T22V-P2T222 2003) 10 (Aug V-P2T2231 2003) 9 (July V-P2T2228 2003) 8 (July V-P2T2226 2003) 7 (July 24 2003) 6 (July V-P2T22V-P2T22- V-P2T22- 21 2003) 5 (July V-P2T2219 2003) 4 (July V-P2T22V-P2T2216 2003) 2 (July 10 2003) 3 (July ) X-E3S28-4B(Dec.15) X-E3S28-5(Dec.15) X-E3S28-6(Dec.16) 0) n.9) an.1 9(Ja 9A(J S28S28X-E1 ) X-E1 n.11 8(Ja S28X-E1 .30) 35 25 35 3)煤层气储层改造技术 压裂改造是煤层气开发的一个关键环节, 由中联公司 完成的国家九五攻关《煤层气压裂工艺技术研究》项目, 对压裂液进行了优化研究,形成了高阶煤压裂技术体系, 并在沁南示范项目得到应用获得较好效果。该项研究成果 获得煤炭科技二等奖 清水加沙压裂—在沁水盆地针对高阶煤主要用此项技术 清洁压裂液技术—在韩城井组实验获得成功 氮气泡沫压裂—在潘河示范项目实验两口井 小型洞穴完井技术—在沈北矿区对褐煤进行改造获得成功 T H A N K S

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