采煤采气一体化开发模式的价值分析

冯立杰 翟雪琪 王金凤 李朝辉 郭一格 .郑州大学管理工程研究所 .河南省煤层气开发利用有限公司

采煤采气一体化开发模式的价值分析

冯立杰1,2翟雪琪1王金凤1李朝辉1郭一格21.郑州大学管理工程研究所 2.河南省煤层气开发利用有限公司

目前,有关采煤采气一体化开发模式的效益研究仍多处于定性分析阶段,缺乏对综合价值的定量化分析。为此,在引入价值分析观点的基础上,采用数量经济方法探讨了采煤采气一体化开发模式的综合价值。首先从时间、空间和功能上分析了采煤采气一体化开发模式的内涵,指出了采煤与采气应该统筹安排、协调开发。然后从减少瓦斯事故频次、提高采煤速度、解决能源紧缺问题以及二氧化碳减排等方面分别计算了采煤采气一体化开发模式的安全价值、经济价值、能源价值及环境价值,并建立了综合价值评估模型。最后结合案例分析验证了该模型的适用性。结果表明:采煤采气一体化模式具有巨大的综合价值,有利于开发洁净能源,提高经济效益,保障煤矿安全生产,改善大气环境。该项研究为全面和科学地认识采煤采气一体化开发模式提供了新的思路。

煤层气 采煤采气一体化 开发模式 价值分析

煤层气开发与煤炭开采有着紧密的联系,只有将采煤与采气有机结合,实施采煤采气一体化,才能实现协调发展,否则会浪费资源并且威胁煤矿安全。目前,煤矿瓦斯的抽采只求达到减轻矿井瓦斯的浓度,导致许多煤矿抽采出的瓦斯直接排放到大气而未被利用,而煤层气开发项目多数只注重企业的获利情况,没有真正考虑未来煤矿开采的安全问题,势必造成安全管理“顾此失彼”的局面,给本质安全型矿井建设带来极大困难[1]。因此,如何实现煤层气开发与煤矿开采的协调发展成为煤层气开发企业、煤炭企业以及政府等亟须解决的问题。

随着煤层气产业的不断发展,国内学者针对煤层气开发利用做了大量的研究,张遂安提出了煤层气资源开发模式分类方案,指出采煤采气一体化不仅是“安全—资源—环境”商业理念的全面体现,而且更是一种值得倡导的资源综合开发的新模式[2]。高远文等指出目前我国煤层气的开发方式主要有原始储层煤层气的开发和煤矿区煤层气的开发两种[3]。王连刚等重点探讨了煤层气开发模式以及开发技术[4]。徐祖成等针对煤层气与煤炭两种资源矿权重叠的问题,提出了一种采气采煤协调发展的综合开发模式[5]。但是,目前关于采煤采气一体化模式价值探讨的研究还比较少。基于此,本文从价值角度考虑,分析了采煤采气一体化模式内涵,从安全价值、经济价值、能源价值及环境价值等4个方面探讨了采煤采气一体化模式的综合价值,并结合具体案例进行了分析。

1 采煤采气一体化开发模式内涵

采煤采气一体化开发模式是指采煤与采气统筹安排、协调开发、互为支撑的一种绿色生产模式,即设计实施采气工程时,考虑采煤工程的需求,而设计实施采煤工程时,又兼顾采气工程的需求。其内涵可从时间、空间及功能3方面体现[6],具体如图1所示。

1.1 在时间上实现煤、气综合开发

保持煤层气抽采、矿井建设和煤炭开采的协调,编制煤炭和煤层气综合开发规划,形成地质勘探、地面预抽、矿井建设、煤炭开采、采中抽采、采后抽采的煤、气综合开发模式。

1.2 在空间上实现立体抽采格局

综合考虑安全管理、采掘布局、煤炭资源节约、煤层气资源开发利用等诸多因素,保证地面煤层气抽采井位的布置与矿井开拓与采掘布置衔接相适应,实现煤炭开采与煤层气开发的有机结合,形成“采前地面预抽、井下先抽后采、边抽边采”的立体抽采格局。

图1 采煤采气一体化模式图

1.3 在功能上实现钻井、掘进工程统筹安排

利用煤层气钻井的地质勘探、采前抽、采动抽、采后抽以及制冷通道等多功能性用途,体现“一孔多用”的综合价值,逐步形成煤层气开发与矿井建设、生产组织、安全管理相互协调,安全效益、经济效益、能源效益和环境效益同步提高的和谐局面。

2 采煤采气一体化模式价值分析

实施采煤采气一体化模式,开发利用煤层气具有巨大的安全价值、经济价值、能源价值和环境价值,具体表现为:①煤层气的开发可以改善煤矿安全生产,提高安全价值;②煤层气的开发降低了井下瓦斯浓度,有利于提高井下采煤速度和掘进速度,并且改善井下作业的通风环境,从而提高煤炭生产效率;③煤层气是一种新型、洁净能源,利用抽采的煤层气除了可以进行瓦斯发电,节省供电费用,还可以代替天然气资源,用于作为居民燃气、锅炉和工业燃料等,解决我国能源紧缺问题;④开发利用煤矿瓦斯可以有效减少温室气体排放,改善大气环境质量。因此,采煤采气一体化模式的综合价值可从以下4个方面进行分析。

2.1 安全价值

煤层气开发与煤炭开采有机结合,形成“以抽保采、以采促抽、以抽保用、以用促抽”的良性循环,可以改造煤矿安全生产,提高煤矿企业的安全效益。煤矿瓦斯事故是煤矿安全生产的重大威胁之一,我国国有煤矿高瓦斯和瓦斯突出矿井占总矿井的46%,瓦斯事故频繁。每年因瓦斯灾害造成的死亡人数达2 000人以上,仅根据最近15 a的统计,因瓦斯事故而死亡的人数占煤炭行业工伤事故死亡人数的30%～40%,占重大事故的70%～80%,直接经济损失超过500亿元。瓦斯事故造成的人员伤亡和巨大的经济损失,在社会上形成很大负面影响[7]。实施采煤采气一体化的模式,采煤之前先抽采煤层气,有利于从根本上防止煤矿瓦斯事故,改善煤矿的安全生产条件,从而提高煤矿企业的效益。

采煤采气一体化模式的安全价值体现为瓦斯事故发生次数的减少,因此安全价值可以表示为瓦斯事故发生次数的减少而节约的成本。瓦斯事故造成的损失由直接经济损失和间接经济损失两部分组成。直接经济损失包括事故所造成的人员生命价值的损失和生产设施破坏损失;间接经济损失包括因事故导致的产值减少、资源的破坏和受事故影响而造成的其他损失等。因此,安全价值计算公式可以表示为:

式中VF为安全价值;VDF为减少的直接经济损失;VIDF为减少的间接经济损失。

据调查统计,在瓦斯爆炸事故中,每死亡1人造成的直接经济损失都在30万元以上。根据国际劳工组织的计算方法,事故造成的间接经济损失往往是直接经济损失的4～5倍。直接经济损失减少额的计算公式如下:

式中VDF1为平均死亡1人造成的直接经济损失;VDF2为资产损失减少额;n为死亡人数的减少量。

间接经济损失减少额的计算公式:

式中λ为事故损失间直倍比系数。

2.2 经济价值

煤层气的开发可以有效地降低井下瓦斯的浓度,提高煤炭开采的效率。瓦斯浓度的降低有利于提高采煤速度和掘进速度,改善井下作业的通风环境,从而提高煤炭生产效率。此外,采煤采气一体化对煤炭资源和煤层气资源进行综合勘探,降低了勘探成本。可见,采煤采气一体化模式的经济价值主要包括生产效益的提高和生产成本的降低这两方面。经济价值的计算公式可表示为:

式中VE为经济价值;VE1为生产效益增加值;VE2为生产成本节约值。

生产效益增加值的计算公式为:

式中v1为抽采后的平均采煤速度,t/d;v0为抽采前的平均采煤速度,t/d;N为平均每年的工作天数;P为每吨煤炭的市场价格。

由于生产成本的降低表现在通风成本、钻井和掘进成本的节约,故其计算公式为:

式中Vk为节约的钻井和掘进成本;Vt为节约的通风成本。

2.3 能源价值

对抽采的煤层气进行开发利用,充分发挥其作为一种新型、洁净能源的作用,主要体现在:利用煤层气发电,可以缓解地区用电紧张,减少煤矿远距离架线供电的投资;利用煤层气作为居民燃气、锅炉和工业燃料,不仅缓解我国天然气资源紧缺的问题,还有利于改善大气环境。因此,采煤采气一体化的能源价值可由煤层气发电效益和煤层气燃料效益两部分组成,其计算公式为:

式中VN为能源价值;VN1为瓦斯发电效益;VN2为瓦斯燃料效益。

煤层气发电效益相当于节省的供电成本,其计算公式为:

式中QN1为煤层气发电的总量;CNS为每度电(kWh)国家标准收费;CNG为每度电的发电成本。

煤层气燃料效益的计算公式为:

式中QN2为煤层气燃料的总量;PN为每立方米煤层气的市场价格。

2.4 环境价值

开发利用煤层气可以有效减排温室气体,改善大气环境。我国是煤炭生产大国,在进行煤炭资源开采的过程中,大量瓦斯被排放到大气中。因此,实施采煤采气一体化模式,开发并合理地利用煤层气,不仅可以避免采煤造成的煤层气这种不可再生资源的浪费,还能减少温室气体排放。采煤采气一体化模式的环境价值可理解为减排二氧化碳带来的价值,计算公式如下:

式中VH为环境价值;QC为减排的二氧化碳总量;P C为每吨二氧化碳的价格。

综上可知,假定采煤采气一体化开发模式的价值为V,则其评估模型可表示为:

3 案例分析

3.1 案例背景

某矿业集团下属的某煤矿属于高浓度瓦斯矿井,瓦斯浓度约为30%。为保证煤矿开采的安全,企业决定对该矿井实施采煤采气一体化开发模式。通过采煤、采气的协调发展,该矿井节省了通风成本、钻井和掘进成本共约800万元,而且每年从井下抽上来3 000 ×104m3瓦斯有80%得到了合理的利用,其中90%用于发电,剩余10%用作燃料。由于瓦斯浓度的降低,该矿井平均采煤速度比以前提高了400 t/d,而且瓦斯事故逐年减少,死亡人数每年平均下降8人。

3.2 计算与分析

3.2.1 安全价值

根据瓦斯事故中每死亡一人造成的直接经济损失为30万元,造成的间接经济损失是直接经济损失的4倍,则采煤采气一体化开发模式为该矿井带来的安全价值为:

VF=直接经济损失减少额+间接经济损失减少额= 30×8+240×4=240+960=1 200(万元)

3.2.2 经济价值

该矿井职工每年工作为300 d,按照煤的市场价格为800元/t计,则经济价值为:

VE=生产效益增加额+生产成本节约额=400× 300×800元+800万元=10 400(万元)

3.2.3 能源价值

据专家统计,1 m3的纯瓦斯气体可发电3.18度,每度电可节省成本为0.6元左右,煤层气市场价格按照1.2元/m3计算,则能源价值为:

VN=发电效益+燃料效益=2 400×90%×3.18× 0.6+2 400×10%×1.2=4 409.28(万元)

3.2.4 环境价值

每利用1 000 m3煤层气相当于节省了1 t标准煤,每吨煤燃烧会产生约2.5 t的二氧化碳。按照二氧化碳的市场价格200元/t,环境价值为:

VH=减排的二氧化碳总量×二氧化碳市场价格= 3 000×80%/1 000×2.5×200=1 200(万元)

该煤矿实施采煤采气一体化开发模式的综合价值为:

V=VF+VE+VN+VH=1 200+10 400+ 4 409.28+1 200=17 209.28(万元)

从上述结果可知,该矿井通过实施采煤采气一体化开发模式,给企业带来了约1.720 928亿元的综合效益。

4 结束语

实施采煤采气一体化模式,不仅可以保证煤矿安全生产,在一定程度上加快井下采煤速度和掘进速度,提高了煤炭生产效率,而且煤层气作为一种新型能源,还有利于解决我国能源紧缺问题和改善大气环境质量。本文结合价值分析的观点,在采煤采气一体化开发模式内涵的基础上,从安全、经济、能源和环境等角度对其综合价值进行了探讨,建立了价值评估模型,最后结合具体的案例分析说明了采煤采气一体化开发模式的价值,为全面和科学地认识采煤采气一体化模式提供了新的思路,从而更好地促进煤层气开发和煤炭开采协调发展。

[1]李华峰,陈玮胤.对我国采煤采气一体化开发模式的思考[J].科技资讯,2009(32):96.

[2]张遂安.煤层气资源特点与开发模式[J].煤田地质与勘探, 2007,35(4):27-30.

[3]高远文,姚艳斌.我国煤层气产业现状及开发模式探讨[J].资源与产业,2008,10(2):90-92.

[4]王连刚,李俊乾.我国煤层气开发模式与开发技术问题探讨[J].煤炭科学技术,2010,38(4):104-107.

[5]徐祖成,李延祥.中国采气采煤协调发展的“三交模式”[J].天然气工业,2010,30(6):106-108.

[6]张俊威.晋煤集团采煤采气一体化综合开发模式应用探讨[J].中国煤层气,2008,5(2):11-14.

[7]张遂安.采煤采气一体化理论与实践[J].中国煤层气, 2006,3(4):14-16.

Com prehensive value analysis of the development mode of integrated coal m in ing and gas extraction

Feng Lijie1,2,Zhai Xueqi1,Wang Jinfeng1,Li Zhaohui1,Guo Yige2
(1.Institute of M anagement Engineering,Zhengzhou University,Zhengzhou, Henan 450001,China; 2.Henan Provincial Coal Seam Gas Development and U tilization Co.,L td.,Zhengzhou,Henan 450016, China)

NATUR.GAS IND.VOLUM E 31,ISSUE 2,pp.110-113,2/25/2011.(ISSN 1000-0976;In Chinese)

Most related studies on the developmentmodeof integrated coalmining and gas extraction,fo r lack of quantitative evaluation on its comp rehensive values,are still at the stage of qualitative analysis.In view of this,based on the introduction of value analysis perspective,the comp rehensive valuesof this developmentmode are discussed by meansof quantitative economics.The essence of this developmentmode is first analyzed from the aspects of time,space and functions and it is p roposed that coalmining and gas extraction should be overall p lanned and cooperatively developed.Then,the comp rehensive values of this development mode w hich includes safety value,economic value,energy value and environmental value are calculated respectively by gas accident frequency, coalmining rate enhancement,energy sho rtages response,and CO2emission reduction.On basisof this,an evaluation modelof the comp rehensive values of this developmentmode is thus built and its adap tability is also verified by many actual cases.The results show that this developmentmode is of great integrated values and w ill be good for the discovery of more clean energy sources,the imp rovement of economic p rofit,the guarantee of safe p roduction at coalmines,the reduction of air pollution,p roviding a new idea fo r engineers to have full know ledge and scientific understanding of the integrated coalmining and gas extraction.

coalbed methane gas,integrated coalmining and gas extraction,developmentmode,value analysis

冯立杰,1966年生,教授级高级工程师,博士;2004年毕业于天津大学管理学院并获博士学位;主要从事管理科学与工程、系统工程、煤层气开发与决策研究等工作。地址:(450001)河南省郑州市郑州大学新校区管理工程学院。电话:(0371) 67781828。E-mail:ak3399@vip.sina.com

冯立杰等.采煤采气一体化开发模式的价值分析.天然气工业,2011,31(2):110-113.

10.3787/j.issn.1000-0976.2011.02.028

2010-10-30 编辑 赵 勤)

DO I:10.3787/j.issn.1000-0976.2011.02.028

Feng L ijie,p rofessor of senior engineer,born in 1966,graduated w ith a Ph.D degree from Tianjin University in 2004.He ismainly engaged in research of management science and engineering,system engineering,and coalbed methane development and policy-making,etc..

Add:Zhenzhou,Henan 450001,P.R.China

Tel:+86-371-6778 1828 E-mail:ak3399@vip.sina.com