2.4 煤炭开采和矿后活动甲烷逃逸排放清单编制

2.4.1 概述

我国煤炭储量丰富，占世界第三位，在 1500m深度以内的煤炭储量约 3.8 ～ 4 万亿t。煤田分布范围广，遍布 25 个省（区），除天津、上海、海南和西藏自治区外，其他省（市、区）都有煤炭生产活动存在。

我国是世界煤产量和利用量最多的国家，2008 年产量已高达 28 亿t，约为世界总产量的 40%。受历史原因和发展阶段影响，我国煤矿种类多种多样。从所属关系看，分国有重点、地方（省、市、县）、乡镇和个体煤矿；从井型来看，有特大、大、中和小型煤矿；从开采技术看，既有 15 个年产量超过 10Mt/ a的综采高度机械化的矿井，其技术经济指标已达到和超过国际先进水平，又有 200 多个综采安全高效矿井，更有数以千计的一般机械化和炮采矿井，特别是数以万计的以炮采和人工开采的乡镇、个体煤矿。因此，无论从技术装备和管理水平来看，我国煤炭工业处于“四世同堂”状态。

随着国民经济的发展，我国煤炭产量 60 年来由 32Mt增加到 2727.16Mt，即增大了 117 倍。表2 -58列出了各类煤矿煤产量的变化动态。由表 4 -1 看出在 1993 ～ 2008 年期间，全国煤炭产量由1151.37Mt增加到 2727.16Mt，即增加了 1.4 倍，其中国有重点煤矿产量增加最大，达 2 倍以上。由表中也可看出，1993 ～ 2008 年期间，地方和乡镇煤矿产量均有显著下降，这是由于数以万计的乡镇个体煤矿和一些小型地方煤矿安全条件极差，事故严重，在全国开展煤矿整顿关闭小型煤矿工作，关闭了数万个不符合安全生产的小煤矿。这些都影响到煤炭开采的甲烷逃逸排放强度。

煤矿瓦斯涌出主要取决于煤的瓦斯含量，包括煤的吸附瓦斯量和游离瓦斯量。吸附瓦斯量占煤瓦斯含量 85%以上。吸附瓦斯量取决于煤层瓦斯压力和煤的变质程度，游离瓦斯量取决于瓦斯压力和煤的孔隙率。

由于我国煤田多，分布广，煤矿开采深度相差很大，所以煤矿煤层瓦斯含量的变化在很大范围之内（0 ～30m ³ / t）。低瓦斯矿井煤层瓦斯含量一般皆在 2 ～ 3m ³ / t以下，最大也不超过 5m ³ / t；高瓦斯矿井煤层瓦斯含量一般在 5m ³ / t以上，最大可达 20 ～ 30m ³ / t；突出矿井煤层瓦斯含量一般皆大于10m ³ / t。

出于安全考虑，《煤矿安全规程》要求煤矿每年必须进行矿井瓦斯等级鉴定，报省（区）煤炭行业管理部门审批，并报省（区）级安全监察机构备案。但 2007 年以前仅有重点煤矿数的统计数据，而数以万计的地方和乡镇煤矿缺乏系统全面的统计资料。近几年强化了煤矿瓦斯管理工作，严格要求各类煤矿都必须进行瓦斯等级鉴定，2007 年鉴定的各类矿井数达 15072 个，其中地方和乡镇煤矿占 94%。这是我国首次对地方和乡镇个体煤矿进行全面系统矿井瓦斯等级鉴定工作，为此次清单编制奠定了良好的基础。

2.4.2 清单编制方法论

2.4.2.1 排放源与汇的界定

与煤炭开采相关的甲烷排放源有四个：

1）地下开采：指在煤炭井下采掘过程中，煤层甲烷伴随着煤层开采不断涌入煤矿巷道和采掘空间，并通过通风、抽气系统排放到大气中形成的温室气体排放；

2）露天开采：指露天煤炭被开采释放的和邻近暴露煤（地）层释放的甲烷；

3）矿后活动：指煤炭加工、运输和使用过程，即煤的洗选、储存、运输及燃烧前的粉碎等过程产生的排放。

4）废弃矿井甲烷逃逸排放（《2006 年IPCC清单指南》的要求）

以上四个环节确定为此次清单编制的排放源。此外，近年来煤层气抽放利用的规模逐步扩大，可视为“汇”，需从逃逸总量中剔出。

2.4.2.2 方法选择

我国煤炭工业统计数据的可靠性、准确性和详细程度取决于煤矿的所有制类型。因此，根据我国的国情和数据可获得性，本次清单估算方法总体采用IPCC的第二级法和第三级法组合的方法，并分国有重点、国有地方和乡镇（包括个体）煤矿三大类分别计算排放量。

通过 2007 年瓦斯等级鉴定测试，全国 25 个省（区、市）重点、地方和乡镇（包括个体）各类煤矿总计 1.5 万多个矿井的甲烷逃逸排放得到一定程度的实测 。这是中国首次对数以万计的地方和乡镇煤矿甲烷排放数据进行全面收集汇编，较以往只统计国有重点煤矿甲烷排放更加全面（第一次国家信息通报实测范围只涵盖了国有重点煤矿）。

1.井工开采

通过矿井瓦斯等级鉴定数据获得重点煤矿、地方煤矿和乡镇煤矿的排放因子（m ³ 甲烷/ t煤），进而根据重点煤矿、地方煤矿和乡镇煤矿的煤炭产量进行估算。

2.露天开采

中国露天煤矿煤产量仅占煤总产量的 5%左右，加之露天矿从未发现瓦斯灾害，故无实测瓦斯排放数据。根据露天煤矿集中地的地质条件和瓦斯赋存状况，估算露天煤矿的甲烷逃逸排放因子，进而根据产量估算排放。

3.矿后活动煤炭排放甲烷量估算

利用煤的残存瓦斯量与煤的挥发份含量的关系研究结果以及“矿井瓦斯涌出量预测方法”行业标准（AQ1018 -2006），分别估算高瓦斯+瓦斯突出矿井、低瓦斯矿井所生产煤炭的瓦斯残存含量（m ³ / t），进而根据高瓦斯+瓦斯突出矿井、低瓦斯矿井的煤炭产量进行估算。

4.废弃矿井甲烷排放量估算

由于不涉及煤矿安全问题，多年来从未对废弃煤矿排放瓦斯问题进行研究和分析。根据数据的可获得性，此次清单编制只估算了 2005 ～ 2008 年关闭和废弃的矿井的甲烷逃逸排放。

结合中国煤矿和煤层的特点，在分析废弃矿井排放瓦斯量时，考虑了以下两个特点：

一是煤田地层含水量大，矿井水灾事故，特别是重大和特大水灾事故屡屡发生，特别是华北煤田曾多次发生淹井事故，如开滦、焦作、峰峰等煤矿，废弃矿井老窑集水酿成煤矿水灾更是经常出现，矿井涌水大大抑制了或完全杜绝了废弃矿井瓦斯的排放。

二是我国绝大多数煤田煤层的透气性很小，一般皆在 0.001mD（毫达西）以下，大量科研和生产实践表明，对这些煤层不采取人工卸压强制抽放瓦斯方法，是很难抽出瓦斯的。我国大量科研考查和生产实践也表明，煤壁瓦斯涌出随时间而衰减。

考虑上述因涌水而抑制或杜绝瓦斯涌出的特点，估计只有少数废弃矿井有涌出瓦斯。矿井废弃后短期瓦斯排放强度按生产时期的一半计算。

5.煤矿抽放和利用甲烷量

根据我国发布的煤矿甲烷抽放量和利用量数据作为编制清单的依据。

2.4.3 活动水平数据

2.4.3.1 各类矿井煤炭产量

2008 年煤炭产量数据分别列在表 2 -59 和表 2 -60 。表 2 -59 为按所有制形式和开采方式划分的煤炭产量数据，主要来源于《煤炭工业年鉴》。分瓦斯排放类型的煤炭产量列在表 2 -60，按照各级瓦斯矿井所占比例计算（2008 年高瓦斯和突出矿井所占比例为 23.5%）。

2.4.3.2 瓦斯涌出量鉴定和计算结果

瓦斯涌出量鉴定结果是本部分清单编制的重要基础数据。按照行业标准《矿井瓦斯等级鉴定规范》（AQ1025 -2006），所有矿井每年都必须进行一次瓦斯等级鉴定：即选取生产正规月份的上旬、中旬、下旬各一天，测定每班次（3 ～ 4 班次/日）的风量（m ³ / min）和瓦斯浓度（%），再考虑抽放瓦斯纯量，得出矿井的绝对瓦斯涌出量（q _绝 ，m ³ / min）。三天的数据进行比较，选择最大的数据上报（qmax）。根据绝对涌出量和测试矿井的月平均日产煤量（D，t/ d），可知矿井的瓦斯相对涌出量，也就是我们通常所说的吨煤瓦斯涌出量（q _相 ，m ³ / t）。国家煤炭安全监察总局根据这两个排放强度数据为矿井进行瓦斯级别鉴定 ^[1] 。

在清单计算中，充分利用了这些数据计算测试矿井的瓦斯涌出量（FECH ₄ ，百万吨），即：

各省的煤矿开采甲烷涌出量为各个测试矿井涌出量之和。2004 年，我国对 637 座重点煤矿（占当年重点煤矿产量的 93.3%）矿井进行了瓦斯鉴定测试，其中绝大多数数据质量较为可靠。2007 年，除对重点煤矿继续鉴定和测试外，国家煤炭安全监察机构首次对地方煤矿和乡镇煤矿的甲烷涌出量进行了实测和鉴定。鉴定结果表明，835 个重点煤矿（占当年重点煤矿产量的 80%）的涌出量为 9185.55Mm ³ /年；占当年地方煤矿产量 98%的 2261 个地方矿井的甲烷涌出量为3526.6Mm ³ /年；占乡镇煤矿产量 97.6%的乡镇煤矿甲烷涌出量为 8398Mm ³ /年。2007 年鉴定数据列在表 2 -61（2004 年数据略）。这些数据是计算中排放因子的关键。

2.4.3.3 废弃矿井数量

由于不涉及煤矿安全问题，多年来从未对废弃煤矿排放瓦斯问题进行研究和分析。自 1997 年以来我国开始实施关闭非法和达不到安全标准煤矿的计划，数以万计的煤矿被废弃，具体数量的统计不健全。可获得的数据表明在 2005 年 8 月～ 2008 年 6 月大约共关闭 11155 个小煤矿，见表2 -62。

2.4.3.4 甲烷抽放和利用数量

近年针对煤矿瓦斯事故频发的现状，我国制定了“先抽后采、监测监控、以风定产”的治理瓦斯方针，大大促进了我国煤矿抽放瓦斯的发展。在 2005 ～ 2008 年期间，抽放瓦斯量由 23 亿m ³ 增加到58.5 亿m ³ ，即增加了 5.7 倍，我国已成为世界煤矿抽放瓦斯量最多的国家。这里采用已发布的全国总的抽放量和利用量作为编制我国煤矿甲烷排放清单的依据：2008 年抽放瓦斯总量为 58.5亿m ³ ，利用量为 15 亿m ³ 。

2.4.4 排放因子数据

2.4.4.1 井工开采甲烷逃逸排放因子

2008 年重点煤矿、地方煤矿和乡镇煤矿的井工开采甲烷逃逸排放因子均来自于 2007 年的实测甲烷涌出量数据与其产量之比。表 2 -63 给出了计算 2007 年各类井工煤矿甲烷逃逸排放因子的计算过程（表 2 -61 已经给出分省甲烷逃逸量），即以测试矿井甲烷涌出量除以测试矿井的煤炭产量。

国有重点煤矿 2005 年甲烷逃逸排放因子为 8.4m ³ / t （见 2005 年清单报告），2007 年为8.31m ³ / t，呈递减态势，而且从上表可以看出，地方煤矿和乡镇煤矿的甲烷逃逸强度均高于重点煤矿。分析其原因：一是近几年在内蒙古和陕西的低瓦斯区域新建了一些年产煤达数百万吨，甚至千万吨的现代化矿井；二是整顿小煤矿过程中，许多小煤矿进行重组，扩大产量，增加了开采深度；三是有一些破产报废的原国有重点煤矿，改制为股份制的乡镇煤矿，而这些矿开采深度，改制前就是高瓦斯和突出矿井，如抚顺龙凤矿、北票台吉和冠山矿等。

2.4.4.2 露天甲烷逃逸排放因子

我国露天煤矿煤产量仅占煤总产量的 5%左右。在这些露天矿，从未发现瓦斯灾害，故无实测瓦斯排放数据。我国露天煤矿主要分布在内蒙古和山西的煤层低瓦斯含量区且煤种多为瓦斯含量很低的褐煤，如伊敏河、霍林河和平庄等露天矿等，因此，估计露天矿吨煤瓦斯排放系数为 2m ³ / t左右。

2.4.4.3 矿后活动

矿后活动瓦斯排放量指煤炭运出矿井后的储存、运输过程中排放的瓦斯量，在瓦斯防治科技术语中，称为残存瓦斯量。抚顺分院（即现沈阳研究院）曾对我国高瓦斯和突出矿井（煤层瓦斯含量≥10m ³ / t）的残存瓦斯量进行过专题研究，得出了煤的残存瓦斯量与煤的挥发份含量的关系如表2 -64。从表中可看出，随着煤变质程度的提高（即挥发分减小），煤的残存瓦斯含量显著增大。

根据生产原煤煤种统计，我国高瓦斯和瓦斯突出矿井所生产的煤炭多为中等变质程度的烟煤，按表 2 -64，取其残存瓦斯含量为 3m ³ / t。

对瓦斯含量＜ 10m ³ / t煤层，按“矿井瓦斯涌出量预测方法”行业标准（AQ1018 -2006），煤的残存瓦斯含量按下式计算：

式中 WC——煤的残存瓦斯含量，m ³ / t·r；

W ₀ ——煤层的原始瓦斯含量，m ³ / t·r

低瓦斯矿井经过大量实测其煤层原始瓦斯含量为 1 ～ 5m ³ / t，取其平均值为 3m ³ / t，则按上式求煤的残存瓦斯含量为

因此，低瓦斯矿井矿后活动甲烷排放因子选择 0.94m ³ / t。

2.4.4.4 废弃矿井

根据我国煤层特点，废弃矿井瓦斯排放持续时间一般为 0.6 ～ 1.0 年。根据 2007 年 7 月至2008 年 6 月的统计资料全国共关闭 2322 个小煤矿，考虑因涌水而抑制或杜绝瓦斯涌出的特点，估计只有 20%的废弃矿井即 464 个废弃矿井涌出瓦斯。2007 年全国 10261 个乡镇煤矿共涌出瓦斯8397.97Mm ³ ，即平均单井涌出瓦斯量为 0.82Mm ³ / a。矿井废弃后第一年瓦斯排放量按生产时期的一半计算，则单个废弃矿井的瓦斯排放量为 0.41Mm ³ / a。

2.4.5 煤矿开采甲烷逃逸排放清单

根据以上对井工煤矿和露天煤矿开采过程、采后活动、报废矿井和抽放瓦斯利用量的分析计算，可知我国 2008 年煤炭生产相关活动的甲烷逃逸净排放量约为 1292.2 万吨，见表 2 -65 所示。井工开采为本清单的关键排放源，其排放量（不考虑利用量）占煤炭开采相关活动甲烷逃逸排放量的 82.8%；若考虑其利用量，则井工开采排放量比例为 81.9%。采后活动的比例为 15.9%，露天开采和废弃矿井排放的比例仅为 2.2%。

2.4.6 不确定性分析

本次清单编制在提高井工开采排放因子方面做了大量工作，大大增加了矿井甲烷涌出量的实测数据。以往矿井甲烷涌出实测数据仅限于数百个国家重点煤矿，地方和乡镇煤矿甲烷涌出实测数据很少，因此编制第一次清单时，只能以全国各大区为基础进行计算。这次清单编制参考了 2007年进行的 13357 个煤矿甲烷排放的鉴定数据，其中重点煤矿 835 个，地方煤矿 2261 个，乡镇煤矿10261 个，并按省（区、市）分别进行统计。比较全面反映了我国煤矿甲烷涌出情况，提高了清单的准确性。

但是，依然存在以下为清单计算带来不确定性的因素：

1）虽然矿井甲烷涌出量数据采集点有较大范围的拓展，但是这些数据仅仅是矿井一年中仅有的三天测试所收集到数据（每天做 3 ～ 4 个测试，共收集 9 ～ 12 个数据）中最大的一个，尚无法得到其他数据进行比较，更没有连续测试的数据，因此其中的不确定性还是非常大的。

2）由于我国煤炭产量很大，矿后活动的甲烷逃逸量也相当可观。对其排放因子的研究，国际社会尚处于空白阶段。本次清单编制所确定的排放因子是根据我国研究单位多年的研究成果计算得出的，具有一定说服力。但由于缺乏比较，其中应该还有相当的不确定性。

3）露天开采的甲烷逃逸排放无实测数据，为估计数。考虑到露天产量不大仅占总产量的 5%，且多在低瓦斯煤田开采褐煤，其估算甲烷排放量的误差对全国煤矿甲烷排放量准确度影响不大；

4）废弃矿井甲烷排放首次列入清单，之前没有任何研究基础。此次清单编制考虑我国大部分煤矿涌出水大、煤层透气性低和甲烷涌出衰减较快（0.5 ～ 1 年）的特点，估计值较低。需要监测数据或相关研究的支持。

项目组对 2008 年煤炭开采和矿后活动甲烷逃逸排放进行了定量的不确定性分析。不同于初始信息通报，此次清单编制采用了蒙特卡罗方法。该方法所需要的活动水平和排放因子数据的平均值、可能的变化范围列在表 2 -66。

运用Cystalball软件进行模拟计算 2000 次，得到 2008 年煤炭开采和矿后活动甲烷排放量的范围为 675.4 ～ 2480.30 万吨（95%置信度），均值为 1580.4 万吨，见图2 -4。考虑到排放因子数据可能偏大，清单最终选择的 1773.4 万吨也属偏高范围。

敏感性分析表明，重点煤矿井工开采甲烷逃逸排放因子对不确定性的贡献最大，达到 49.8%，其次为乡镇煤矿井工开采排放因子，贡献率达到 26.5%，位居第三位的是乡镇煤矿煤炭产量（图2 -5）。

[1] 矿井相对瓦斯涌出量小于或等于 10m ³ / t且矿井相对涌出量小于或等于 40m ³ / t，这些矿井为低瓦斯矿井；矿井相对瓦斯涌出量大于 10m ³ / t或矿井相对涌出量大于 40m ³ / t，这些矿井为高瓦斯矿井；瓦斯突出矿井为发生过瓦斯突出现象的矿井。 2DBIQpJrCFaH6FfJmTX5ZWfKnutmqJSQwKoLOammrKAIcRqW16sb/DV0AsH/Eqb9