MT/T 1291-2025 井工煤矿甲烷排放监测技术规范

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由中国煤炭工业协会提出 。

　　本文件由煤炭行业煤矿安全标准化技术委员会归口 。

　　本文件起草单位：中国矿业大学(北京)、煤炭开采水资源保护与利用全国重点实验室 、国家应对气候变化战略研究和国际合作中心 、中国煤炭工业协会生产力促进中心 、国家能源投资集团有限责任公司 、中煤绿能科技(北京)有限公司 、中煤科工生态环境科技有限公司 、华电电力科学研究院有限公司 、安徽理工大学 、中国矿业大学(北京)内蒙古研究院 。

　　本文件主要起草人：李军 、李全生 、陈伟 、张成业 、张凯 、郭俊廷 、王菲 、解北京 、马翠梅 、方杰 、曹光明 、张曦 、刘万喜 、周圆 、余化龙 、张鹏 、徐喜飞 、谢婷婷 、王兹尧 、周游 、徐良骥 、汤效平 、李远 、何雨阳 、孟耀庆 。

　　井工煤矿甲烷排放监测技术规范

　　1 范围

　　本文件规定了井工煤矿生产环节所产生的甲烷排放监测的监测范围与监测方法及结果汇算方式 。

　　本文件适用于监测处于生产状态的井工煤矿各生产环节所产生的甲烷排放，关闭状态井工煤矿参照实施 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 ，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 。

　　GB 21522 煤层气(煤矿瓦斯)排放标准

　　AQ 1029 煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范

　　AQ 6201 煤矿安全监控系统通用技术要求

　　MT/T 1126 煤矿瓦斯抽采(放)监控系统通用技术条件

　　CCER⁃10⁃001⁃V01 温室气体自愿减排项目方法学 甲烷体积浓度低于 8% 的煤矿低浓度瓦斯和风排瓦斯利用

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件 。

　　3.1

　　地面监测 ground monitoring

　　在地下或地上空间通过安装固定式传感器或使用便携式传感器得到甲烷排放量相关参数(甲烷浓度 、风速 、温度 、气压等)的监测方法 。

　　3.2

　　无人机监测 UAV monitoring

　　将监测传感器搭载在无人机上 ，进行巡航或定点监测得到甲烷排放量相关参数(甲烷浓度 、风速 、风向 、温度 、气压等)的监测方法 。

　　3.3

　　卫星遥感监测 satellite⁃based remote sensing monitoring

　　利用卫星上的遥感传感器获取到的甲烷气体排放点的光谱信息，采用反演建模的方法计算得到像元尺度甲烷柱浓度的监测方法 。

　　3.4

　　走航监测 cruising monitoring

　　将监测传感器搭载在专门的走航车上，对甲烷排放量相关参数(甲烷浓度 、风速 、风向 、温度 、气压等)进行移动监测的方法 。

　　4 监测范围与监测方法

　　4.1 监测范围

　　本文件规定的甲烷监测范围指井工煤矿所能实际有效管辖的区域的甲烷排放量，主要监测范围为乏风系统排放量 、抽采(利用)系统排放量及矿后活动逸散排放量 。

　　4.2 监测方法

　　井工煤矿甲烷排放量监测方法包括地面监测 、无人机监测 、卫星遥感监测及走航监测四种方法 。其中甲烷排放量核算宜采用地面监测或无人机监测方法，煤矿及周边环境甲烷背景浓度判断或排放历史趋势分析宜采用卫星遥感监测及走航监测方法 。

　　4.3 地面监测

　　4.3.1 地面监测参数

　　对于乏风系统甲烷排放量，需监测的参数及传感器要求如表 1 所示 。

　　表 1 乏风系统甲烷排放需监测参数及传感器精度要求

　　对于抽采(利用)系统甲烷排放量，需监测的参数及传感器要求如表 2 所示 。

　　表 2 抽采(利用)系统甲烷排放需监测参数及传感器精度要求

　　对于矿后活动甲烷逸散排放量，需监测的参数及设备精度要求如表 3 所示 。

　　表 3 矿后活动甲烷逸散排放需监测参数及设备精度要求

　　4.3.2 传感器布设位置及要求

　　乏风系统甲烷排放量监测中每个回风井内甲烷浓度 、温度及气压传感器至少各布设 1 个 ，风速传感器需布设至少 3 个 。其中，甲烷浓度 、温度及气压传感器宜布设在井下总回风巷 、风井 、风硐或扩散器处，布设位置需离顶部或侧壁 30 cm 以上 ，要求前后没有障碍物 。风速传感器需布设至少 3 个 ，位置与甲烷浓度传感器相同，保持在同一截面，并保持在同一截面均匀布设且离顶部或侧壁 30 cm 以上 。

　　对于抽采(利用)系统甲烷排放量监测 ，每个瓦斯抽采泵站放空管及应急排放管道均需布设甲烷浓度 、温度 、气压及风速传感器至少各 1 个，距离出口端 4 倍管径以上 。

　　对于矿后活动甲烷逸散排放量监测 ，需在主井皮带(或主井箕斗)及地面上储煤仓出口处取煤 ，每处取煤样至少 3 个，每个煤样 2 kg 以上，且直径大于 10 cm。

　　传感器布设需符合 MT/T 1126、AQ 1029、AQ 6201、GB 21522 和 CCER_10_001_V01 的要求 。

　　4.3.3 监测频次要求

　　乏风系统甲烷排放量监测需保证全年运行，有效监测日期不少于 360 d，设备采样频率优于 5 s。

　　抽采(利用)系统甲烷排放量监测需保证全年运行 ，有效监测日期不少于 360 d，设备采样频率优于5 s。

　　矿后活动甲烷逸散排放量监测频次宜至少为 1 次/2 个月 。

　　4.3.4 计算方法

　　4.3.4.1 甲烷排放纯量计算方法

　　甲 烷 排 放 纯 量 单 位 为 标 准 状 态 下 干 空 气 体 积 单 位(m3)，其 中 乏 风 系 统 甲 烷 排 放 纯 量 按 公 式(1)计算：

　　Q f Q nf ⋅ Cf dt …………………………( 1 )

　　式中：

　　Qf ——乏风系统甲烷排放纯量，单位为立方米(m3);

　　Q nf——乏风系统标况流量，单位为立方米每分(m3/min);

　　Cf ——乏风系统甲烷浓度，%;

　　t ——统计时间，单位为分(min)。

　　4.3.4.2 乏风系统标况流量计算方法

　　乏风系统标况流量 Q nf 通过公式(2)计算：

　　Q nf = Qg …………………………( 2 )

　　式中：

　　Qg——乏风系统工况流量，单位为立方米每分(m3/min);

　　P0 ——标况绝对气压，取 101.325 kPa;

　　Pg ——乏风系统测量气压值，单位为千帕(kPa);

　　Pa ——当地大气压，单位为千帕(kPa);

　　T0 ——标况温度，取 273.15 K;

　　Tg ——乏风系统测量温度，单位为开(K)。

　　4.3.4.3 乏风系统工况流量计算方法

　　乏风系统工况流量通过公式(3)计算：

　　Qg = S × Vf …………………………( 3 )

　　式中：

　　S ——乏风系统进行风速测量处截面面积，单位为平方米(m2);

　　Vf——乏风系统测量的风速，单位为米每分(m/min)。

　　4.3.4.4 抽采(利用)系统甲烷排放纯量计算方法

　　抽采(利用)系统甲烷排放纯量按公式(4)计算：

　　Q c Q nc ⋅ C c dt …………………………( 4 )

　　式中：

　　Q c ——抽采(利用)系统甲烷排放纯量，单位为立方米(m3);

　　Q nc ——抽采(利用)标况流量，并参考公式(2)与公式(3)的方式计算，单位为立方米每分(m3/min); C c ——抽采(利用)系统甲烷浓度，%;

　　t ——统计时间，单位为分(min)。

　　4.3.4.5 矿后活动逸散甲烷排放纯量计算方法

　　矿后活动逸散甲烷排放纯量按公式(5)计算：

　　Q k = AD ×( Q1 - Q2) …………………………( 5 )

　　式中：

　　Qk ——矿后活动逸散甲烷排放纯量，单位为立方米(m3);

　　AD——企业原煤产量;

　　Q 1 ——主井提煤皮带(或主井箕斗)出口处煤样的甲烷残余量，单位为立方米每吨(m³/t);

　　Q 2 ——地面上储煤仓出口处煤样的甲烷残余量，单位为立方米每吨(m³/t)。

　　4.3.4.6 井工煤矿甲烷总排放纯量计算方法

　　井工煤矿甲烷总排放纯量按公式(6)计算：

　　Q = Q f + Q c + Q k …………………………( 6 )

　　式中：

　　Q——井工煤矿甲烷总排放纯量，单位为立方米(m3)。

　　4.4 无人机监测

　　4.4.1 无人机监测参数

　　无人机监测需监测的参数及传感器要求如表 4 所示 。

　　表 4 无人机监测需监测参数及传感器精度要求

　　表 4 无人机监测需监测参数及传感器精度要求( 续 )

　　4.4.2 无人机监测范围要求

　　无人机监测范围需包绕乏风系统 、抽采(利用)系统及矿后活动发生区域，可以整体包绕，也可分系统分别包绕 。包绕飞行应为箱形环绕飞行路线，其中最低飞行高度宜不低于 75 m，在 75 m~200 m 高度范围内每隔 25 m 环绕飞行一次 ，在 200 m~400 m 高度范围每隔 50 m 环绕飞行一次 。飞行最大高度不超过 400 m 。

　　4.4.3 监测频次要求

　　无人机监测宜在风速小于六级，无降水和明显扬尘条件下进行 。

　　无人机监测频次宜至少 1 次/季度 。为保证监测数据代表性与可靠性 ，每次监测应包括 3 个工作日的无人机监测数据 。每个工作日内的无人机监测应在煤矿正常生产期间内进行，并在 3 h 内完成 。

　　4.4.4 计算方法

　　无人机飞行路线环绕区域为一个立体箱，以此立体箱为对象，采用质量平衡方程计算甲烷排放量，单位为立方米(m3)，其主要计算方法如下 。

　　首先依据公式(7)计算立体箱内空气水平对流通量 E air _H：

　　E air _H = ∑u( s ,h )ρ air( s ,h ) …………………………( 7 )

　　式中：

　　u( s ,h ) ——风速，单位为米每秒(m/s);

　　ρ air( s ,h )——空气密度，单位为克每立方米(g/m3)。

　　依据公式(8)计算立体箱内空气质 …………………………( 8 )

　　式中：

　　A ——无人机飞行范围的面积，单位为平方米(m2);

　　∆ t ——第一条航线和最后一条航线间隔的时间间隔，单位为秒(s);

　　∆P ——任务开始前和结束后气压变化，单位为千帕(kPa);

　　-

　　P ——平均压强，单位为千帕(kPa);

　　∆T——温度变化量，单位为开(K);

　　-

　　T ——平均温度，单位为开(K);

　　--

　　ρ air ——每层高度的平均空气密度，单位为克每立方米(g/m3)。

　　依据公式(9)计算立体箱内的垂直对流通量 E air _V：

　　E air _V = E air _M - E air _H E air _V = A⑴ ρair …………………………( 9 )

　　式中：

　　⑴ ——箱底到箱顶的平均流速，单位为米每秒(m/s);

　　——箱型区域内的平均空气密度，单位为克每立方米(g/m3)。

　　甲烷垂直对流通量 ECH4 _V 可通过公式(10)计算：

　　ECH4 _V = AMR …………………………( 10 )

　　式中：

　　MR ——甲烷的摩尔质量与空气的摩尔质量之比;

　　甲烷水平对流通量 ECH4 _H 可通过公式(11)计算：

　　ECH4 _H = MR ∑χCH4 ( s ,h )ρ air( s ,h )u( s ,h ) …………………………( 11 )

　　甲烷的总排放通量 ECH4 可通过公式(12)计算：

　　ECH4 = ECH4 _H + ECH4 _V …………………………( 12 )

　　4.5 卫星遥感监测

　　卫星遥感监测应采用具备甲烷反演能力的卫星遥感传感器数据 。 甲烷卫星遥感监测精度应优于2×10-8，空间分辨率应优于 0.1°×0 .1° , 监测范围应不小于煤矿所在县级行政区域 ，并在空间范围上宜大于 1°×1 °。

　　4.6 走航监测

　　走航监测传感器精度应优于 1×10-8，走航车本身应无甲烷排放 ，所使用的风速风向仪应满足风速分辨率优于 0.2 m/s，风向分辨率优于 0.1° , 输出频率大于 1 Hz 。监测过程中风力需在 4 级以内 ，无降水和明显扬尘 。走航监测路线应以煤矿上风向 2 km 处为起始点 ，车速低于 30 km/h 进入煤矿内 。在煤矿内按机动车道行驶，并在甲烷排放源周边环绕不低于 2 次 。完成煤矿内监测后应原路返回起始点 。走航监测频次宜至少 1 次/季度，每次含 3 d 走航监测，每天走航监测需大于 3 h。

　　5 监测结果汇算方式

　　地面监测或无人机监测计算的乏风系统排放量 、抽采(利用)排放量及矿后活动逸散排放量按日进行汇算 ，汇算日 、月 、年度煤矿甲烷排放总量(m3)，并根据年甲烷排放总量与企业原煤产量计算年均排放因子(m3 /t)。

　　在时间分辨率上，应先汇算日甲烷排放总量，以日甲烷排放总量为依据汇算月甲烷排放总量，以月甲烷排放总量为依据汇算年甲烷排放总量 。在空间上，以煤矿整体为单元进行汇算 。

　　在监测结果汇算中 ，应优先以地面监测或无人机监测结果为依据 ，卫星遥感监测及走航监测用于进行煤矿及周边环境甲烷背景浓度判断或排放历史趋势分析 。 因设备检修停运等原因造成数据缺失的，应采用相邻时间段采掘条件和设备运行工况相似的监测数据平均值进行数据回补 。

　　参 考 文 献

　　[ 1 ] GB/T 32150 工业企业温室气体排放核算和报告通则

　　[ 2 ] GB/T 34287 温室气体 甲烷测量 离轴积分腔输出光谱法

　　[ 3 ] 解北京 ，李晓旭 ，张景顺 ，等 . 井工煤矿甲烷排放精准监测与核算 [J] . 煤炭科学技术 ，2024，52 (4)：119⁃130 .