瓦斯利用

瓦斯利用（精选十篇）

瓦斯利用 篇1

煤层气 ( 瓦斯) 是煤层中的一种伴生气, 它属于非常规天然气 ( 其主要成分是甲烷) 。在煤矿采煤过程中, 瓦斯气会自动散发出来, 它是一种有害气体, 无色、无味、易燃、易爆。长期以来, 大量被抽采上来的低浓度瓦斯 ( 浓度< 30% ) , 因为利用成本高等原因, 不被利用, 只能排入大气, 造成温室效应。

近年来, 国家及地区不断出台关于加快煤层气 ( 煤矿瓦斯) 抽采利用的相关政策, 支持和鼓励相关企业加快对煤层气的抽采利用。国家能源局出台的《煤层气开发利用“十二五”规划》提出, 煤矿瓦斯以就地发电和民用为主, 高浓度瓦斯力争全部利用, 推广低浓度瓦斯发电, 到2015 年发电装机容量超过285 万k W。《山西省人民政府关于加快推进煤层气产业发展的若干意见》 ( 晋政发〔2013〕31 号) 中指出, 到“十二五”末, 实现地面煤层气总产能195 亿m3, 煤矿瓦斯抽采量52 亿m3, 管网覆盖全省。

1 瓦斯电站存在问题

近年来, 煤层气发电技术研发和装备制造水平不断提高, 低浓度瓦斯发电技术应运而生。该技术的应用既能增加能源种类, 缓解能源短缺情况, 又能实现节能减排和余热利用的双重效益。而随着国家和地方对瓦斯气抽采利用支持和鼓励, 瓦斯电站装机规模逐年上升, 瓦斯发电技术的研发和装备制造水平也相应提高。内燃机发电, 制造技术成熟, 运行状况稳定, 对低浓度瓦斯的适用性, 成为现阶段瓦斯电站选用的主要设备。

燃气机组运行过程中, 燃料的能量只有约35% 被发电机组转化为电能, 另有约30% 随废气排出, 25% 被发动机冷却水带走, 通过机身散发等其他损失约占10% , 即近55% 的能量以余热的形式排出[1]。通过加装余热利用设施, 使发电机组排出的烟气所携带的热量得以利用。通过高温烟气与水换热, 从而产生热水 ( 或蒸汽) 通过供热系统输送到需要热源的用户。

在实际瓦斯电站运行中, 从节能角度来说存在如下两个问题, 一是燃气内燃机组自身的制造工艺已经足够成熟, 短时期内难以实现重大突破, 其机组效率很难再有大的提高; 二是燃气内燃机组排烟温度高达500 ℃ , 直接排放浪费了大量热能。因此, 在煤炭资源日渐匮乏的条件下, 瓦斯电站高温烟气余热回收必须得到足够的重视, 才能够更加有效地提高能源利用率, 节约能源。

2 工程实例

2. 1 工程简介

本工程采用低浓度瓦斯发电技术, 配备国产燃气内燃发电机组, 装机容量为8 × 500 k W。内燃发电机组发电效率为35% , 排烟温度为500 ℃ , 经涡轮增压后直接消音排放。瓦斯气中CH4浓度为15.36%, 煤矿瓦斯抽放泵站平均小时总抽采量为6 466.80 Nm3, 全部供该项目使用。机组全年利用小时数为5 500 h, 年发电量可达到1 906. 79 万k Wh。

2. 2 原方案工艺流程

从抽放泵站抽出瓦斯气, 通过水雾输送系统安全地输送至内燃发电机组, 电子点火系统点燃处于爆炸范围内的低浓度瓦斯气, 利用其爆炸性推动活塞做功, 产生机械能, 再由发电机将机械能转化为电能, 经输变电装置输出 ( 见图1) 。

2. 3 余热回收利用方案

燃气内燃发电机组尾部烟气温度为500 ℃ , 增设烟气余热蒸汽锅炉生产0. 4 MPa饱和蒸汽回收热量, 提高能源利用率。工艺流程图如图2 所示。

3 余热回收节能效果

3. 1 余热回收前后技术指标对比

由于瓦斯电站没有相应的标准规范, 参照火力发电厂技术指标计算方法对该项目技术指标进行核算, 得出表1 中计算结果。

从表1 中数据得知, 高温烟气余热回收利用后, 虽然全厂自用电率有所增加, 但是供电煤耗及发电煤耗均显著下降, 同时全厂热效率显著提高, 大大地增强了能源利用率, 从而节约能源。

3. 2 余热回收后经济效益

经计算, 通过增加烟气余热回收系统, 每年可回收热量为24 828. 27 GJ, 折合标煤847. 14 tce。用回收的烟气余热与水换热, 每年可产生0. 4 MPa饱和蒸汽9 350 t。若蒸汽价格为70 元/t, 则烟气余热年经济收益可达到65. 45 万元。

据统计, 加装一整套余热回收系统, 一次性投资约为106 万元, 年减少供电量约为21. 13 万k Wh, 按2011 年煤矿瓦斯电厂上网电价0. 509 元/k Wh[2]计算, 年供电收益减少10. 75 万元, 则用于余热回收部分的静态投资回收期为1. 78 年。

4 结语

通过加装烟气余热回收系统回收烟气余热, 不仅可以提高能源综合利用率, 提高全厂热效率, 从而节约能源; 同时还可以增加全厂经济效益, 实现技术经济效益最大化。随着低浓度瓦斯电站技术日渐成熟, 高温烟气余热回收也逐渐成为其必不可少的一部分。在条件允许的情况下, 建议将余热回收作为一项必不可少的内容, 列入全厂总体规划, 达到节约能源的目的。

摘要：结合某煤矿瓦斯电站工程实例, 介绍了瓦斯电站余热回收利用方案, 分析了余热回收的节能效果, 指出通过加装烟气余热回收系统回收烟气余热, 既提高了能源的综合利用率, 又增加了瓦斯电站的经济效益。

关键词：瓦斯电站,余热回收,节能,余热利用

参考文献

[1]谢晓东, 张振东, 高胜阳.谈低浓度瓦斯发电站工艺设计[J].煤炭工程, 2008 (9) :31-32.

2011年瓦斯治理和利用规划 篇2

2011年瓦斯治理和利用规划

国投大同能源有限责任公司

塔山煤矿

国投大同塔山煤矿

2011年瓦斯治理和利用规划

第一部分：矿井瓦斯治理现状和规划安排

一、矿井概况

1、矿井位置、范围、设计能力及基本建设情况： 本矿位于大同煤田中东缘、大同市南郊区口泉乡上窝寨村西,行政隶属南郊区管辖，其地理坐标为：东经：113º00′56″-113º03′35″，北纬：39º56′30″-39º58′31″；井田呈不规则多边形，东西长约3738m，南北宽约3766m，面积为8.146km2。井田北为同煤集团白洞井田，东南为南郊区老窑沟七峰山井田，西南及西部为同煤集团塔山井田，东界有煤层露头。塔山煤矿于2005年11月18日开工建设，由30万吨改扩建为240万吨。矿井主采煤层共有2#、3#、5#、8#、9#五层，服务年限41.3年，同时配套建设240万吨/年选煤厂一座，并建煤矸石2×135MW发电厂一座，是一座集产、装、运的现代化矿井。

2、矿井开拓、开采情况：

(1)生产系统基本情况：现采用主平硐与一对斜井单水平开拓全井田，中央并列抽出式通风，工作面采用走向长壁后退式开采，目前主要在2#煤层掘进、开采；矿井人员和材料通过主平硐利用井下防爆无轨胶轮车运输，煤炭利用主平硐胶带系统运输，大型设备通过副斜井单钩提升。目前矿井已构建了完整的供电系统、运输系统、通风系统、压风系统、矿井排水系统、洒水防尘系统及供水系统。

（2）生产布局基本情况：目前矿井有一个综采工作面（10205工作面）正在回采；有两个综掘工作面（10215皮带顺槽和10215回风顺槽）。

（3）巷道布置情况：由主平硐沿表土层穿煤层下岩层至3-5#煤层，建井底煤仓；沿井田边界副斜井穿层至辅运石门交汇于1075辅运大巷。向前延伸后布置1075胶带运输大巷，由1075回风大巷-回风石门至回风斜井构成回风系统；而后在1075辅运系统两翼布置采掘工作面，目前右翼10205综采工作面正在回采，10215皮带顺槽已成形，10215回风顺槽和左翼10202皮带顺槽正在掘进准备。

3、煤层瓦斯情况：

山西省煤炭工业局2009年对矿井2煤层瓦斯鉴定结果为：CH4相对涌出量为0.1m/t，CO2相对涌出量为0.21m/t；CH4绝对涌出为0.51m/min，CO2绝对涌出量为1.04m/min，属低瓦斯矿井。

二、矿井瓦斯治理现状和规划安排

1、矿井通风系统情况

矿井通风方式为中央并列式通风。主平硐和副斜井进风；回风斜井回风。回风斜井安装对旋主扇两台，一台工作，3

#一台备用；型号为BDK-8-No24，电机功率2×200KW，叶片角度35°、30°。目前矿井总进风量6173m/min，总回风量6370m/min.反风方式为电机反转反风。

2、瓦斯治理现状和问题

国投大同塔山煤矿为改扩建矿井，矿井具备完整可靠的独立系统，由副斜井及主平硐进风，回风斜井回风，矿井投产时共布置1个综采工作面和2个综掘工作面。根据采区巷道布置和采煤方法，回采和掘进工作面均为独立通风系统，工作面采用U型通风方式。掘进工作面采用2×30KW局部通风机供风。井下爆炸材料发放硐室设专用回风道至总回风巷，实行独立通风。井下各泵房及硐室设在大巷进风巷道中，设置风门调节风量。各用风地点风量满足安全生产及《煤矿安全规程》要求。

3、安全监测系统

矿井装备了KJ-90NA瓦斯监控系统，主要监测井下生产环境中的瓦斯浓度、一氧化碳浓度、风速、温度、烟雾、主要通风机开停、局部通风机开停、风门开关等，实现瓦斯超限、声光报警和断电以及风电、瓦斯电闭锁控制。

通风区编制瓦斯检查设点计划，瓦斯检查员按照要求进行巡回检查。检查结果填写瓦斯班报表和瓦斯日报表，瓦斯日报表每日由矿长和矿总工程师审阅。

矿长（包括副职）、矿总工程师（包括副职）、各生产部

33室部长、主任工程师（包括副职），采、掘、机电、通风区队长（包括副职）及工程技术人员，爆破工、班长、采煤机司机、掘进机司机、流动电钳工、安检员携带便携式甲烷检测报警仪。测风员、瓦斯检查工配备便携式瓦斯、氧气两用报警仪和一氧化碳便携仪。

三、目前存在的主要问题

安全监控系统升级改造后，部分软件功能尚不够完善，如：瓦斯和一氧化碳探头浓度超限报警后，系统会自动发送短信告知相关人员。当气体浓度下降后不具备追发短信功能告知气体浓度已下将至安全范围功能，目前正在与生产厂家沟通，尽快完善该系统的此项功能。安全监控系统管理人员和瓦斯检查员的业务素质有待进一步提高。

第二部分：瓦斯治理指导思想、发展思路

和目标

一、指导思想：

深入贯彻落实科学发展观，坚持“以人为本”和“安全发展”，杜绝发生瓦斯事故为目标，坚持“安全第一、预防为主、综合治理”的安全生产方针，进一步加强领导、落实责任、增加投入、依靠科技、严格监管，着力构建“通风可靠、抽采达标、监控有效、管理到位”的矿井瓦斯综合治理工作体系，推动矿井瓦斯治理工作再上新水平。

二、发展思路：

按照国家关于安全生产工作的方针政策和法律法规，从体制、机制、投入等方面加强对矿井瓦斯综合治理工作的领导。落实安全生产责任制，坚持立足防范、关口前移，强化监管，深化整治、综合治理的总体思路，扎扎实实地做好矿井瓦斯治理工作。

三、工作目标：

以建设本质安全型矿井为目标，进一步优化矿井通风系统，使其更加稳定、可靠。提升煤矿防治瓦斯技术装备水平，加速改善矿井防治瓦斯安全生产条件，健全矿井瓦斯防治安全管理体系，杜绝瓦斯事故的发生；合理配备矿井安全技术人员，提高矿井从业人员素质，增强矿井安全生产的保障能力，实现矿井可持续健康稳定发展。

第三部分：瓦斯治理和利用工作任务

和重点工程

一、工作任务：

构建“通风可靠、抽采达标、监控有效、管理到位”的瓦斯综合治理“十六字”体系，健全瓦斯治理机构和队伍，完善管理制度，充分调动专业技术人员的工作积极性，发挥其应有的作用。

二、重点工程：

一、矿井通风系统 局部通风机的更新：

矿井副平硐施工工程和3-5# 层大巷开拓工程，施工时必须制定实现通风系统稳定可靠的技术措施，确保风量充足；局部通风必须做到“三专三闭锁”，双风机双电源且能自动切换。3-5# 层大巷开拓工程施工过程中，推广使用大功率对旋局部通风机和大直径风筒供风。

二、矿井瓦斯抽采及利用系统

2011年针对目前开采的2#煤层委托相关有资质单位现场实测，并编制瓦斯地质图。

2011年针对下一步接替的3-5#煤层进行打钻孔等措施，委托相关资质单位做3-5#煤层瓦斯含量的测定，为下一步3-5#煤层的开采做准备工作。

三、矿井防尘、防灭火系统

回采工作面采空区采用粉煤灰灌浆和注氮防灭火系统，以防止煤层自燃，并编制防止采空区自燃发火措施。

四、监测监控系统工程：

对照安全监控系统使用规范（AQ1029-2007）标准要求，进一步完善系统硬件和软件功能，确保系统安全、有效、持续、稳定地运行。

第四部分：瓦斯治理和利用规划保障措施

瓦斯治理是一项艰巨、复杂而长期的工作，实施瓦斯综合治理要充分发挥各职能部门的作用，集中各方面力量，切实抓好矿井瓦斯综合治理，认真执行安全保障措施，从根本上防范瓦斯事故，把矿井瓦斯灾害带来的损失减小到最低程度。

1、加强矿井瓦斯综合治理工作的领导。

①矿成立瓦斯综合治理工作领导机构。设置由总工程师任组长的瓦斯集中整治工作领导小组，并保障瓦斯治理机构的人员、装备、经费等到位。

②落实矿井瓦斯综合治理规划。制定本矿瓦斯综合治理规划，并根据上级主管部门煤矿瓦斯治理方案和建设规划，定期分析、部署、督促和检查本矿安全生产工作；加强安全监管和监督，形成矿井安全生产格局。

2、强化煤矿安全生产责任制，落实主体责任。①明确各级领导安全生产责任。建立健全领导干部安全生产责任制，不断完善安全生产责任制的落实和约束机制。要严格执行安全生产行政责任追究制度，并把矿井安全生产纳入干部考核指标体系，推行重特大事故行政领导问责制。

②落实各单位负责人主体责任。矿主要负责人对矿井的安全生产工作和瓦斯治理工作全面负责。建立、健全并落实相关责任制，不断提高各级管理人员和全体员工安全生产的自觉性和责任感。设定安全生产考核目标，把责任、目标层层分解落实到基层班组、个人以及与安全生产密切相关的各个方面。坚持领导干部下井跟班制度，要落实井下各作业点安全负责人，做到及时发现和处理安全隐患。

3、整改瓦斯事故隐患，严格落实防范措施。①全面排查、整改矿井瓦斯事故隐患。针对本矿瓦斯的实际情况，全面排查瓦斯事故隐患。消除矿井“一通三防”方面存在的安全隐患，确保矿井安全生产。

②严格落实本矿瓦斯治理的各项防范措施。在生产中严格贯彻落实上级主管部门下发的有关瓦斯防治的规定和措施。充分运用在长期的煤矿安全生产实践中积累的许多行之有效的瓦斯防治经验和防范措施。对照其他矿井的成功经验和做法，结合实际，查找差距，采取措施，深入开展本矿瓦斯防治工作。

4、合理组织生产为瓦斯治理工作提供基础保障。矿井和采区设计要依据瓦斯地质资料详细分析和预测矿井瓦斯灾害情况，根据煤层和瓦斯赋存情况，优化巷道布置，简化生产系统，积极采用先进的支护工艺，保证合理通风断面，明确煤层和工作面开采顺序，生产系统和布局必须充分考虑瓦斯治理的需要，并贯穿于水平延伸、采区设计、生产准备到工作面衔接的各个环节，新采面投产前，必须完成有关瓦斯治理工程，具备瓦斯治理的各项功能和条件，否则不准投产。

5、加强矿井“一通三防”人才的培养。

从学校招聘“一通三防”专业毕业生充实到各个技术岗位。依托现有教育培训资源，加强对矿井瓦斯治理人才的培养，管理和技术负责人必须掌握煤矿瓦斯治理方面的专业知识，熟练掌握本工作岗位的专业技能要求。

6、加强瓦斯治理经验交流与学习。

由总工程师牵头定期召开瓦斯治理阶段效果研讨会，分时掌握瓦斯异动情况。定期到全国各大集团和瓦斯治理先进矿井学习参观，不断掌握瓦斯治理的新技术、新手段。

第五部分：瓦斯综合治理工作体系

建设方案

遵照《关于深入贯彻全国煤矿瓦斯治理现场会精神进一步加强瓦斯治理工作的通知》（国投安委［2008］33号）精神，以构建“通风可靠、抽采达标、监控有效、管理到位”的瓦斯综合治理“十六字”体系为方针，制定本矿瓦斯综合治理工作体系规划和分步实施计划及具体措施。

1、成立瓦斯综合治理工作领导机构，优化通风设计，提高系统完备性，加强通风管理，严格执行“一通三防”各项管理制度。①统一小组领导。②强化责任制落实。③加强瓦斯隐患排查力度。④技术、装备统筹合理、完备。

2、健全安全监控体系，做好监测监控工作，安全监控系统必须与政府煤管部门联网，做到及时、清晰、完整、准确。

①采掘工作面投产必须安设安全监控设备，否则不准投产。

②严格执行瓦斯巡回检查制度。

③按规定配齐各类瓦斯检查仪器仪表，并按要求进行检验校正。

3、分步实施计划 ：

①根据生产接替计划布置通风系统，设置监测监控体系，分月度、季度、制定本矿瓦斯综合治理规划，力争做到合理性突出。

②根据瓦斯治理机构设置，加强瓦斯治理人员管理，落实各项具体任务。

③突出重点管理，把治理实施过程中的重点、要点问题当做切实要务管理。

④采区设计、新采掘工作面，应先编制瓦斯治理方案、步骤，否则不能设计与生产。⑤购置必要的设备、仪器仪表，资金投入到位。

4、具体措施：

在采掘接续工程中，超前设计和考虑瓦斯治理工程，完善通风系统，实现瓦斯治理工程的“三超前”。

①通风系统可靠。

矿井、采区、工作面通风系统合理，具有完善的独立通风系统。采用新型节能高效对旋局部通风机，逐步将2×15kw和2×30kw风机更换为2×45kw对旋局部通风机；风门、风墙、风窗等通风设施完好可靠，风门联锁、自动化程度高，局部通风好，末端风量充足，满足设计要求。矿井总风量、采掘工作面和其它供风场所配风量满足安全生产要求，风速、有害气体浓度符合《煤矿安全规程》规定。

②完善防灭火系统和防尘系统。

煤矿井下瓦斯再利用的技术创新 篇3

【关键词】 煤矿;井下;瓦斯;再利用

瓦斯是井下有毒有害气体的总称,煤矿内瓦斯以甲烷为主,所以狭义的瓦斯往往泛指甲烷。一系列重大煤炭生产安全事故的发生,证明解决煤矿井下煤仓瓦斯积聚问题,是煤炭企业安全生产的关键性问题。

一、瓦斯的危害原理与治理的必要性

瓦斯事故是煤矿的主要安全事故。一般来说,如果瓦斯在空气中含量大会降低空气中的氧含量,人员呼吸后会因缺氧而发生窒息。空气中瓦斯含量5～16%之间,氧含量超过12%,遇到高温热源则会发生瓦斯爆炸。长期以来煤矿井下煤仓的瓦斯积聚问题一直没有得到很好解决,成为企业生产的重大隐患和重大危险源,也成为了长期困扰煤矿安全生产的重大难题。矿井瓦斯爆炸是一种热一链式反应(也叫链锁反应),当爆炸混合物吸收一定能量(通常是引火源给予的热能)后,反应分子的链即行断裂,离解成两个或两个以上的游离基(也叫自由基)。这类游离基具有很大的化学活性成为反应连续进行的活化中心,在适合条件下,每一个游离基又可以进一步分解产生两个或两上以上的游离基,游离基越来越多,化学反应速度也越来越快,最后发展为燃烧或爆炸式的氧化反应。

瓦斯爆炸就其本质来说,是一定浓度甲烷和空气中度作用下产生的激烈氧化反应的氧气在一定温度作用下产生的激烈氧化反应。爆炸后生成大量的有害气体,造成人员中毒死亡。瓦斯爆炸产生的高温高压,促使爆源附近的气体以极大的速度向外冲击,造成人员伤亡,破坏巷道和器材设施,扬起大量煤尘并使之参与爆炸,产生更大的破坏力。煤矿井下都设有煤仓,煤矿井下煤仓又称溜煤井或叫反井,煤仓作用主要是储存、转载、缓冲煤量,是煤矿井下储运煤炭重要环节,对实现煤炭产量的高产起到积极作用。其瓦斯浓度根据煤量、煤质的不同可达到3～20﹪,瓦斯浓度大大超过《煤矿安全规程》规定。煤矿井下煤仓存在严重的安全隐患,也是重大危险源,严重地威胁着从业人员的生命安全和煤矿井下的安全生产。防止瓦斯窒息事故首先是加强通风,保证足够供风量,杜绝无风、微风作业;其次是减少和杜绝采空区瓦斯外泻,保证有效风量的风质。

瓦斯突出机理仍处于假说阶段,预防措施复杂。为了解决此类问题,传统的解决办法是在井下煤仓的上方巷道中安设轴流式通风机,轴流式通风机稀释煤仓中的瓦斯给运煤巷中造成极大危害,危险危害因素依然存在,且没有从根本上解决瓦斯积聚造成的隐患,仍然存在发生瓦斯爆炸事故隐患。

二、煤矿井下煤仓瓦斯治理装置的研究与设计

煤矿井下煤仓瓦斯治理装置的目的是解决现有煤矿井下煤仓存在的瓦斯超标易造成瓦斯爆炸和治理费用昂贵的技术难点,并提供一种能治理瓦斯积聚治理装置。煤矿井下煤仓瓦斯治理装置为解决上述问题而采用的技术方案是:它由一个或两个瓦斯分离器、瓦斯导风管,三叉排风器和檒风通风器组成的整体综合装置。

(1)仓檒风通风器由檒风曲线体、变线体、集风道等构成,主要功能是形成强大的焚风效应,形成檒风风流进入瓦斯分离器,将瓦斯分离器中的瓦斯带入瓦斯导风管,按所要求的方向再利用瓦斯导风管将瓦斯排到煤矿井下煤仓以外的采区回风道或主要回风道,檒风通风器设在煤矿井下煤仓下部。

(2)瓦斯导风管为抗静电玻璃钢圆管。煤仓瓦斯导风管与瓦斯分离器和三叉排风器相连接,设在煤矿井下煤仓上部的回风道中的上方旁侧。

(3)瓦斯分离器由筒体、瓦斯释放帽、瓦斯释放孔和把捎构成,瓦斯释放帽设在筒体的体部,瓦斯释放孔和把捎均匀设在筒体上。瓦斯分离器与焚风通风器和瓦斯导风管相连接,设在煤矿井下煤仓仓中的侧壁上。

(4)三叉排风器为扇状四通抗静电玻璃钢筒体。综合装置,能够降低煤矿井下煤仓的全部瓦斯,彻底治理煤矿井下煤仓瓦斯积聚的问题,具有治理瓦斯彻底、节能环保、治理费用低和经济效益好等优点。特别指出该装置是无噪音、无动力、无污染的通风构造设施,纯属于环保节能型产品。

三、煤矿井下煤仓瓦斯治理与实施的安全效果分析

煤矿井下煤仓瓦斯积聚治理装置由煤矿井下煤仓檒风通风器、瓦斯分离器、瓦斯导风管、三叉排风器安装在煤仓筒壁上。形成了整体综合装置,共同完成煤矿井下煤仓瓦斯稀释任务。煤矿井下煤仓的煤体、筒壁、底煤、装煤器、溜煤口、煤仓上部回风巷、煤仓下部运输大巷是煤矿井下煤仓重要组成部分。它们直接影响着瓦斯治理效果,这些煤仓构造直接影响着瓦斯治理效果,都对煤仓内瓦斯浓度和瓦斯积聚的治理起到直接或间接作用。

瓦斯分离器一端与瓦斯导风器或三叉排风器直接相连接,另一端与檒风通风器相连接。瓦斯分离器的作用是把煤矿井下煤仓中的煤炭与煤仓中积聚的瓦斯分离开来,分离后的瓦斯进入瓦斯分离器通向瓦斯导风管排到煤仓以外的回风道,达到稀释中的瓦斯的目的。三叉排风器设在采区回风道或主要回风道,三叉排风器的作用是保证瓦斯永远按要求的风流方向运动,防止风流方向逆转。综合装置,能够降低煤矿井下煤仓的全部瓦斯,彻底治理采煤矿井下煤仓瓦斯积聚的问题,从而达到煤矿井下安全生产的目的。

煤矿井下煤仓瓦斯积聚治理装置的防砸问题分析如下:煤仓高度假如在20～90m之间,本实用新型煤矿井下煤仓瓦斯积聚治理装置不太适应,容易造成大的弯曲和折损,但在采煤区由于地压的影响井下煤仓(反井)很少设计这个高度。煤仓(反井)高度假如在10～20m之间,采煤区绝大部分井下煤仓在这个高度,本实用新型煤矿井下煤仓瓦斯积聚治理装置比较适应,溜煤中含矸石量的多少或矸石的大小对该装置有直接影响,矸石的重力加速度对该装置冲击力是G=mg=(1～20)×9.8=(9.8～196)N,矸石的max冲击力为196N,装置材质采用受力为389～468N。因此,装置能够承受矸石冲击力不会损害折断,如连续撞击会造成疲劳损伤而影响装置使用寿命,井下煤仓使用寿命最长一年左右,装置材质使用寿命包括腐蚀可以保证一年。

四、装置特点与实用价值

煤矿井下煤仓瓦斯积聚治理装置有以下特点:煤矿井下煤仓瓦斯积聚治理装置结构简单,管理方便,不需经常维修,简便易行,无需专人操作,易于推广使用。煤矿井下煤仓瓦斯积聚治理装置是安全、经济、永固构造设施,一次安装、永久使用、经济实用,同时装置永固、无动力的构造设施,确保了该系统的安全性。

实用新型煤矿井下煤仓瓦斯治理装置是无噪音、无动力、无污染的通风构造设施,属于环保节能型产品。煤矿井下煤仓瓦斯积聚治理装置的技术发明属于国内首创,填补了我国煤矿井下煤仓瓦斯治理的空白,开创了我国无动力治理瓦斯新经验和先例,实现了煤矿井下煤仓永久性的瓦斯治理。由于该系列装置结构简单,管理方便,不需经常维修,无需专人操作,具有简便易行、经济实用、安全可靠等优点,在全国煤炭行业推广使用,具有深远的现实意义。

参考文献

[1]陈红.中国煤矿重大事故中的不安全行为研究[M].北京:科学出版社,2006

[2]中国统计年鉴(2000～2007年)[M].北京:中国统计局出版社,2008

[3]美国能源信息管理机构.www.eia.doe.gov. Coal Production,(1949～2008)

[4]张盼福.煤矿井下瓦斯治理技术的应用.煤矿井下煤仓瓦斯治理装置.2008(9)

瓦斯利用 篇4

1 瓦斯涌出规律

一般认为, 掘进工作面瓦斯涌出主要是通过煤体瓦斯扩散、瓦斯渗流以及瓦斯解吸3个方面综合作用产生的, 其中瓦斯扩散符合菲克 (Fick) 定律, 瓦斯渗流符合达西 (Darcy) 定律, 而瓦斯解吸则符合朗格缪尔 (Langmuir) 理论。

1.1 瓦斯扩散

掘进工作面的瓦斯扩散属于非稳态扩散, 煤体内的瓦斯量随时间变化而变化, 即dc/dt≠0。因此根据气体扩散方程可以建立煤体瓦斯的三维扩散方程:

式中:q1为单位面积煤体截面的瓦斯扩散速度, m L/s;c为单位体积煤体内的瓦斯气体量, m L;D为扩散系数, m L/s。

由式 (1) 可知, 在煤体瓦斯扩散过程中, 瓦斯扩散量受到扩散界面的瓦斯浓度与扩散系数D的影响。井下掘进工作面瓦斯扩散前的浓度由煤体内的瓦斯含量决定, 而扩散系数D主要受到扩散介质结构的影响。因此可以认为在t时间内, 煤体瓦斯扩散量Q1可表示为:

1.2 瓦斯渗流

周世宁院士1965年[1]提出煤层瓦斯流动基本符合达西渗透定律, 这为我国瓦斯运移理论研究奠定了基础, 即:

式中:K为渗透率;μ为流体的绝对黏度, Pa·s;p为流体压力, Pa;q2为单位面积煤体瓦斯渗流速度, m L/s。

掘进工作面煤体瓦斯渗流的影响因素较多, 煤体本身的渗透性、地应力、煤体的温度、瓦斯压力、吸附作用等都会对煤体瓦斯渗流产生影响, 但是煤体温度、吸附特性等对瓦斯渗流的影响, 远小于煤体本身渗透特性、地应力以及瓦斯压力对瓦斯渗流的影响, 而地应力对煤体瓦斯渗流的影响也是通过影响或控制煤体渗透性来达到的, 因此可以认为影响煤体瓦斯渗流速度的主要因素是煤体的渗透性及煤体的瓦斯含量。

在t时间内, 煤体瓦斯渗流量Q2可表示为:

1.3 瓦斯解吸

大多数煤体都是一种天然的固体吸附剂, 其对瓦斯的吸附是典型的固相—气相吸附[2]。一般认为, 煤体对瓦斯的吸附符合Langmuir理论, 即对于同一种煤质, 煤体的极限吸附量a与极限解吸速度kd是恒定的。在单位面积煤体截面下瓦斯解吸速度v与被吸附的分子数有关, 而煤体的整体解吸速度q3与煤体瓦斯含量以及煤体暴露的新增表面积S相关, 即:

另外, 实验室研究表明, 受相同机械功作用, 煤体暴露的新增表面积S与煤体的坚固性系数f呈负指数相关关系[3], 即:

因此, 煤体的整体解吸速度q3的表达式为:

则t时间内, 落煤瓦斯解吸量Q3可表示为:

式中:kd为单位面积分子极限脱附 (解吸) 速度, m L/ (cm2·s) ;A0为t=0时刻单位面积煤体瓦斯吸附量, m L/cm2;A为单位面积煤体有效吸附量, m L/cm2;W为单位质量煤体受功, J/kg;a为单位面积煤体极限吸附量, m L/cm2;S为煤体暴露新增表面积, cm2;f为煤的坚固性系数;q3为单位面积煤体瓦斯解吸速度, m L/s;Q3为煤体瓦斯解吸量, m L。

1.4 瓦斯涌出量

上述分析表明, 煤体瓦斯涌出量Q应为煤体瓦斯扩散量、渗流量以及解吸量之和, 即:

在较长时间内的瓦斯涌出量Q只与煤体瓦斯含量相关, 这是因为扩散系数以及渗透性对瓦斯涌出量的影响都是一种在时间或空间上的延迟现象, 并不会真正影响煤体在相当长时间内的瓦斯涌出量。而短时间内的瓦斯涌出初始量则是受到煤体瓦斯含量、煤体物理力学性质共同的影响, 这也为通过瓦斯涌出初始量预警煤与瓦斯突出危险性奠定了理论基础。

2 瓦斯解吸特征的试验分析

2.1 煤体瓦斯含量对瓦斯解吸的影响

为了证明上述理论分析结果, 通过实验对同一煤质、不同吸附瓦斯压力条件下, 煤体瓦斯解吸曲线规律以及瓦斯解吸初始量进行对比。实验对粒径为1~3 mm的煤样分别充入瓦斯气体, 待煤样达到吸附平衡后 (文中吸附平衡时间都为48 h) , 煤样的吸附瓦斯压力分别为0.58、0.88、2.04、2.78 MPa, 4组煤样瓦斯解吸曲线测定结果见图1, 并利用经典乘幂关系式Q=αti对解吸数据进行拟合。

各煤样在不同压力条件下瓦斯解吸特征参数见表1。由表1可知, 煤样在不同瓦斯压力条件下解吸, 其最大的不同在于反映瓦斯解吸初始量的瓦斯解吸特征指标α随着瓦斯压力的增大, α呈显著的单一增大趋势;i的变化不大, 则规律性不强。通过进一步分析发现, 煤体的瓦斯含量或瓦斯压力与α呈指数关系, 当t等于1时, α即为瓦斯解吸初始量, 见图2。

2.2 煤体物理力学性质对瓦斯解吸的影响

同一煤质、相同瓦斯压力条件下, 不同粒径的煤样瓦斯解吸曲线也存在显著的差异。实验利用同一煤质、粒径分别为1~3 mm煤样与0.5~1.0 mm煤样, 皆充入瓦斯气体至吸附平衡后, 瓦斯压力为0.58 MPa, 瓦斯解吸曲线见图3。

由图3可知, 煤样的粒径对瓦斯解吸初始量的影响较大, 煤样粒径越小, 瓦斯解吸初始量也就越大, 并呈对数关系, 见图4。

实践证明, 工作面煤层越软, 落煤后小粒径的煤量在总煤量中的比重越大, 因此可以认为瓦斯解吸特征指标α与煤体物理力学性质具有显著的相关性, 煤的平均坚固性系数越小, 落煤粒径越小, α越大。

上述实验表明, 瓦斯解吸特征指标α与瓦斯含量呈上升关系, 与煤体物理力学性质呈下降关系;而煤与瓦斯突出危险性也与瓦斯含量呈正相关关系, 与煤体物理力学性质呈负相关关系。因此, 可以建立综合反映煤体瓦斯含量、煤体物理力学性质的瓦斯解吸特征指标α。

3 瓦斯解吸特征指标的建立

煤矿安全监控系统在掘进工作面3~5 m位置的监控数据能够准确地反映工作面真实的瓦斯涌出数据[4,5], 因此可以建立瓦斯解吸特征指标的计算模型:

式中:q为t时间内瓦斯涌出量, m3/min;α为瓦斯解吸特征指标;i为瓦斯解吸参数。

4 利用瓦斯解吸特征指标预测突出的验证

以贵州某矿管子巷“1·24”突出事故以及重庆某矿“2·21”突出事故为例, 突出前巷道瓦斯涌出浓度以及瓦斯解吸特征指标α的预测效果见图5~8。

通过对2次突出事故前瓦斯解吸特征指标α的变化情况分析可知, 当接近突出区域时, 瓦斯解吸特征指标α会出现显著增大的现象。因此, 可以通过瓦斯解吸特征指标α有效地预测井下掘进工作面的突出危险性。

5 结论

1) 煤体的瓦斯解吸初始量是受瓦斯含量、煤体结构综合作用的结果, 煤体瓦斯含量越大, 煤体粒径越小, 瓦斯解吸初始量就越大。

2) 建立了反映煤体瓦斯解吸初始量的瓦斯解吸特征指标α的计算模型。

3) 井下掘进工作面落煤期间瓦斯自然解吸过程中的瓦斯解吸特征指标α, 与工作面突出危险性呈正相关关系。

4) 通过突出预测实例验证, 表明瓦斯解吸特征指标α具有一定的适用性。

摘要：理论分析了掘进工作面瓦斯涌出主要受到瓦斯含量、煤体物理力学性质的影响, 并通过实验室煤样解吸试验, 研究了同一煤质、不同瓦斯压力、不同粒径、不同煤体力学性质的煤样在瓦斯解吸过程中存在的显著差异, 指出瓦斯解吸特征指标α可以较好地反映煤体的瓦斯含量、煤体物理力学性质的变化情况。通过现场实例验证了瓦斯解吸特征指标α对于预测预报煤与瓦斯突出危险的可靠性。

关键词：瓦斯解吸,煤与瓦斯突出,突出预测,瓦斯解吸特征

参考文献

[1]周世宁, 孙辑正.煤层瓦斯流动理论及其应用[J].煤炭学报, 1965, 2 (1) :24-36.

[2]近藤精一, 石川达雄, 安部郁夫.吸附科学[M].李国希, 译.北京:化学工业出版社, 2005.

[3]文光才, 周俊, 刘胜.对突出做功的瓦斯内能的研究[J].矿业安全与环保, 2002, 29 (1) :1-3.

[4]邹云龙, 赵旭生, 孙东玲, 等.利用炮掘工作面瓦斯涌出时间序列预测工作面突出危险性[J].矿业安全与环保, 2010, 37 (3) :7-10.

瓦斯利用 篇5

煤矿安全监察局关于印发煤矿瓦斯治理与利用实施意见的通知

（发改能源[2005]1119号）

各省（区、市）发展改革委（计委），神华集团、中国中煤集团、中联煤层气公司： 为了贯彻落实国务院第81次常务会议精神，做好全国煤矿瓦斯防治工作，有效遏制煤矿瓦斯事故多发的势头，充分利用煤矿瓦斯资源，煤矿瓦斯防治部际协调领导小组办公室组织有关专家，研究提出了《煤矿瓦斯治理与利用实施意见》，并经煤矿瓦斯防治部际协调领导小组第二次会议审议通过。现印发给你们，请尽快转发辖区内有关部门、单位和各类煤炭生产企业，在煤矿瓦斯防治工作中认真贯彻执行。

二○○五年六月二十四日

煤矿瓦斯治理与利用实施意见

为贯彻落实国务院第81次常务会议精神，进一步加大煤矿瓦斯集中整治力度，遏制煤矿重特大瓦斯事故多发的势头，建立健全防治煤矿瓦斯的长效机制，充分利用煤矿瓦斯资源，现提出以下实施意见:

一、指导思想。以“三个代表”重要思想和科学发展观为指导，坚持以人为本，关爱矿工生命，树立“瓦斯事故可以预防和避免”、“瓦斯是资源和清洁能源”的意识，贯彻“安全第一、预防为主”和瓦斯治理“先抽后采、监测监控、以风定产”的方针，完善与主体能源地位相适应的煤炭法律政策体系、煤矿安全技术标准体系，切实加强煤矿瓦斯治理与利用工作，努力建设本质安全型煤矿，确保能源供应安全和煤炭工业可持续发展。

二、治理与利用原则。坚持发展先进生产力原则，严格煤矿安全准入，加快淘汰落后工艺、技术、装备和管理模式；坚持“可保尽保、应抽尽抽、先抽后采、煤气共采”的原则，积极推广“高投入、高素质、严管理、强技术、重责任”等先进经验；坚持“以抽定产、以风定产、工程先行、技术突破、装备升级、管理创新、全面提高”的原则，正确处理瓦斯防治与煤炭生产的关系；坚持“以抽保用、以用促抽”的原则，大力发展瓦斯民用、发电、化工等。

三、分阶段治理目标。初步治理阶段（2005～2006年），控制一次死亡百人以上的特别重大瓦斯事故，瓦斯事故起数和死亡人数在现有基础上下降三分之一，实现煤矿安全状况稳定好转。基本治理阶段（2007～2010年），控制一次死亡50人以上的特别重大瓦斯事故，瓦斯事故起数和死亡人数在第一阶段的基础上继续下降三分之一，实现煤矿安全状况明显好转。根本治理阶段（2011～2012年），控制一次死亡10人以上的特大瓦斯事故，瓦斯事故起数和死亡人数在第二阶段基础上再下降三分之一，实现煤矿安全状况根本好转。

四、45户重点监控煤矿企业安全目标。到2006年底，一类企业（淮南、平顶山、阳泉、松藻、抚顺、天府、芙蓉、窑街、南桐、丰城、淮北、涟邵、阜新、铜川、焦作、郑煤、晋城、韩城、水城、盘江）建立起比较可靠的瓦斯防治系统；二类企业（沈阳、白沙、乐平、鸡西、徐州、开滦、大同、山西焦煤、鹤岗、峰峰、鹤壁、七台河、攀枝花、资兴、华蓥山）建立起比较完善的瓦斯防治系统；三类企业（通化、辽源、乌达、双鸭山、义马、广旺、达竹、平庄、宁夏、包头）建立起比较实用的瓦斯防治系统。

五、其他煤矿企业安全目标。积极采用机械化采掘技术，淘汰落后的生产方式和非正规采煤方法。按规定健全“一通三防”系统，高瓦斯、突出矿井全部实现瓦斯抽采、建立健全“一通三防”专门机构，按标准配足“一通三防”技术人员、专职瓦斯检测员、安监员、防突员。到2006年底，各类煤矿必须达到上述要求。

六、煤矿瓦斯抽采与利用目标。2006年，有开采保护层条件的矿井，开采保护层比例

达到30%以上；煤矿瓦斯抽采率达到30%以上；瓦斯（煤层气）抽采量达到40亿立方米。2010年，开采保护层比例达到90%以上；煤矿瓦斯抽采率达到50%以上；瓦斯（煤层气）抽采量达到100亿立方米。2006年，全国矿井瓦斯利用总量8亿立方米以上；已开展瓦斯利用的矿区，利用率提高到50%以上；尚未开展瓦斯利用的高瓦斯矿区必须实施瓦斯利用。2010年，利用总量50亿立方米以上，利用率50%以上。

七、加强对瓦斯防治工作的领导。各级政府要建立健全煤矿瓦斯防治工作机构，协调各方面力量，促进煤矿瓦斯治理与利用工作。要结合实际，突出重点，制定本地区煤矿瓦斯治理与利用的规划或方案，协调和帮助解决各种困难和问题。加强信息沟通和交流，取长补短，相互促进，逐步完善瓦斯综合治理的长效机制。

八、落实煤矿安全生产责任。认真贯彻执行国办发[2004]79号文件精神，各级煤矿安全监察机构，要加强对地方政府煤矿监管部门、煤矿企业安全职责落实情况的监察，对有法不依、有规不循造成严重安全事故的，要严肃处理有关责任人；地方政府安全监管部门要加大对瓦斯治理的监管力度，把安全监管要求落到实处；煤矿企业必须把瓦斯治理作为重点，落实法人及各类工作人员安全职责，为职工办理工伤保险。

九、严格现场作业管理。煤矿企业要把《煤矿安全规程》、《防治煤与瓦斯突出细则》等规范落实到生产和管理的全过程，落实到每一个人身上。积极推广应用《煤矿瓦斯治理经验五十条》等先进的作业和管理方法。

十、加大煤矿安全系统与装备改造的投入。煤矿企业要按规定提足、用好煤炭生产安全费用，健全完善矿井通风、瓦斯抽采、防灭火、综合防尘、监测监控等系统和装备，并确保系统、装备处于完好状态，发挥效用。

十一、加快采煤工艺改革。制定切实可行的规划，加快中小型煤矿的联合改造，合理集中和整合煤炭资源，实行集约化开发经营。各类煤矿必须建立独立可靠的采区通风系统，每个采区内同时作业人员不得超过100人。2007年底之前，全国规模以上煤矿要基本实现壁式正规化采煤工艺。国家鼓励大型煤炭企业兼并改造中小煤矿，鼓励资源储量可靠的中小煤矿进行资产重组和联合改造。

十二、推进科技进步。煤矿企业要学习和应用国家“九五”、“十五”科技攻关和其他科技成果，重点推广应用高产高效开采、瓦斯预测、瓦斯抽采、矿井通风、煤与瓦斯突出防治、隔抑爆技术、瓦斯监测监控与预警、瓦斯煤尘爆炸事故预防、事故应急救援、瓦斯利用等技术与装备。

十三、提高职工队伍素质。发挥高等院校的作用，培育煤矿瓦斯防治的专业人才。建立和完善职工教育培训机构，强制性进行全员安全培训、在职人员的再培训。提高矿工劳动保障水平，提高煤矿工人入井等津贴标准和收入水平，保持职工队伍稳定。

十四、加强国际技术交流与合作。积极开展国际交流与合作，认真学习和借鉴国外先进的瓦斯治理与利用技术和管理经验。研究制定切实可行的鼓励政策，广泛吸引有关国际组织和企业财团参与我国煤矿瓦斯治理与利用。进一步提高煤层气产业对外开放水平，形成大规模有序开发的新局面。

十五、完善煤炭法律法规体系。完善煤矿安全准入管理办法，严格煤矿安全生产、“一通三防”装备和人员素质基本条件，建立煤矿专业技术岗位和特殊工种职业准入制度，严格技术岗位人员配备标准。

十六、健全煤矿安全技术和管理标准。尽快完善和制定煤矿安全生产技术标准、安全评价标准、瓦斯治理与利用技术和装备标准、安全管理标准、煤层瓦斯地面抽采技术标准、《煤矿瓦斯利用安全质量标准化标准及评分细则》和《煤矿瓦斯利用设计规范》。

十七、鼓励瓦斯抽采和利用。制订瓦斯超标排放惩罚办法,研究出台有关政策鼓励煤矿抽采和利用瓦斯。2020年以前，地面抽采项目免交探矿权和采矿权使用费，煤矿瓦斯抽采

利用及其它综合利用项目实行税收优惠政策，具体实施办法由财政部会同有关部门研究制定，上报国务院批准后实行。煤矿瓦斯发电项目享受《可再生能源法》规定的鼓励政策。工业、民用瓦斯销售价格不低于等热值天然气价格。根据《京都议定书》规定，鼓励煤矿瓦斯利用开展清洁发展机制项目合作。

十八、支持瓦斯治理与利用技术改造。按照“企业负责、政府支持”的原则，国家继续利用中央预算内投资、国债资金，支持煤矿瓦斯治理与利用技术改造。各级地方政府也要安排配套资金，专项用于支持煤矿瓦斯治理与利用。

十九、支持瓦斯治理与利用科技攻关。国家增加科研资金投入，开展瓦斯治理与利用基础理论、关键技术、重大装备研究开发和专项攻关。国家组建煤层气等国家工程研究中心，支持国家认定企业技术中心的建设。对符合国务院有关规定条件、专项用于煤矿瓦斯治理与利用科技研发的进口设备免征进口环节增值税。

二十、支持瓦斯治理与利用示范工程建设。国家支持建设各类煤矿瓦斯治理与利用示范工程，包括高瓦斯、高地温、高地压、煤层群条件下的瓦斯综合治理与利用示范工程；严重突出矿井瓦斯综合治理与利用示范工程；自燃发火严重高瓦斯矿井瓦斯综合治理与利用示范工程；瓦斯综合治理与利用的技术研发与装备制造示范工程；煤层瓦斯地面、井下综合抽采与利用示范工程。

低浓度煤矿瓦斯的利用方法 篇6

1 低浓度瓦斯的利用现状

国家《煤矿安全规程》规定, 甲烷含量低于30%的瓦斯为低浓度瓦斯 (煤层气) 。近些年, 我国瓦斯抽采利用工作取得了重大进展, 2005年全国煤矿抽采瓦斯23亿m3, 利用9亿m3, 利用率42.6%;2006年全国煤矿抽采瓦斯32.4亿m3, 利用11.5亿m3, 利用率35.5%;2007年, 全国瓦斯抽采47.35亿m3, 利用14.46亿m3, 利用率为30.5%[2]。2008年煤矿瓦斯抽采量已达到52亿m3。然而, 约80%的瓦斯是采用卸压抽和采空区抽瓦斯的方法获得, 抽出瓦斯的浓度较低, 55%以上的抽采瓦斯浓度低于30%, 从总体上看, 煤层气抽采进展较快, 但利用进度较慢, 特别是低浓度煤层气利用率低, 多数矿井瓦斯抽放浓度在25%左右, 国家《煤矿安全规程》规定, 抽放瓦斯利用时浓度不得低于30%, 因此目前几乎所有的煤矿都将甲烷浓度低于30%的瓦斯直接放空排入大气。据不完全统计, 我国每年在采煤的同时排放的纯瓦斯近200亿m3, 与“西气东输”量相当[3]。究其原因一方面与矿井的瓦斯抽放规模有关, 许多矿井主要依靠移动抽放泵抽放瓦斯, 抽出的瓦斯浓度低[4];另一方面, 许多煤矿企业存在“重煤轻气”的观念, 煤矿瓦斯抽放仍基于保证煤矿安全生产的目的, 观念有待更新, 这也限制了抽放瓦斯利用率的提高;其次是技术上, 尤其是针对低浓度瓦斯的利用, 输送以及提纯的成熟技术较少, 煤矿瓦斯的利用主要集中于瓦斯抽采量以及瓦斯抽采率较高的国有重点煤矿区, 而且现有煤矿瓦斯利用以民用和工业燃气为主[5]。

2 低浓度瓦斯的利用途径与技术

瓦斯是一种热值高, 无污染的宝贵能源, 对煤矿瓦斯进行抽放并加以利用, 不仅可以减少对环境的污染, 还可以给煤矿带来较好的经济效益, 因此合理开发和利用煤矿瓦斯具有节能和环保的双重意义。

1) 低浓度瓦斯的分离提纯。低浓度瓦斯的提纯技术有变压吸附、膜分离技术以及低温液化技术[6]。提纯后的气体相对于井下抽采的原料气甲烷含量可以达到90%以上, 而且氧含量大幅度减少, 这样就可以解决低浓度瓦斯气体直接用于民用燃料不能进行长距离输送的问题, 扩大了低浓度矿井瓦斯的利用范围, 产生规模效益。同时低浓度瓦斯提纯分离也面临设备复杂, 投资大, 功耗高, 市场推广价值低等问题。2) 低浓度瓦斯发电。低浓度瓦斯中甲烷浓度在5.5%～16%时具有爆炸危险, 甲烷浓度在7%～8%时最易爆炸, 当甲烷浓度在9.5%时爆炸威力最强, 其速度可达2 000 m/s～3 000 m/s, 同时产生巨大的能量, 低浓度瓦斯发电也正是利用了甲烷的这一特性。低浓度瓦斯发电机组与高浓度瓦斯发电机组工作原理基本一致, 都是采用瓦斯爆炸做功发电, 不同之处是为保证低浓度瓦斯的安全输送, 采用了细水雾输送技术, 输送管路上设置湿式水位自控阻火器和金属波纹带瓦斯管道专用阻火器[3]。由我国胜利油田胜利动力机械集团有限公司自主开发的“低浓度瓦斯的细水雾输送技术以及安全利用技术”成功解决了低浓度瓦斯的利用难题, 并在安徽淮南煤矿建设了世界首座低浓度瓦斯发电站, 于2005年12月25日开机运营, 该技术将瓦斯的利用范围扩大到6%以上。截至2010年该项技术推广年瓦斯利用量将达到20亿m3, 相当于节省195万t标准煤, 同时减排2 500万t CO2。3) 乏风瓦斯氧化技术。乏风瓦斯, 指煤矿通常采用大量通风来排放的煤矿瓦斯。煤矿乏风有流量大、瓦斯浓度低、浓度波动大的特点, 我国每年通过乏风排入大气的甲烷约为100亿m3～150亿m3, 矿井乏风中的甲烷浓度非常低, 一般在0.2%～0.75%之间。由于煤矿乏风中甲烷含量极低, 如果进行分离提纯, 耗能要远远超过获取甲烷的能量, 同时该浓度范围的甲烷不能直接燃烧, 目前采取的措施是直接排空[3], 造成了巨大的能源浪费和环境污染。因此, 如何治理和利用矿井乏风瓦斯, 也是目前我国在瓦斯治理及利用方面面临的紧迫任务。我国胜利油田胜利动力机械集团有限公司开发的煤矿乏风甲烷氧化技术是目前国内唯一通过现场工业性试验的技术成果。2007年8月, 国内首台乏风瓦斯氧化装置顺利通过国家发改委组织的专家团评议。2007年12月, 成功研制60 000 Nm3/h氧化装置。乏风瓦斯热逆流氧化装置主要由固定式逆流蜂窝陶瓷氧化床和控制系统两部分构成。矿井乏风中的甲烷发生氧化反应, 生成二氧化碳并产生热量, 反应产生的热量可以用来取暖或发电。不仅减少了温室气体的排放, 同时也带来较好的经济效益。

3 结语

中国是目前世界上最大的煤炭生产国和消费国, 低浓度瓦斯利用技术的开发和创新不但提高了煤矿瓦斯的利用率, 使煤矿瓦斯的零排放成为可能, 同时也为瓦斯资源的合理利用开辟了崭新的天地。2009年12月召开的哥本哈根联合国气候变化会议上, 中国高调提出温室气体的减排目标:到2020年我国单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%～45%, 目前我国正处在经济高速发展阶段, 节能减排面临的形势依然严峻。其中煤矿瓦斯的抽采以及合理利用, 尤其是低浓度瓦斯的合理利用对控制温室气体的排放, 发展低碳经济、促进我国能源的综合利用, 实现煤炭企业的可持续发展都有重要的现实意义。

参考文献

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[2]郭东.低浓度煤层气资源利用现状及效益分析[J].中国煤层气, 2008 (3) :42-48.

[3]李洪.中国煤矿企业低浓度瓦斯的安全利用[J].中国煤炭, 2009 (1) :14-16.

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[5]张新华.对我国煤矿瓦斯利用技术研究及探讨[J].科技信息, 2008 (23) :309-340.

浅谈煤矿瓦斯的综合利用 篇7

煤矿瓦斯如不加以利用, 直接排放到大气中, 其温室效应约为CO2的21倍。据不完全统计, 2005年我国煤田中排出的瓦斯130多亿m3 (折合纯CH4) , 2006年前10个月瓦斯利用率仅23%, 利用量却不到10亿m3, 其余部分均被排入大气。如果将我国排放的煤矿瓦斯中的40亿m3用来发电, 可发电130亿kWh, 相当于为国家节约了570万t标准煤和减排了5 000多万t CO2, 并可创造大量就业岗位, 经济、社会及环保效益都十分显著。

1 国外瓦斯利用状况

目前, 世界上煤层气商业化开发比较成功的国家主要有美国、加拿大、澳大利亚、英国等。其中, 以美国的煤层气产业化经营最成熟, 发展速度也最快。自20世纪70年代末至80年代初美国率先成功开采煤层气以来, 经过20多年不断地开发和研究, 煤层气已成为美国重要的能源。

澳大利亚煤层气产业化发展得也相当快。目前, 煤层气的生产已成为昆士兰地区天然气工业的重要组成部分。

英国、俄罗斯、乌克兰、波兰等国家煤矿瓦斯抽放和利用已有多年历史。其中, 英国主要把煤层气用于发电或汽车燃料;乌克兰主要用于供暖、汽车燃料;日本除把煤层气用作发电和内燃机燃料外, 还用来作为廉价的化工原料。

2 国内瓦斯利用现状

据不完全统计, 我国每年抽排的煤层气资源与开采的常规天然气资源相当, 但利用率却很低。大规模的开发利用还在发展中。

造成我国煤矿瓦斯利用率偏低的主要原因:①抽排瓦斯浓度较低, 按目前的技术水平和相关的安全规程, 只能排空而难以利用;②抽采规模小而分散, 不便于集中利用;③缺乏政府和相关优惠政策的支持。

3 不同浓度瓦斯的综合利用

从世界范围看, 煤矿瓦斯利用主要集中在民用、发电、工业燃料及化工原料等方面。随着科技的不断进步, 瓦斯利用技术日趋成熟。

3.1 甲烷含量30%以上的高浓度含瓦斯气体利用

甲烷浓度在30%以上的煤矿高浓度含瓦斯气体约占5%。目前主要有以下几种利用方式:

(1) 民用瓦斯燃气。阳泉、抚顺矿区规模较大, 年利用量在6 000万m3以上;淮南矿区已具备同时向10万户居民供气的储配能力。

(2) 工业瓦斯锅炉。分中、低压供气和热水、蒸汽供热, 国内生产厂家定型产品有:广东迪森、上海新业、青岛四方、太原绿威等。晋城、淮南等矿区已应用工业瓦斯锅炉。

(3) 瓦斯发电。目前具有成熟的瓦斯发电技术。可以利用瓦斯发电上网, 实现远距离输送, 做到就地转化, 转化为高品质、高价值的电力, 内燃机发电方便、转化效率高。贵州盘江煤电集团公司土城矿苏家营瓦斯发电厂就是利用井下抽放的煤层气作为燃料发电, 装机容量为5 700 kW, 每年发电1 400多万kWh, 还充分利用余热为矿区供暖和提供热水。

3.2 甲烷浓度6%～30%的含瓦斯气体发电

甲烷浓度在6%～30%的煤矿含瓦斯气体约占总量的11%, 该类瓦斯除部分采用低浓度瓦斯发电机组发电外, 基本处于排空状态, 可利用的潜力巨大。

2005年10月, 山东胜动集团研制出500 kW低浓度瓦斯发电机组, 标志着我国低浓度瓦斯利用的新纪元。该机组的成功运行要解决2个世界性的难题:一是安全问题 (防爆问题) 。即采用何种技术措施来保证安全, 是否得到国家安全部门的认可, 并已应用。二是机组对瓦斯的适应性问题。即采用何种技术, 保证机组适应低浓度瓦斯的特点, 并能高效运行。“胜动”机组的技术优势:①电控混合技术;②数字点火技术;③缸温控制技术;④稀薄燃烧技术;⑤增压中冷技术;⑥低压进气技术。

以淮南谢一矿低浓度瓦斯发电站为例, 该矿利用甲烷浓度为6%～23%的煤矿井下含瓦斯气体为原料, 于2005年9底从胜动集团引进6台500 kW低浓度瓦斯发电机组, 装机容量为3 000 kW。同年11月1日机组正式运行。该机组的成功运行, 标志着我国解决了6%以上低浓度瓦斯抽排放空问题, 不仅拓展了瓦斯综合利用空间, 有效地利用了资源, 而且对促进煤矿安全生产、减少温室气体排放有重大意义。

由上可知, 发电已成为瓦斯综合利用最为直接、有效的途径。

3.3 煤矿乏风瓦斯利用

80%以上煤矿含瓦斯气体的甲烷含量是低于5%的。目前, 采取的主要措施是将瓦斯直接排空, 以减少煤矿安全生产的隐患。但随着逆流反应器 (VOCSIDIZER) 技术的发展, 乏风瓦斯的利用将不再是难题。

VOCSIDIZER装置由一个钢制容器组成, 内部是陶瓷床, 加热元件位于陶瓷床的中央。其工作原理:先用电将陶瓷床中心部分加热到1 000 ℃, 然后使乏风瓦斯通过床体。当乏风瓦斯通过床体中部高温区时甲烷迅速氧化, 通过热交换, 氧化的热能被传递到陶瓷床材料的周围。热交换的效率很高, 在一个平衡系统中, 入口处和出口处气体的温差仅有40 ℃。为了维持床中央的高温区域, 气流的方向必须在自上而下和自下而上之间来回调换。整个氧化过程只在陶瓷床内部发生, 没有火焰, 温度的水平分布非常均匀。由于温度变化不大, 不产生瞬时高温, 所以甲烷的氧化效率很高, 且没有氮氧化物产生。

1994年, VOCSIDIZER试验装置首先安装在英国一家煤矿, 其矿井乏风瓦斯含量为0.3%～0.6%, 流量为8 000 m3 /h。2001年, 第2套试验装置安装在澳大利亚必和必拓公司的APPIN煤矿, 该矿乏风甲烷浓度为1%, 整套装置成功运行了近 1 a, 将矿井乏风中90%的能量回收用于生产热水。不久, 必和必拓公司又在WESTCLIFF煤矿安装了第3套装置, 每小时处理矿井乏风250 000 m3, 其甲烷浓度为0.9%, 回收的能量用于产生过热蒸汽, 并运行1台6 MW蒸汽轮机。2007年9月14日, 该项目正式投入运转, 从而成为世界上首个满负荷运转的乏风瓦斯发电站 (甲烷平均含量为1%) 。

4 结语

煤矿瓦斯作为一种曾被浪费掉的清洁能源, 充分利用好它, 既可减轻煤矿安全生产的压力, 又能为企业创造良好的经济效益。此外, 还可以实现甲烷的“零排放”, 降低对环境的污染。

参考文献

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[2]张皖生, 唐力朝.煤矿瓦斯发电现状与前景分析[J].中国煤层气, 2005, 2 (4) :23-26.

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[4]陈芳, 彭小亚, 卢小燕.我国煤矿瓦斯的回收与综合利用[J].山西焦煤科技, 2008 (11) :17-18.

[5]陈宜亮, 马晓钟, 魏化兴.煤矿通风瓦斯氧化技术及氧化热利用方式[J].中国煤层气, 2007 (4) :27-30.

高炉瓦斯泥综合利用技术述评 篇8

本文在简要介绍瓦斯泥的矿物特征的基础上, 对瓦斯泥的主要回收技术进行了综述和评价, 为企业处理和利用该类二次资源提供参考。

1 瓦斯泥的矿物特征

瓦斯泥颗粒细 (粒径小于0.074 mm的颗粒占50%~80%) 、密度小 (堆密度小于0.5 g/cm3) , 干燥时极易扬尘, 造成环境污染。瓦斯泥的主要成分为铁氧化物、焦炭、脉石以及锌氧化物, 并掺杂有相当数量的碱金属及碱土金属。其中, 铁矿物主要为假象赤铁矿及嵌布在其中的磁铁矿, 全铁含量一般为30%~45%, 铁含量低;焦炭含量约为10%~25%, 颗粒相对较粗;脉石的主要成份为Si O2和Ca O;锌以氧化物及铁酸盐固溶体的形式存在, 一般富集于较细的颗粒中, 其含量因生产原料及工艺的不同而有所差别, 最高可达15%以上。

瓦斯泥是高温产物, 细粒矿物在高温作用下熔融在一起, 选矿难度大, 有价元素的回收率较低。由于颗粒细, 瓦斯泥中含有的焦粉、低熔点金属等易燃物易与空气中的氧发生反应, 其中的碱金属与碱土金属极易与水化合, 具有一定的腐蚀性。

由此可见, 瓦斯泥成分复杂且有价元素含量较低, 其成分含量及理化性质随生产工艺条件的变化而变化, 给回收利用带来了一定的困难。

2 瓦斯泥的综合利用

2.1 瓦斯泥直接用于制备炼铁炉料

将瓦斯泥直接用作铁矿烧结或球团的原料是最简便的瓦斯泥处理方法, 也是最早使用的方法。该法的优点是:可直接利用现有炼铁工序, 无需额外设备投资, 工艺简单, 成本低;炼铁炉料产量大, 可利用的瓦斯泥量多, 见效快;瓦斯泥在总原料中所占比较低, 瓦斯泥的成分在一定范围内波动不会影响生产的稳定性。

河北钢铁集团宣钢公司、上海梅山 (集团) 有限公司、鞍钢股份有限公司等企业将部分瓦斯泥或瓦斯灰直接用于烧结, 不仅利用了废弃资源, 还改善了烧结指标[3,4,5]。鞍钢股份有限公司[6]研究将瓦斯泥用于生产球团矿, 将烧结的瓦斯泥部分配加到球团矿中, 可以消除球团还原时的异常膨胀现象, 提高球团的还原度, 改善球团矿的软融性和高温还原性能。但该方案未能处理剩余瓦斯泥。

有研究报道, 将瓦斯灰与煤粉混合喷吹不仅可有效利用瓦斯灰中的有用物质, 还可达到降低焦比、提高产量、利于炉况稳定运行的目的[7,8]。但瓦斯灰成分的波动可能对炉况的稳定性造成影响, 且瓦斯灰与煤粉在物理性质上的差异易造成运输困难, 因此整体技术尚不成熟, 有待进一步研究。

将瓦斯泥直接用于炼铁炉料的制备, 其中的锌等金属无法得到有效脱除而不断富集, 增加了高炉锌负荷 (高炉锌负荷应低于110~130 g/t) , 影响生产。

2.2 瓦斯泥有价成分的富集回收

瓦斯泥中富含铁、锌、碳等有价成分, 通过合理的分离方法可富集回收其中的有价成分, 作为优良的冶炼原料, 变废为宝。研究较多的瓦斯泥有价成分的富集回收方法主要包括选矿法、化学浸出法和直接还原法等。

2.2.1 选矿法

选矿法是根据瓦斯泥中铁、碳、锌的性质及分布特点, 采用一定的方法提取相应的成分或使三者各自分离。炭的密度较其他矿物小, 使用合适的重选介质可使炭与其他矿物分离;瓦斯泥中的铁矿物具有一定的磁性, 而含锌矿物的磁性较弱, 可通过适宜的磁选工艺使二者分离;而锌主要存在于细粒矿物中, 使用摇床、旋流分离等方法分选细粒矿物, 可实现锌的富集[9]。

上海梅山 (集团) 有限公司利用弱磁—强磁选的选矿工艺从瓦斯泥中回收铁精矿[4,10,11]。实验结果表明, 铁精矿产率和铁含量均达到52%以上, 铁回收率大于70%, 脱锌率大于50%。将铁精矿适量配入烧结原料中使用, 完全可达到冶金行业烧结原料中锌含量小于0.1%的标准, 满足高炉冶炼要求。

鞍钢股份有限公司与高校合作研究了针对瓦斯泥的单一重选、磁选、浮选的选别流程以及反浮选—磁选联合、重选—磁选联合和重选—反浮选—磁选联合的选别流程[12]。实验结果表明:采用单一的重选、磁选、浮选均难以充分回收瓦斯泥中的铁矿物;而各种联合工艺的分离效果均较好, 可获得铁含量61%、铁回收率55%的铁精矿, 铁精矿产率为40%。

天津泰达环保有限公司[13]采用三级水力分离工艺将瓦斯泥分离成3股精矿和1股尾矿, 最终得到铁含量分别为68%和75%的铁精矿和碳精矿, 铁、碳的资源回收率达86%。

曹克等[14]利用水力旋流分级法成功将瓦斯泥分为粗细两部分, 锌集中在细粒中, 低锌粗粒中铁的含量与进口矿石相当, 成为优良的炼铁原料。

使用选矿法可选择性地分离瓦斯泥中的有效成分, 使铁、碳、锌均得到利用。该方法受瓦斯泥成分波动的影响较小, 可借鉴现有的成熟工艺, 投入少, 成本低。但选矿法的尾矿中仍含有相当数量的金属, 资源的综合利用率有待提高, 选矿废水的处理也是需要解决的问题。

2.2.2 化学浸出法

化学浸出法是通过化学浸出的方法使瓦斯泥中的锌进入溶液, 进而分离的一种方法。一般应用于高锌含量锌矿的提锌生产。瓦斯泥中的锌主要以氧化物形式存在, 氧化锌是一种两性氧化物, 可溶于酸、碱和铵盐。使用相应的浸出剂可使锌浸出, 而铁基本不溶解或微溶, 从而达到锌铁分离的目的。浸出后矿渣中的锌含量降低, 可返回炼铁工序。

化学浸出法主要用于提取瓦斯泥中的锌, 针对性强, 效果明显。根据浸出剂的不同, 化学浸出法可分为酸浸法、碱浸法和氨浸法。酸浸法可获得较高的锌浸出率, 但易带入铁等其他金属杂质, 且酸性环境对设备腐蚀严重, 投资高;碱浸法可以减轻设备损耗, 但试剂消耗大, 且反应过程需要加热, 能源投入大;氨浸法可获得纯度较高的含锌浸出液, 但氨溶液容易水解挥发, 生产环境差[15]。另外, 化学浸出法处理量较低, 难以大规模回收瓦斯泥资源, 一般需联合其他工艺进一步富集锌;同时浸出过程会产生大量废水, 带来环保方面的问题。

2.2.3 直接还原法

直接还原法是将瓦斯泥与还原剂在高温下还原焙烧, 使锌还原成单质锌, 因锌的沸点低, 可挥发进入烟气, 在烟气冷却时固化并以氧化物的形式进入粉尘, 最终得到含氧化锌较高的烟尘和含金属铁的脱锌瓦斯泥。瓦斯泥中的碳可充当部分还原剂。直接还原法处理含锌瓦斯泥具有反应快、处理量大、脱锌率高等优点, 是目前应用较为广泛的瓦斯泥处理方法之一。

根据主体还原工艺的差异, 直接还原法又可分为隧道窑法、回转窑法和转底炉法。鞍钢集团耐火材料公司[16]利用隧道窑法处理含锌瓦斯泥。将瓦斯泥与还原剂加入反应罐, 在隧道窑中于900~1 100℃下反应10~20 h, 锌还原挥发后经锌蒸气收集系统富集, 反应后的瓦斯泥锌含量极低, 可直接用于高炉冶炼。隧道窑法处理瓦斯泥工艺简单, 处理量大, 适应性强, 可有效降低瓦斯泥及其他含锌物料中的锌含量, 但隧道窑法所需材料及设备较多, 基础建设投资大, 窑车易损坏且维修不便, 此外为保证较高的锌挥发率, 焙烧及冷却时间较长。

回转窑法一般是将瓦斯泥与还原剂制成球团, 经干燥、预热、还原焙烧、冷却等工艺过程使锌还原挥发, 铁则还原为金属铁。国内昆明钢铁控股有限公司、湘潭钢铁集团有限公司、邯郸钢铁集团有限责任公司等企业均使用回转窑法处理瓦斯泥。与隧道窑法相比, 回转窑法采用机械转动, 物料反应更充分, 反应时间缩短, 但在高温和还原性气氛下处理低锌高铁的物料时易发生结圈[17]。针对回转窑法结圈的问题, 攀枝花钢城集团有限公司[18]向瓦斯泥中添加约20% (w) 的焦粉并混匀, 在混合料的发热量为6.7~8.4 k J/kg、还原温度为1 000~1 100℃的条件下, 得到含锌45%以上的氧化锌微粒和含铁大于50%、含氧化锌低于1%的金属化炉渣, 有效解决了回转窑法结圈的问题, 并缩短了窑期。

采用转底炉法处理瓦斯泥, 热量以辐射的形式从炉壁传至料层表面, 料层高度仅为20~30mm, 炉内温度一般为1 250~1 350℃, 炉内反应时间一般为20~30 min[19,20]。转底炉法有效避免了回转窑法的结圈问题, 可使用煤粉作为还原剂, 对原料的要求较灵活, 能够处理钢铁厂所有粉尘。但由于炉内反应时间短, 对于含锌高的尘泥处理后残余锌含量仍较高;烟气中低熔点物质冷却时易造成换热器的堵塞, 影响系统稳定。佟志芳等[21]采用转底炉工艺, 对锌含量1.28%、铁含量43.61%的瓦斯泥造球后使用马弗炉还原焙烧, 在1 200℃下焙烧20 min, 可获得锌含量低于0.1%、铁含量高于65%、金属化率大于80%的金属化球团。甘肃酒钢集团宏兴钢铁股份有限公司[22]、中冶南方工程技术有限公司[23,24]等企业也通过转底炉法处理含锌粉尘, 并生产氧化锌和金属化球团, 且申请了相关技术专利。

2.2.4 其他方法

德国科特纳公司开发了Oxy Cup竖炉工艺, 将原料压块后置于炉内进行高温还原, 铁形成铁水后通过虹吸系统出炉, 而锌和碱金属被收集到过滤器中, 洗涤后加工成富锌泥饼。该工艺可处理大部分含铁原料, 直接生产铁水, 锌脱除率高, 处理规模大, 但投资成本较高。德国蒂森钢铁集团采用该工艺处理含锌含铁尘泥取得了良好的经济效益。

循环流化床也可用于处理瓦斯泥等含锌粉尘, 但气流的冲击极易带出细小的粉尘, 堵塞管道, 降低氧化锌粉的锌含量。微波法、等离子法等瓦斯泥处理方法在国内仍处于实验室研究阶段, 有待进一步开发。

2.3 瓦斯泥开发新产品

瓦斯泥具有颗粒细、质地软、表面活性高等特点, 其中的炭粉具有吸附作用, 可作为絮凝剂或胶凝材料使用。

黄石水泥厂将高炉瓦斯灰用作水泥生产原料, 不仅可提高产量, 还能节约电耗, 提高水泥品质[25]。杨光华等[26]以瓦斯泥、粉煤灰等为主要原料, 采用蒸养的方法生产墙体材料, 在瓦斯泥添加量低于30% (w) 的条件下, 所得墙体砖的抗压、抗折及膨胀率等指标均符合国家标准。

李善评等[27]利用高炉瓦斯灰处理印染废水, 瓦斯灰中含有的铁及其氧化物和活性炭粒等可形成腐蚀电池, 活性炭粒可吸附印染废水中的杂质。处理后COD小于100 mg/L, COD去除率大于87%, 脱色率大于95%, 水质清澈透明, 各项水质指标均符合国家排放标准。唐光临等[28]使用瓦斯泥配加铁屑处理焦化废水, 铁屑与瓦斯泥中的炭形成原电池, 具有很强的吸附和降解能力, 在适宜的条件下, COD去除率可达50%。

利用瓦斯泥开发具有附加值的新产品, 不仅可以解决企业面临的环保问题, 还可节约资源, 给企业带来利润。但针对这方面的研究相对较少, 规模化生产技术尚不成熟, 有待进一步开发。

3 国内瓦斯泥利用技术的发展

随着国家对环保要求的进一步提升以及企业高炉锌负荷的不断增长, 企业对瓦斯泥等冶金尘泥的回用越来越重视。近几年, 许多企业均引进了瓦斯泥综合利用新技术。其中, 转底炉法因工艺简单、处理效果好而最受欢迎。国内处理瓦斯泥等含锌粉尘的技术已趋于成熟, 瓦斯泥的处理从堆存或直接用作铁矿烧结, 到采用选矿法、化学浸出法和直接还原法等方法富集其中的有价成分, 处理成本提高, 但先进的工艺降低了高炉锌负荷, 使炼铁成本降低, 同时更充分地利用了资源, 挖掘了它的潜在价值, 为企业带来了额外的经济效益。

4 结语

瓦斯利用 篇9

关键词：开采方法,地质构造,瓦斯赋存,治理措施

1基本情况

1.1煤层与煤

我矿区范围内4煤层属于沉积稳定的煤层, 但大部分受岩浆岩侵蚀, 其他较薄区域没有被侵蚀。在开采区域内, 煤层厚度为0.55~0.75m, 平均0.6m。煤层变质程度较高。

4煤均一结构, 以镜煤为主, 夹少量亮煤和暗煤, 为光亮型煤。煤层黑色, 玻璃光泽, 容重1.4t/m3, 硬度较高, 外生裂隙发育, 断口阶梯~贝壳状, 灰份 (Ad) :原煤14.57~18.47%, 平均15.96%。挥发份 (Vdaf) :原煤7.45~13.26%, 平均11.79%。全硫 (Std) :原煤1.59~2.06%, 平均1.76%。发热量 (Qqrd) :平均28.46MJ/kg。粘结性指数 (GRI) :1~2。综上所述, 4煤为低中灰、中硫、高发热量、无粘结性的贫煤。

1.2煤层开采

4煤层第一个采区为410采区, 开采标高-202-420m地面垂深322~540m煤层瓦斯吨煤含量6.0立方米/吨, 能够安全回采, 现在开采的420采区, 开采标高为-528~-617m, 煤层埋深633.0~737.0m, 比410采区增加200~300m左右, 煤层瓦斯吨煤含量8.0立方米/吨, 工作面瓦斯含量增大, 威胁安全生产。

1.3工作面的顶底板岩性

顶板:为一灰, 厚度0.3~1.10m, 平均0.7m, 灰色, 质地不纯, 泥质成分高, 为较稳定的标志层, 含贝壳类、海百合茎、珊瑚及腕足类化石。其上覆为6~10m厚的页岩, 致密, 韧性好;上为3.4~10.2m的砂质页岩;再向上为4~10.8m的细砂岩, 弱含水层。底板:为砂质页岩, 厚度6m左右, 灰~灰黑色, 为细粒长石石英砂岩, 泥矽质胶结, 较坚硬, 夹条带泥质结核, 裂隙较发育, 含植物根部化石, 局部有薄层粘土页岩伪底。

1.4工作面的几何尺寸及采煤方法

423采煤工作面位于420采区的东翼, 东边至岩浆岩侵蚀边界, 北边与南边都是实煤区, 标高-586.3~-555.2m, 工作面倾斜长80m, 走向长270m, 面积20805m�, 煤层平均厚度为0.65m, 储量1.9万t, 煤层倾角8~12°。在工作面范围内有一条断层。采煤方法为走向长壁后退式采煤方法, 全部垮落法管理顶板的开采方法。工作面最大、最小空顶矩内, 采用单体液压支柱配高强度板支护顶板, 放顶歩距, 见四回一板。

2地质构造及瓦斯赋存

2.1地质构造

地质构造对瓦斯赋存影响较大, 一方面造成瓦斯分布不均衡, 另一方面形成了瓦斯赋存或瓦斯排放的有利条件。不同类型的构造形迹, 地质构造的不同部位、不同力学性质和封闭情况, 形成不同的瓦斯赋存条件。

2.2瓦斯赋存

瓦斯是地质作用的产物, 瓦斯的形成和保存、运移和富集与地质条件关系密切。煤层内的瓦斯含量、瓦斯压力和地应力随地质构造复杂程度的不同存在着较大的差异, 瓦斯赋存条件和分布区域的主要地质因素。

(1) 煤层埋藏深度。当煤层瓦斯赋存封闭条件好的前提下埋藏深度增大时, 瓦斯一定深度范围内, 煤层瓦斯含量亦随埋藏深度的增大而增加;与煤层埋藏深度呈正比例关系。420采区与410采区比较煤层埋深增加200~300m左右, 工作面瓦斯含量增加2立方米/吨。煤层埋深每100m瓦斯含量增加1立方米/吨。

(2) 岩浆活动。岩浆活动对瓦斯赋存影响比较复杂。岩浆侵入含煤岩系或煤层, 在岩浆热变质和接触变质的影响下, 煤的变质程度升高, 瓦斯生成量和吸附能力增大。在缺少隔气盖层或封闭条件不好时, 岩浆的高温作用可以强化煤层瓦斯排放, 使煤层瓦斯含量减小。岩浆岩体有时会使煤层局部被覆盖或封闭, 形成隔气盖层.总体分析, 岩浆侵入煤层有利于瓦斯生成和保存的现象较为普遍。

4层煤大部分受火成岩侵蚀, 在侵蚀过程中形成大量的瓦斯, 又因为4煤层围岩封闭性好, 火成岩本身致密, 孔隙性差, 大量的瓦斯被包围在未被侵蚀的煤层中, 被煤层吸收。423切眼处为火成岩侵蚀的边界, 瓦斯含量高。

(3) 围岩条件。煤层围岩是指包括煤层直接顶、老顶和直接底板等在内的一定厚度范围的煤层顶底岩层。煤层围岩对瓦斯赋存的影响, 取决于它的隔气和透气性能。

4层煤顶板为一层灰岩, 灰岩上覆为6~10m厚的页岩, 直接底为砂质页岩, 致密, 封闭性好, 利于瓦斯的保存。这也是423回采工作面瓦斯含量高的原因之一。

(4) 煤变质程度。瓦斯在煤岩层有两种存在状态, 即游离态和吸附状态。煤中赋存状态以吸附状态最多, 约占煤中瓦斯总量的70%~95%。吸附能力取决于煤的孔隙率、变质程度以及外界温度和压力。

在煤的变质过程中, 地压作用使煤的孔隙率减小, 煤质渐趋致密。随着煤的先一步变质, 在高温、高压作用下, 煤体内部因干馏作用而生成许多微孔隙, 面积达到最大, 瓦斯在煤中的吸附能力最强。不同变质程度的煤, 在区域分布上常呈带状分布, 形成不同的变质带, 这种变质分带在一定程度上控制着瓦斯的赋存和区域性分布。

4煤层孔隙与裂隙较为发育, 变质程度高, 所以煤层对瓦斯的吸附能力强。煤层中赋存的瓦斯较高。

3瓦斯的治理

4煤层为高瓦斯威胁煤层, 按照《防治煤与瓦斯突出细则》相关规定, 根据煤层的采高, 制定特殊回采施工方案。工作面回采时, 采用“工作面超前打炮眼预排瓦斯”的措施, 回采工作面工艺流程:由原来的打眼--装药--放炮--装煤—移溜—支柱—放顶。调整为装药--放炮--装煤--打眼--移溜—支柱—放顶。留出6小时的时间, 用来瓦斯释放及卸压。地质构造复杂区域高瓦斯煤层的瓦斯治理工作, 必须高度重视, 组织管理要全面, 技术措施要严密, 职责要落实, 现场严格执行“有瓦斯必疏, 有瓦斯必排, 预防为先”的原则, 确保在安全的前提下, 完成地质构造复杂区域高瓦斯煤层的采煤工作。

4结语

大力推进煤矿瓦斯抽采利用 篇10

煤矿瓦斯抽采利用意义重大

煤矿瓦斯又称煤层气, 是赋存在煤层中的烃类气体, 和天然气一样, 主要成分是甲烷。瓦斯对煤矿安全生产是重大威胁, 但加以利用又是优质清洁能源。搞好煤矿瓦斯抽采利用, 就可以化害为利、变废为宝, 意义十分重大。

第一, 搞好煤矿瓦斯抽采利用是煤矿安全生产的治本之策。

瓦斯易燃易爆, 当空气中瓦斯浓度在5%—16%时, 遇到火源就会爆炸, 瞬间形成高温高压冲击波, 并产生大量一氧化碳。煤矿一旦发生瓦斯爆炸或煤与瓦斯突出事故, 就会造成人员大量伤亡。我国煤层赋存条件复杂, 高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井约占1/3, 防治煤矿瓦斯事故始终是安全生产的重中之重。新中国成立以来, 全国共发生23起一次死亡百人以上的煤矿事故, 其中21起是瓦斯事故。近四年来, 煤矿重特大事故死亡人数近70%都是瓦斯事故造成的。搞好煤矿瓦斯抽采利用, 可以实现煤炭在低瓦斯状态下开采, 有效杜绝瓦斯事故发生, 是保障煤矿安全生产的根本措施和关键环节。

第二, 搞好煤矿瓦斯抽采利用是增加能源供给的有效措施。

煤矿瓦斯中甲烷含量大于90%, 1立方米瓦斯发热量大于8 000千卡, 是与天然气相当的优质清洁能源, 可广泛用于发电、工业窑炉、民用、汽车等方面燃料或生产化工产品。煤炭是我国的主体能源, 多年来在一次能源生产量和消费量中一直占70%左右, 而石油天然气资源十分短缺, 需要大量进口。搞好煤矿瓦斯抽采利用, 可以增加优质清洁能源供给, 改善能源供给结构。同时, 可以逐步减少对进口天然气的依赖, 有利于保障国家能源安全。

第三, 搞好煤矿瓦斯抽采利用是减少环境污染的重要举措。

煤矿瓦斯的温室效应是二氧化碳的21倍。据计算, 每利用1亿立方米甲烷, 相当于减排150万吨二氧化碳。2008年, 我国利用煤矿瓦斯16亿立方米, 共减少排放二氧化碳2 400万吨, 但煤层中绝大部分瓦斯还是直接排空了, 既浪费资源, 又污染环境。搞好瓦斯综合利用, 最大限度地控制瓦斯直接向大气中排放, 有利于减少空气污染, 保护生态环境。

第四, 煤矿瓦斯抽采利用是一个新的经济增长点。

中央提出, 应对当前国际金融危机、促进经济长期持续发展的一个重要措施, 是加快培育新的经济增长点。实现煤矿瓦斯抽采规模化利用、产业化发展, 需要大量投资建设抽采利用工程和配套管网、生产抽采利用设备, 可以有效带动钢铁、建筑施工、装备制造、运输及相关服务业发展, 促进投资需求扩大和就业增加。比如, 2009年全国瓦斯抽采利用直接投资超过66亿元, 带动国内生产总值增加约120亿元, 提供就业岗位约12万个。我国埋深2 000米以浅的煤层气地质资源量有36.8万亿立方米, 各产煤省逐步增加煤矿瓦斯抽采利用量, 将会形成一个从生产到服务的大产业, 成为新的经济增长点。各地和煤矿企业要看到煤矿瓦斯利用的巨大潜力, 把煤矿瓦斯这一丰富的资源尽快充分利用起来。

煤矿瓦斯抽采利用大有可为

国家十分重视煤矿瓦斯抽采利用, 近年来研究采取了一系列促进煤矿瓦斯抽采利用的重大政策措施, 各地区、各部门和煤矿企业按照国家的要求, 加大了煤矿瓦斯抽采利用工作力度, 煤矿瓦斯抽采利用取得了重要进展。2008年, 我国瓦斯抽采量达到58亿立方米, 比2005年增加150%;瓦斯利用量比2005年增长160%。2009年1—10月, 累计抽采量达50.2亿立方米, 利用量15.1亿立方米, 同比分别增长9.8%、10.2%。目前, 我国民用瓦斯用户约90万户, 瓦斯发电装机容量达92万千瓦。随着煤矿瓦斯抽采利用量的大幅增加, 瓦斯事故和死亡人数将会大幅下降, 瓦斯排放污染也将会大幅减少。2008年, 全国煤矿发生瓦斯事故起数和死亡人数分别比2005年下降56%和64%。2009年1—10月, 全国煤矿发生瓦斯事故127起, 死亡551人, 同比分别下降21.1%和22.0%, 共减少排放二氧化碳2 100万吨。

但是也要看到, 当前我国煤矿瓦斯抽采利用还处在起步阶段, 存在较大差距。主要表现在煤矿瓦斯抽采总量还不大, 利用水平还比较低, 发展很不平衡。我国矿井瓦斯平均抽采率仅有23%, 而美国、澳大利亚等主要产煤国家的抽采率均在50%以上;目前我国抽采瓦斯总体利用率平均只有30%, 特别是地面抽采只有5亿立方米, 仅占“十一五”规划地面抽采目标的25%, 大量的井下抽采瓦斯没有得到有效利用。全国煤矿瓦斯抽采和利用量的85%集中在山西、辽宁、黑龙江、安徽、河南、贵州、重庆等7省 (市) , 其中山西就占到50%, 地区差异突出。瓦斯灾害仍然是我国煤矿安全生产的最大危害, 是威胁矿工生命的“第一杀手”。2009年1—10月, 全国煤矿发生重大以上瓦斯事故起数和死亡人数, 分别占煤矿重大以上事故的42.9%和64.7%。山西屯兰煤矿“2·22”、重庆同华煤矿“5·30”、河南平顶山新华四矿“9·8”特别重大事故都是瓦斯事故, 给人民群众生命财产造成巨大损失, 教训十分惨痛。

我国煤矿瓦斯抽采利用发展相对滞后, 一方面说明我们的工作还有差距, 另一方面也说明我国煤矿瓦斯抽采利用有着巨大的潜力。目前, 煤矿瓦斯抽采利用的技术已经成熟, 一些地方特别是煤矿瓦斯抽采利用示范煤矿已经探索了一些成功的经验, 国家支持煤矿瓦斯抽采利用的政策体系已经形成, 并且支持力度不断加大, 各地和企业的积极性空前高涨, 煤矿瓦斯抽采利用的政策环境、社会环境十分有利。只要我们高度重视, 把国家的政策落实好, 把工作做扎实, 煤矿瓦斯抽采利用前景十分广阔。

切实加大煤矿瓦斯抽采利用工作力度

做好煤矿瓦斯抽采利用工作, 必须深入贯彻落实科学发展观, 进一步贯彻落实中央关于煤矿瓦斯防治的决策部署, 提高认识, 加强领导, 科学规划, 抓紧理顺体制机制, 加大投入和技术研发推广力度, 落实完善支持煤矿瓦斯抽采利用的各项政策, 尽快把煤矿瓦斯抽采利用提高到新的水平。

(一) 认真编制和落实煤矿瓦斯抽采利用规划。

促进煤矿瓦斯抽采利用, 必须坚持科学规划, 有序开发, 防止乱采乱抽、浪费资源。现在到2010年还有一年多时间, 完成“十一五”规划煤矿瓦斯抽采利用目标, 任务十分艰巨, 时间十分紧迫。从今年起, 要通过两年左右的努力, 争取全国瓦斯抽采量翻一番, 利用量翻两番, 减排指标同步达到规定标准要求, 重特大瓦斯事故切实得到有效遏制。有关部门要研究采取措施, 加强工作协调, 严格督促考核, 促进有关地区和企业完成既定目标。各地区和企业要加强瓦斯抽采利用生产组织协调, 确保完成本地区、本企业目标任务。要抓紧启动“十二五”期间煤矿瓦斯抽采利用规划编制工作, 明确目标、任务、标准、重点项目、资金投入、保障措施, 推进煤矿瓦斯有序有效开发。

(二) 抓紧理顺瓦斯抽采利用的体制机制。

要坚持深化改革, 消除制约煤矿瓦斯抽采利用的体制机制性障碍。一是积极解决矿业权重叠问题。国家有关部门和地方主管部门要按照采煤采气一体化原则, 加强沟通和政策协调, 实行煤、气开发主体的统一。二是创新企业组织经营形式。鼓励成立瓦斯抽采利用专业公司, 瓦斯抽采利用企业一定要实行独立核算, 实行规模化利用, 产业化开发。鼓励组建股份制公司, 促进煤炭企业和瓦斯抽采企业的合作。三是加强对煤层气探矿权的监管。对不能完成年最低勘查投入和抽采量的, 要依法核减煤层气探矿权面积, 直至注销探矿权。决不能允许一面有气不让别的企业采, 一面向大气排放或导致瓦斯事故不断发生。四是完善瓦斯防治和抽采利用考核激励机制。要把瓦斯抽采利用作为考核地方和企业安全生产、节能减排、工作绩效的重要指标, 定期通报抽采利用情况并形成制度。要通过对项目核准、技术改造、装备投入、建设用地等实行差别性政策, 完善瓦斯抽采利用激励机制, 充分调动地方和企业的积极性, 加快煤层气抽采利用产业化、规模化发展。五是积极引入煤层气抽采合作竞争机制。支持大型煤炭企业参与煤层气勘探开采, 鼓励外商和民营企业利用先进技术和资金投资煤层气开发, 提高瓦斯抽采技术和管理水平。

(三) 进一步落实完善瓦斯抽采利用政策。

目前, 影响煤矿瓦斯抽采利用的重要原因之一, 是国家鼓励支持抽采利用的政策没有得到很好落实, 有些政策还需要进一步完善。促进煤矿瓦斯抽采利用, 关键是要落实政策、完善政策。一是落实瓦斯抽采利用税费优惠政策。要严格落实瓦斯抽采企业增值税先征后返、进口设备税收优惠、设备加速折旧、免征企业所得税、抵扣纳税额, 以及提取生产安全费用用于瓦斯抽采等政策规定, 确保政策到位, 不打折扣, 提高瓦斯抽采企业的积极性。认真落实瓦斯开采企业探矿权和采矿权使用费减免政策, 促进扩大煤层气资源勘探量, 加快煤矿瓦斯前期开发利用。二是落实瓦斯抽采利用财政补贴政策。按照瓦斯发电自发自用、多余上网的原则, 认真落实瓦斯上网电价比照可再生能源电价政策。目前, 瓦斯上网电价标准偏低, 瓦斯发电企业没有积极性。国家将适度提高财政补贴标准, 鼓励瓦斯发电并网。电网企业要千方百计克服困难, 积极创造条件, 保证瓦斯发电优先上网。三是落实城乡居民使用煤层气的政策。有关地区和部门要积极推进煤层气输送管网建设, 或与天然气并网输送, 扩大民用地域范围。要落实国家有关价格政策, 实行煤层气与天然气同质同价或适度低价销售, 扩大民用和汽车燃料市场, 扩大瓦斯利用规模。四是完善瓦斯抽采利用标准。要借鉴国际标准, 加强研究, 加强沟通, 努力使瓦斯防治的安全生产标准、抽采利用标准、减少排放标准协调起来, 既确保煤矿安全生产, 又促进煤矿瓦斯资源的有效利用。五是研究制定参与“利用清洁发展机制”国际合作的相关政策。有关部门要进一步修订符合国际合作交易的标准和办法, 消除交易政策性壁垒, 扩大项目合作, 加快瓦斯利用。

(四) 增强瓦斯抽采利用科技保障能力。