淮南礦區(qū)瓦斯抽放與綜合利用的相關(guān)技術(shù)探討

摘要：當(dāng)前，瓦斯煤塵爆炸、瓦斯涌出、煤(巖)與瓦斯突出等問題是已成為制約煤礦安全生產(chǎn)的重要因素。而解決礦井瓦斯問題，保證安全生產(chǎn)的根本性措施就是瓦斯抽放和綜合利用。本文通過分析淮南礦區(qū)的瓦斯特點(diǎn)，針對(duì)礦區(qū)及張集礦井瓦斯抽放與利用的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵字：瓦斯抽放；煤礦；綜合利用

淮南礦區(qū)屬于瓦斯災(zāi)害嚴(yán)重礦區(qū)，歷史上重特大瓦斯爆炸事故頻繁發(fā)生，損失慘重。隨著開采深度和開采強(qiáng)度的增加，瓦斯增加的幅度還會(huì)加大。為了礦井的生產(chǎn)安全，我們還需不斷的研究與探索，摸索出一套適合淮南礦區(qū)安全生產(chǎn)要求的瓦斯抽放技術(shù)和方法。

1 礦井瓦斯抽放

1.1 采用雙系統(tǒng)強(qiáng)化礦井本煤層預(yù)抽和采空區(qū)卸壓抽放

淮南礦區(qū)與陽泉、松藻等高瓦斯礦區(qū)相比較，淮南礦區(qū)具有本煤層瓦斯含量大，壓力高，透氣性差，煤質(zhì)較軟，厚度適中，整體性好，瓦斯治理困難特點(diǎn)。由于開采層瓦斯含量大的緣故，生產(chǎn)過程中，工作面和采空區(qū)瓦斯涌出量大，成了淮南煤業(yè)集團(tuán)瓦斯涌出的2大特點(diǎn)，這2大特點(diǎn)，決定了應(yīng)該采取強(qiáng)化本煤層抽放有效降低煤層瓦斯含量和進(jìn)行采空區(qū)抽放。

本煤層預(yù)抽的特點(diǎn)是高負(fù)壓、低流量，采空區(qū)卸壓抽放的特點(diǎn)是低負(fù)壓、大流量。我礦針對(duì)2種抽放方式的特點(diǎn)，開始建立井上永久瓦斯泵站和井下移動(dòng)瓦斯泵站2套抽放系統(tǒng)。

張集礦地面本煤層預(yù)抽放泵站設(shè)計(jì)的抽放能力可達(dá)4000m3／min以上，安裝了2臺(tái)2BE1-605型、1臺(tái)2BE1-705型水環(huán)式真空泵和7臺(tái)2BEY-72型，其中2BE1-705泵，轉(zhuǎn)速為236r/min，抽放能力為192m3／min，最高運(yùn)行負(fù)壓160kPa，配套電機(jī)功率220kW。2BE1-705泵，轉(zhuǎn)速為266r/min，抽放能力為362m3／min，最高運(yùn)行負(fù)壓160kPa，配套電機(jī)功率500kW。2BEY-72泵，轉(zhuǎn)速為291r/min，抽放能力為533m3／min，最高運(yùn)行負(fù)壓160kPa，電機(jī)功率800kW。張集礦井下目前有井下瓦斯泵站8處，在井下工作面就近建立，每個(gè)移動(dòng)瓦斯站內(nèi)安裝3臺(tái)2BE1-353型水環(huán)式真空泵，二開一備，l臺(tái)用以抽放工作面回采過程中的頂板鉆孔及上隅角瓦斯，該部分瓦斯通過管道進(jìn)回風(fēng)井或回風(fēng)巷進(jìn)行排空；另一臺(tái)專門用于通過順層鉆孔預(yù)抽工作面本煤層瓦斯，以滿足孔口負(fù)壓要求，當(dāng)瓦斯?jié)舛葹?0％時(shí)，并入地面抽采系統(tǒng)以利用。

目前，張集礦地面泵站并聯(lián)運(yùn)行了1臺(tái)2BE1-605、1臺(tái)2BE1-705泵和3臺(tái)2BEY-72泵，標(biāo)態(tài)下，抽放混量為720 m3／min左右，抽放瓦斯?jié)舛冗_(dá)30％－35％，抽放瓦斯純量在50m3／min以上；井下泵站抽放濃度在5％－10％，抽放瓦斯純量達(dá)20m3／min以上，全礦抽放瓦斯純量達(dá)到80m3／min，礦井的抽放率為50％～65％。日抽放瓦斯量達(dá)到10萬m3左右，全礦井下2008年的抽放量達(dá)到3200萬m3。

1.2 對(duì)井田原始煤體，進(jìn)行地面鉆井預(yù)抽放

在張集礦井田150.8km2范圍內(nèi)，煤層瓦斯氣地質(zhì)儲(chǔ)量286億m3，可采儲(chǔ)量為223億m3。該區(qū)煤層瓦斯氣地質(zhì)儲(chǔ)量分布集中、儲(chǔ)藏條件好、透氣性好、可抽性好、甲烷含量高，是國內(nèi)煤層瓦斯氣開發(fā)最具有前景的地區(qū)之一。

2004年引進(jìn)澳大利亞地面鉆孔釋壓技術(shù)，開始展開地面煤層瓦斯氣開發(fā)研究工作。首先在張集礦區(qū)井田范圍內(nèi)利用常規(guī)旋轉(zhuǎn)式鉆機(jī)施工了2口244.5mm的示范井，打穿北區(qū)8號(hào)可采煤層，為提高抽放氣量，同時(shí)采用水力壓裂技術(shù)對(duì)3號(hào)煤層作了增產(chǎn)處理，支撐劑先后采用了0.3mm和0.6mm的石英砂。井口安裝了250型簡易的采油樹進(jìn)行瓦斯氣排采。鉆孔于2005年初開始施工，到2005年6月完工，均已產(chǎn)氣，其中最高單孔日產(chǎn)氣量超過12000m3。這一煤層瓦斯氣井群排采試驗(yàn)的成功，有力地推動(dòng)了淮南礦區(qū)煤田煤層瓦斯氣的勘探開發(fā)工作。

2 瓦斯綜合利用的技術(shù)方案

瓦斯綜合利用的途徑包括：利用瓦斯進(jìn)行發(fā)電；利用瓦斯作民用燃料；利用瓦斯除氧脫氧技術(shù)。瓦斯提純后加壓。作為汽、柴油的替代品；利用瓦斯作為其他工業(yè)燃料；利用瓦斯鍋爐進(jìn)行供熱；CDM技術(shù)。因?yàn)槠邢蓿韵戮蛷埣V井瓦斯發(fā)電技術(shù)方案進(jìn)行探討。

2.1 可采煤層氣儲(chǔ)量的計(jì)算

可采煤層氣儲(chǔ)量是指在煤層氣儲(chǔ)量中能被抽出的最大量，其計(jì)算方法如下：

W抽=WC××W可=3.2×108×O.4=1.28x108(m3)

式中：W抽為可抽煤層氣量；W可為可抽放系數(shù)。

2.2 燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)的基本構(gòu)成

QDR20型熱電聯(lián)供機(jī)組的主要設(shè)備和相關(guān)系統(tǒng)：WJ661l型燃?xì)廨啓C(jī)，TF2500-6／1430型同步發(fā)電機(jī)，ZLD-36-8／22型啟動(dòng)勵(lì)磁機(jī)，EGS-1.3／300型余熱鍋爐構(gòu)成了機(jī)組的主要部分；另外還有臺(tái)架、專用聯(lián)抽器、空氣過濾消音裝置、燃?xì)廨啓C(jī)滑油系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)滑油系統(tǒng)．電氣控制、檢測(cè)與保護(hù)系統(tǒng)，高低壓配電系統(tǒng)，啟動(dòng)整流裝置等。

2.3 機(jī)組水的供應(yīng)

在瓦斯發(fā)電廠的內(nèi)部設(shè)置軟化水車間，以供余熱鍋爐和壓縮機(jī)用。軟化水系統(tǒng)主要由下列設(shè)備及物件構(gòu)成：GN-l200型鈉離子交換器(水處理能力為17m3／h)，水泵、水箱、水位計(jì)、鹽池、各種化驗(yàn)器具及化驗(yàn)試劑。

為保證蒸汽的品質(zhì)和鍋爐壽命，經(jīng)過處理后的軟化水應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)(GBl576-85)的要求，單臺(tái)鍋爐需除氧水量為8t/h，壓力1.8MPa；單臺(tái)壓縮機(jī)需用軟化水量為9.6m3，壓力為O.3MPa左右。

2.4 瓦斯發(fā)電及余熱發(fā)電流程

從儲(chǔ)氣柜出來的瓦斯氣通過直徑426mm管道送往廠區(qū)內(nèi)的壓縮機(jī)增壓車間加壓后，經(jīng)冷卻器冷卻再輸送到儲(chǔ)氣罐中；然后通過管線送至燃?xì)廨啓C(jī)組前的精過濾器，經(jīng)過濾和兩氣動(dòng)截止閥控制后，再分別送到燃?xì)廨啓C(jī)的啟動(dòng)噴嘴與燃料調(diào)節(jié)器；瓦斯氣經(jīng)噴嘴噴人燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室與經(jīng)壓氣機(jī)壓縮后的空氣進(jìn)行混合，并點(diǎn)火進(jìn)行燃燒；混合氣在高溫高壓下形成一股沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的氣流，并不斷膨脹帶動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)；渦輪又帶動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)的輸出軸高速旋轉(zhuǎn)，從而完成了機(jī)械能向電能的轉(zhuǎn)化。

由于燃?xì)廨啓C(jī)所排出的尾氣溫度很高(400℃)，如果不加以利用，將造成熱量的損失并污染大氣環(huán)境，因此余熱鍋爐用于回收燃?xì)廨啓C(jī)排氣的余熱來產(chǎn)生過熱蒸汽。

燃?xì)廨啓C(jī)的尾氣排出后，通過余熱鍋爐的省煤器、蒸發(fā)器和過熱器等部件與進(jìn)入余熱鍋爐的除氧軟化水進(jìn)行熱交換．再由熱水循環(huán)泵將汽水分離器中的熱水強(qiáng)制泵入鍋爐的蒸發(fā)器中，以產(chǎn)生飽和蒸汽，經(jīng)汽水分離器分離后形成飽和蒸汽，再進(jìn)入余熱鍋爐的過熱段中加熱形成過熱蒸汽，從而推動(dòng)汽輪機(jī)組發(fā)電。

結(jié)語

煤礦瓦斯是賦存在煤層中的一種與煤共生的氣體，主要成分為甲烷(CH4)，純瓦斯的熱值大于138164.4Kj/m2，與常規(guī)天然氣相當(dāng)，是一種潔凈的能源。瓦斯的抽放利用，極大地促進(jìn)了企業(yè)開展瓦斯抽放工作的積極性，不僅能有效緩解礦井瓦斯災(zāi)害，改善煤礦的安全生產(chǎn)條件，同時(shí)還解決了部分人員的就業(yè)問題，能夠取得良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。提高煤礦瓦斯利用率，通過利用規(guī)模的擴(kuò)大促進(jìn)抽放規(guī)模的擴(kuò)大，以利用促抽放、以抽放保安全，已成為當(dāng)前瓦斯防治工作的一個(gè)特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]俞啟香．礦井瓦斯防治[M]．徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1993.

[2]于不凡．煤礦瓦斯災(zāi)害防治及利用技術(shù)[M]．北京：煤炭T業(yè)出版社，2004:3-780．