国内外矿井低浓度瓦斯利用技术的探讨

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1、文章编号：1674-9146（2014）09－0025－03国内外矿井低浓度瓦斯利用技术的探讨杨扬，杨养龙（太原煤炭气化（集团）有限责任公司，山西太原030024）低浓度瓦斯是指甲烷浓度低于30%的煤层气，分为风排瓦斯（乏风）和抽放瓦斯两部分，其中“乏风”是指甲烷质量浓度低于0．75%的煤矿瓦斯。目前，质量浓度高于30%的瓦斯在利用上已没有技术瓶颈；质量浓度在9%~30%范围的瓦斯用于发电也已经获得广泛应用；而质量浓度低于9%以及乏风的利用则已成为实现矿井瓦斯综合利用的关键。提高乏风质量浓度，将风排瓦斯浓

2、度由目前的0.22%提升至0.35%以上甚至更高，将对矿井实现热量的充分回收利用，实现节能减排，减少外部天然气的利用非常关键。若乏风浓度能提升至0.5%以上，将能实现矿井热能的自身平衡而不需外供。1国内外瓦斯利用技术该矿井在达产时瓦斯来源由以下3个部分组成：回采工作面（包括围岩及邻近层）的瓦斯涌出、掘进工作面的瓦斯涌出和采空区（包括围岩和邻近层）的瓦斯涌出。各瓦斯源涌出的瓦斯占矿井瓦斯的涌出比例与矿井的开采深度和矿井的生产接续布局、采掘强度等有关。经对矿井各部分进行瓦斯涌出量预测，可以得出各涌出源所占该矿

3、井瓦斯涌出量的百分比。在现有的通风条件下掘进面瓦斯经常超限，所以掘进工作面的瓦斯治理非常必要。在整个矿井瓦斯治理工作中，回采工作面和采空区瓦斯治理占重要地位。1.3抽放瓦斯的必要性根据国家煤矿安全监察局部颁布的《煤矿安全规程》和《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》，有下列情况之一者，矿井必须建立地面永久抽放瓦斯系统或井下临时抽放瓦斯系统。第一，一个采煤工作面绝对瓦斯涌出量大于5m3/min或一个掘进工作面绝对瓦斯涌出量大于3m3/min，采用通风方法解决不合理的。第二，矿井绝对瓦斯涌出量达到以下条件的：一是大于或

4、等于40m3/min；二是年产量1.6~1.5Mt的矿井，大于30m3/min；三是年产量0.6~1.0Mt的矿井，大于25m3/min；四是年产量0.4~0.6Mt的矿井，大于20m3/min；五是年产量小于或等于0.4Mt煤层瓦斯主要参数煤层瓦斯赋存基础参数是矿井瓦斯防治和瓦斯抽放设计的依据，进行瓦斯抽放设计所需的煤层瓦斯主要实测参数包括：煤层瓦斯压力、含量、煤中的残存瓦斯含量、煤的孔隙率、煤层透气性系数以及钻孔瓦斯流量衰减系数等一些瓦斯的基础参数。对于基建矿井，如果没有开拓系统揭露煤层，则无法在采掘

5、空间内各煤层瓦斯基础参数进行实测，只能借鉴地质勘探过程进行测定部分瓦斯基础参数。1.1矿井瓦斯来源及涌出构成根据对龙泉煤矿瓦斯涌出量的预测，可以得出1.2收稿日期：2014－05－20；修回日期：2014－08－20作者简介：杨扬（1981-），男，山西太原人，工程师，主要从事技术管理研究，E-mail：baifeng0208@yeah.net。科技创新与生产力2014年9月总第248期-025-摘要：分析了煤矿瓦斯赋存基础参数和来源及涌出构成，提出了煤矿抽放瓦斯的必要性，总结了煤矿瓦斯基本分类及利用方法

6、，研究了国内外低浓度瓦斯发电技术、煤矿乏风氧化装置及乏风瓦斯发电解决方案，指出矿井低浓度瓦斯利用技术将在促进煤层气利用的同时，推动煤矿瓦斯的全面综合利用，必将产生良好的经济效益和社会效益。关键词：瓦斯；乏风浓度；发电中图分类号：TD712文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2014.09.025理论探索TheoryExploration的矿井，大于15m3/min。风的有效利用问题。基于此，目前多数煤矿仍选择直接排放，造成了巨大的能源浪费和环境污染。2国内外乏风利用现状

7、在低浓度瓦斯利用方面，目前全球范围研究较多，而乏风直接工业化应用的仅有国内的胜动集团乏风发电、澳大利亚的BHP公司的乏风发电、德国杜尔集团的乏风发电技术。2.1乏风发电项目应用技术乏风及低浓度瓦斯氧化发电的原理是把泵站的抽放瓦斯掺混到乏风里，导入蓄热式高温氧化装置，低浓度甲烷在高温反应腔里瞬间氧化为水和二氧化碳，并释放出巨大氧化热，热能的一小部分用于维持反应温度，大部分热能被导出到余热锅炉和水进行热交换，产出过热高压水蒸气，驱动汽轮机发电。该技术的推广，不仅能提高经济效益，也有助于增加煤炭生产过程中的安全

8、系数。1）胜动集团乏风发电项目介绍。目前胜动集团60000m3/h乏风发电装置已经运行超过2年时间（见表1、第27页图1）。胜动集团积累了多年低浓度瓦斯发电经验，但是由于超低浓度瓦斯利用火花塞点火困难，该公司开发了利用微量柴油（柴油消耗量为10~20g/kW·h）引燃来代替火花塞点火，促进低热值瓦斯在缸内快速燃烧带动活塞做功输出电能的柴油点火的超低浓度瓦斯发电机组，目前已试验成功并投入市场。2）澳大利亚的BHP公司的乏风发电项