淮南礦區瓦斯抽放與綜合利用的相關技術探討

摘要：當前，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的重要因素。而解決礦井瓦斯問題，保證安全生產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的瓦斯特點，針對礦區及張集礦井瓦斯抽放與利用的相關技術進行探討。

關鍵字：瓦斯抽放；煤礦；綜合利用

淮南礦區屬于瓦斯災害嚴重礦區，歷史上重特大瓦斯爆炸事故頻繁發生，損失慘重。隨著開采深度和開采強度的增加，瓦斯增加的幅度還會加大。為了礦井的生產安全，我們還需不斷的研究與探索，摸索出一套適合淮南礦區安全生產要求的瓦斯抽放技術和方法。

1 礦井瓦斯抽放

1.1 采用雙系統強化礦井本煤層預抽和采空區卸壓抽放

淮南礦區與陽泉、松藻等高瓦斯礦區相比較，淮南礦區具有本煤層瓦斯含量大，壓力高，透氣性差，煤質較軟，厚度適中，整體性好，瓦斯治理困難特點。由于開采層瓦斯含量大的緣故，生產過程中，工作面和采空區瓦斯涌出量大，成了淮南煤業集團瓦斯涌出的2大特點，這2大特點，決定了應該采取強化本煤層抽放有效降低煤層瓦斯含量和進行采空區抽放。

本煤層預抽的特點是高負壓、低流量，采空區卸壓抽放的特點是低負壓、大流量。我礦針對2種抽放方式的特點，開始建立井上永久瓦斯泵站和井下移動瓦斯泵站2套抽放系統。

張集礦地面本煤層預抽放泵站設計的抽放能力可達4000m3／min以上，安裝了2臺2BE1-605型、1臺2BE1-705型水環式真空泵和7臺2BEY-72型，其中2BE1-705泵，轉速為236r/min，抽放能力為192m3／min，最高運行負壓160kPa，配套電機功率220kW。2BE1-705泵，轉速為266r/min，抽放能力為362m3／min，最高運行負壓160kPa，配套電機功率500kW。2BEY-72泵，轉速為291r/min，抽放能力為533m3／min，最高運行負壓160kPa，電機功率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，每個移動瓦斯站內安裝3臺2BE1-353型水環式真空泵，二開一備，l臺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回風井或回風巷進行排空；另一臺專門用于通過順層鉆孔預抽工作面本煤層瓦斯，以滿足孔口負壓要求，當瓦斯濃度為30％時，并入地面抽采系統以利用。

目前，張集礦地面泵站并聯運行了1臺2BE1-605、1臺2BE1-705泵和3臺2BEY-72泵，標態下，抽放混量為720 m3／min左右，抽放瓦斯濃度達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20m3／min以上，全礦抽放瓦斯純量達到80m3／min，礦井的抽放率為50％～65％。日抽放瓦斯量達到10萬m3左右，全礦井下2008年的抽放量達到3200萬m3。

1.2 對井田原始煤體，進行地面鉆井預抽放

在張集礦井田150.8km2范圍內，煤層瓦斯氣地質儲量286億m3，可采儲量為223億m3。該區煤層瓦斯氣地質儲量分布集中、儲藏條件好、透氣性好、可抽性好、甲烷含量高，是國內煤層瓦斯氣開發最具有前景的地區之一。

2004年引進澳大利亞地面鉆孔釋壓技術，開始展開地面煤層瓦斯氣開發研究工作。首先在張集礦區井田范圍內利用常規旋轉式鉆機施工了2口244.5mm的示范井，打穿北區8號可采煤層，為提高抽放氣量，同時采用水力壓裂技術對3號煤層作了增產處理，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，均已產氣，其中最高單孔日產氣量超過12000m3。這一煤層瓦斯氣井群排采試驗的成功，有力地推動了淮南礦區煤田煤層瓦斯氣的勘探開發工作。

2 瓦斯綜合利用的技術方案

瓦斯綜合利用的途徑包括：利用瓦斯進行發電；利用瓦斯作民用燃料；利用瓦斯除氧脫氧技術。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燃料；利用瓦斯鍋爐進行供熱；CDM技術。因為篇幅有限，以下就張集礦井瓦斯發電技術方案進行探討。

2.1 可采煤層氣儲量的計算

可采煤層氣儲量是指在煤層氣儲量中能被抽出的最大量，其計算方法如下：

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。

2.2 燃氣輪機發電系統的基本構成

QDR20型熱電聯供機組的主要設備和相關系統：WJ661l型燃氣輪機，TF2500-6／1430型同步發電機，ZLD-36-8／22型啟動勵磁機，EGS-1.3／300型余熱鍋爐構成了機組的主要部分；另外還有臺架、專用聯抽器、空氣過濾消音裝置、燃氣輪機滑油系統，發電機滑油系統．電氣控制、檢測與保護系統，高低壓配電系統，啟動整流裝置等。

2.3 機組水的供應

在瓦斯發電廠的內部設置軟化水車間，以供余熱鍋爐和壓縮機用。軟化水系統主要由下列設備及物件構成：GN-l200型鈉離子交換器(水處理能力為17m3／h)，水泵、水箱、水位計、鹽池、各種化驗器具及化驗試劑。

為保證蒸汽的品質和鍋爐壽命，經過處理后的軟化水應符合標準(GBl576-85)的要求，單臺鍋爐需除氧水量為8t/h，壓力1.8MPa；單臺壓縮機需用軟化水量為9.6m3，壓力為O.3MPa左右。

2.4 瓦斯發電及余熱發電流程

從儲氣柜出來的瓦斯氣通過直徑426mm管道送往廠區內的壓縮機增壓車間加壓后，經冷卻器冷卻再輸送到儲氣罐中；然后通過管線送至燃氣輪機組前的精過濾器，經過濾和兩氣動截止閥控制后，再分別送到燃氣輪機的啟動噴嘴與燃料調節器；瓦斯氣經噴嘴噴人燃氣輪機的燃燒室與經壓氣機壓縮后的空氣進行混合，并點火進行燃燒；混合氣在高溫高壓下形成一股沿順時針方向旋轉的氣流，并不斷膨脹帶動渦輪旋轉；渦輪又帶動燃氣輪機的輸出軸高速旋轉，從而完成了機械能向電能的轉化。

由于燃氣輪機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境，因此余熱鍋爐用于回收燃氣輪機排氣的余熱來產生過熱蒸汽。

燃氣輪機的尾氣排出后，通過余熱鍋爐的省煤器、蒸發器和過熱器等部件與進入余熱鍋爐的除氧軟化水進行熱交換．再由熱水循環泵將汽水分離器中的熱水強制泵入鍋爐的蒸發器中，以產生飽和蒸汽，經汽水分離器分離后形成飽和蒸汽，再進入余熱鍋爐的過熱段中加熱形成過熱蒸汽，從而推動汽輪機組發電。

結語

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，與常規天然氣相當，是一種潔凈的能源。瓦斯的抽放利用，極大地促進了企業開展瓦斯抽放工作的積極性，不僅能有效緩解礦井瓦斯災害，改善煤礦的安全生產條件，同時還解決了部分人員的就業問題，能夠取得良好的經濟效益、社會效益和環境效益。提高煤礦瓦斯利用率，通過利用規模的擴大促進抽放規模的擴大，以利用促抽放、以抽放保安全，已成為當前瓦斯防治工作的一個特點。

參考文獻

[1]俞啟香．礦井瓦斯防治[M]．徐州：中國礦業大學出版社，1993.

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