白芨溝煤礦瓦斯綜合利用技術(shù)及實踐

摘 要：隨著煤炭開采業(yè)的發(fā)展，瓦斯利用也逐步得到重視和應(yīng)用。白芨溝煤礦是高瓦斯礦井，從1993年開始利用瓦斯，抽采的瓦斯經(jīng)過瓦斯利用預處理系統(tǒng)脫水和調(diào)壓后，主要供礦區(qū)居民炊事用氣和各單位冬季取暖，同時也作為生產(chǎn)天然氣半補強炭黑的原料。持續(xù)到2012年，白芨溝煤礦的瓦斯利用總量已經(jīng)累積了5.14億m3，瓦斯利用率為90%，我們在對瓦斯進行開發(fā)利用的同時也在保護著我們周圍的生態(tài)環(huán)境，這樣不僅能夠節(jié)能環(huán)保，而且對瓦斯進行資源開發(fā)，可以獲得良好的生產(chǎn)和社會效益白芨溝煤礦的瓦斯綜合利用對其它礦井因地制宜地利用瓦斯具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：瓦斯；綜合利用；預處理系統(tǒng)炭黑

瓦斯的危險性不容小覷，它在煤礦的五大自然災害中占據(jù)著一部分，它的存在會對礦井的安全有很大的影響，如果在開挖過程中發(fā)生安全安全事故，其危害是不容小覷的，它會對工人的生命財產(chǎn)安全都造成不可磨滅的影響。

要想對瓦斯災害從根本上進行治理的話，首當其沖的就是進行瓦斯的開挖抽采工作，目前來看，我國對瓦斯的抽采量已經(jīng)有了很大的提升，但工人在進行瓦斯開采工作時隨時都有著生命危險。

瓦斯是一種類似于二氧化碳的溫室氣體，但它所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)卻比二氧化碳的危害大的多，是CO2的25倍，而且對臭氧層也極具殺傷力，其破壞能力是CO2的7倍，所以如果想抽出后在大氣中直接排出是不可取的，不僅對生態(tài)環(huán)境造成破壞，而且會對人們的身體造成影響。

如果從物理的角度分析瓦斯，瓦斯是一種高效、方便的易燃性氣體，在前些年來看，我國對瓦斯的排放并不是很重視，使得排放量居于世界首位，這樣一來，我國對瓦斯的認識較晚，在開發(fā)過程中沒有珍惜瓦斯這種高效易燃的能源，相反，卻使得溫室效應(yīng)加劇。

目前來看，很多工礦業(yè)企業(yè)為了能夠可持續(xù)生產(chǎn)，大多數(shù)企業(yè)把瓦斯利用在發(fā)電、民用燃料、化工等方面。

就此狀況，我國為了能夠加強對瓦斯的利用和開發(fā)強度，提出了“以抽保用、以用促抽”的關(guān)于瓦斯利用的政策。

從圖1中可以清楚的看到2006年到2011年，在這幾年之間瓦斯的利用率的走向趨勢可以清楚地看到，我國的瓦斯利用量呈上升趨勢，但瓦斯利用率卻呈下降趨勢，從好的方向來說，這說明了我國在瓦斯的利用和開發(fā)上還有很大的潛力值得開發(fā)。

因此，我們根據(jù)對工況企業(yè)礦區(qū)開發(fā)的實際條件進行研究，分析當?shù)剡m合開發(fā)瓦斯的先進技術(shù)，這樣不僅對我國瓦斯能源進行充分的開發(fā)和利用，而且對產(chǎn)生經(jīng)濟效益也有著很大的幫助。

1 瓦斯抽采的基本狀況分析

1.1 工礦區(qū)礦井情況分析

白芨溝煤礦的井田面積約為11.27平方千米，當?shù)孛禾康目偞鎯α扛哌_1.4億噸，位于汝箕溝礦區(qū)的背部，該地區(qū)因“三低六高”其高質(zhì)量無煤煙而揚名，白芨溝的煤礦是工礦業(yè)冶金和化工生產(chǎn)中所需要的原料，同時這種，煤礦因為其高質(zhì)量無煤煙的特點也是環(huán)保煤礦。目前來看，該煤礦主要開采二三層的煤礦，它的煤層的透氣系數(shù)都在易抽采和可以抽采的范圍中，同時，礦井內(nèi)豐富的瓦斯資源高達20.27億立方米，在這些豐富的瓦斯資源中可抽取的高達63.9%。也就是說，白芨溝煤礦是瓦斯資源非常肺腑的礦井，如果合理開采更有助于為工礦業(yè)造福。

1.2 瓦斯抽采

白芨溝煤礦的開采時間很早，是在20世紀90年代后期就已經(jīng)開始抽放煤礦了，但其正式建立永久式開采是在1990年才開始的，直到2006年，白芨溝一共建成了三座永久性的抽采泵站，這三個泵站分別叫南二瓦斯泵站、中央瓦斯泵站和南三瓦斯泵站。應(yīng)用到實際中去后發(fā)現(xiàn)，有兩個瓦斯泵站的抽采瓦斯的能力很弱，它們分別是南二瓦斯泵站和南三瓦斯泵站，它們的能力不能夠滿足礦井每天日漸增大的抽采需求，因此在2010年該地建立了第三個瓦斯站叫做新南瓦斯泵站。時至今日，之前的兩個能力較弱的泵站已經(jīng)不再運行了，代替它們的是新建的泵站和中央泵站，隨著技術(shù)的不斷推進，這兩個泵站基本上就可以滿足了瓦斯站綜合利用的抽采需求。

白芨溝采用的瓦斯抽取方法有以下幾種方法，它們分別是，較遠距離鉆孔、穿層鉆孔、順層鉆孔還有采空區(qū)瓦斯抽采。自1993年到2012年，這19年間，白芨溝煤礦抽采出大量豐富的瓦斯資源，據(jù)統(tǒng)計瓦斯的總量高達5.72億立方米，這里面可利用的瓦斯總量高達5.14億立方米，由此可見瓦斯的利用率在不斷的增加。1999年至2012年的瓦斯具體抽采量請見圖2。

2 怎樣充分利用礦井瓦斯

白芨溝煤礦的瓦斯利用方式主要有兩種，一種是用來民用，一種是用來工用。民用來說，礦區(qū)的煤礦瓦斯可以為整個礦區(qū)兩千多戶人口做飯、取暖，為人們供給所需要的能量，同時他還可以為礦區(qū)街道或者公安等單位取暖。工用則用瓦斯供給炭黑廠用來生產(chǎn)炭黑。所用的氣的來源從目前來說，主要由中央泵站、新南三泵站擔負。

2.1 在利用瓦斯前的處理

一般來說，在瓦斯泵站下抽取的瓦斯一定帶有許多水分，這些水分如果不加以處理就直接的輸送與利用，想必會出現(xiàn)以下幾點問題：

1）首先瓦斯的熱度會大幅度的降低，同時管道的運輸能力也隨之下降；

2）當溫度降低而且運輸能力下降的時候，瓦斯的水分會被迫用處導致管內(nèi)出現(xiàn)積水的情況發(fā)生，這樣一來就會增加了流動的阻力而且會增加管道被瓦斯氣體中呈酸性氣體侵蝕的幾率，損害管道的質(zhì)量；

3）在冬天溫度下降，氣溫寒冷的情況下，瓦斯傳送的管道很容易結(jié)冰，這樣就會影響瓦斯輸送的效率。

以上的這三個問題是經(jīng)常會遇到的問題，我們一白芨溝煤礦為例子，白芨溝煤礦建立了一系列的瓦斯利用前的處理系統(tǒng)，把礦井中抽采的瓦斯利用這種系統(tǒng)進行脫水處理后在運輸?shù)接脩艉凸I(yè)礦廠的手中，這樣在瓦斯利用前對瓦斯進行處理，減少了很多不必要的麻煩和損失。和圖3中所呈現(xiàn)的一樣。

在瓦斯泵站輸出的瓦斯溫度小于200攝氏度的情況下，經(jīng)過儲氣罐分離出來的水，接著通過風機把其壓縮到0.2MPa為止，這樣就能對瓦斯進行干燥處理后通過調(diào)壓器調(diào)節(jié)壓力，最后運送到瓦斯將要被利用的地點，完成這個瓦斯利用處理系統(tǒng)。此外，這個系統(tǒng)還可以解決管道出現(xiàn)積水或者冬天由于氣溫下降導致管內(nèi)結(jié)冰等問題有很大作用。

2.1.1 從儲氣罐方面來看

儲氣罐一般采用的是10000m3低壓式螺旋儲氣罐，它整體呈原型塔狀結(jié)構(gòu)，它的結(jié)構(gòu)圖為一個儲水槽和三個塔層，如圖4所示，它的直徑如圖，分別為26.4m、25.5m、24.6m和23.7m。

提到它的作用，主要有三個：

1）它能夠?qū)⑤斔偷耐咚怪械乃蜌夥蛛x；

2）如果瓦斯泵站要發(fā)生故障，可以及時的對瓦斯泵站補充一定的瓦斯，在一定程度上保證供氣順利進行，從而把供氣系統(tǒng)的可靠性不斷提高[ 5 ]；

3）可以使瓦斯泵站在輸送過程中的瓦斯得到緩沖，從而降低其他因素對瓦斯輸氣系統(tǒng)的妨礙。

2.1.2從加壓器方面來看

白芨溝煤礦一共劃分了12個煤礦區(qū)域，并且在每個煤礦區(qū)域分別設(shè)有調(diào)壓站，每個站點有幾個專門的設(shè)備，比如：閥門、調(diào)節(jié)壓力器、過濾器、安全設(shè)備等等，這些設(shè)備的核心就是調(diào)節(jié)壓力器，它的目的就是為了把輸氣管網(wǎng)中不能夠運送的壓力調(diào)節(jié)到下一級管網(wǎng)中，利用用戶所需要的壓力值進行分配，這樣就能夠使瓦斯的壓力保持穩(wěn)定的狀態(tài)。調(diào)節(jié)站作為一個樞紐作用，對管道的運輸和安全穩(wěn)定起到了保障性的作用。

2.2 如何合理利用瓦斯

2.2.1 生活中瓦斯的使用

瓦斯在生活中的使用用途廣泛，以白芨溝煤礦的抽采為例，它的煤礦主要就是供礦區(qū)的兩千多戶居民進行炊事用氣以及礦區(qū)的各單位在冬季取暖。每個灶頭的用氣量較小，每年礦區(qū)抽采的瓦斯足夠居民在日常生活中的需要。

居民在做飯時使用的燃氣灶也可以用瓦斯氣灶來代替，這樣的用途相對來說比較方便還節(jié)約，假如使用液化氣灶，那么就需要把氣孔大小與供氣壓力進行一定的調(diào)整。

2.2.2 關(guān)于天然氣半補強炭黑

天然氣半補強炭黑的生產(chǎn)技術(shù)是利用氣爐法生產(chǎn)的，它是一種生產(chǎn)炭黑的技術(shù)，在國內(nèi)來說，天然氣半補強的生產(chǎn)大多都是利用天然氣作為生產(chǎn)原料，在原料中可占到94%的比例，我國目前只利用瓦斯煤礦來生產(chǎn)天然氣半補強太黑的就只有白芨溝煤礦廠，自白芨溝煤礦廠建廠至今天，已經(jīng)擁有了兩條生產(chǎn)天然氣半補強炭黑的生產(chǎn)線技術(shù)。

天然氣半補強炭黑有其獨特的原理：當把礦井的瓦斯當作燃料的時候，在炭黑的反應(yīng)過程中會產(chǎn)生不完全燃燒、分裂、解析，從而制成一種類似于軟質(zhì)的炭黑產(chǎn)品，它的主要應(yīng)用就是在橡膠行業(yè)匯總。在生產(chǎn)炭黑的時候瓦斯?jié)舛鹊男枨蠛芨撸咚沟臐舛炔荒軌虻陀?0%，利用瓦斯作為原料的優(yōu)勢就是煤礦瓦斯中沒有二氧化硫，這樣生產(chǎn)出來的產(chǎn)品它的物理性能和化學性能都很穩(wěn)定，這樣就會加強了橡膠的補強性能，而且減少了會腐蝕的可能性。

天然氣半補強炭黑的生產(chǎn)過程是：運輸管道中的瓦斯在經(jīng)過閥門控制的同時進入到火嘴箱中與炭黑進行反應(yīng)，這個時候，供風機可以把空氣預熱器傳送到風殼中進行反應(yīng)，在反應(yīng)爐中，瓦斯和空氣燃燒發(fā)生反應(yīng)，一部分瓦斯在高溫下裂變成炭黑，通過冷水結(jié)束反應(yīng)，在經(jīng)過冷卻塔和換熱設(shè)備冷卻進入最終的收集系統(tǒng)進行系統(tǒng)收集。所得到的炭黑經(jīng)過進一步的加工包裝成制成品，最后把剩余的氣體燃燒之后進行過濾，在排放到大氣中，這樣就節(jié)約了經(jīng)濟和資源。具體工藝流程見圖5 。

2.3 兩大效益：經(jīng)濟與社會

白芨溝煤礦自從上個世紀90年代起就使用瓦斯，并且使用瓦斯的利用率很高，在1998年之后還建成了很多二期工程的炭黑廠，使瓦斯的利用率大幅度的提升到百分之百，在近些年中，因為采空區(qū)的瓦斯抽取的濃度不符合利用的要求，所以瓦斯的利用率有所下降，直到2012年，白芨溝的瓦斯利用量已經(jīng)高達5.14億m3，同時瓦斯的利用率也高達90%之多，瓦斯的利用量和瓦斯利用率如圖6所示。

白芨溝煤礦充分利用瓦斯，這樣不僅能夠緩解瓦斯對環(huán)境造成的不良影響，同時把瓦斯充分利用，促進了瓦斯的抽采工作，產(chǎn)生了很大的經(jīng)濟效益和社會效益：

1）在居民日常使用瓦斯上，瓦斯為整個礦區(qū)兩千多戶居民提供了生活用氣和冬天的取暖條件，瓦斯提供的能源與煤炭資源相比每年大約可以節(jié)省4000t，節(jié)省的資金高達100多萬。

2）每年白芨溝煤礦的年產(chǎn)天然氣的直接經(jīng)濟效益約為100萬元，新型生產(chǎn)方式同時也解決了目前就業(yè)難的問題，減輕了當代大學生就業(yè)難的問題。

3）瓦斯的充分利用能夠促進煤層的資源開發(fā)，同時瓦斯的利用會逐漸改善工礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境，從而提高空氣質(zhì)量。

3 結(jié)論

目前在我國來說，對礦井瓦斯進行資源的綜合利用和開發(fā)是一條可行的道路，也是堅持可持續(xù)發(fā)展道路的重要措施。瓦斯使白芨溝獲得經(jīng)濟效益的同時，兼顧了對周圍環(huán)境的影響，可以說是一石二鳥的方法。瓦斯在民用和工用兩個方面，不僅能使瓦斯對環(huán)境的影響減少，同時排放也大幅度的減少，從而促進了我國工礦業(yè)對瓦斯資源的開發(fā)，創(chuàng)造了很高的經(jīng)濟效益和社會效益。

但是，縱向來看，白芨溝煤礦在瓦斯利用的深度與廣度層次來說，還是相對欠缺些東西，要對觀念進行徹底的轉(zhuǎn)變、對可利用的范圍進行探索欲與擴大、實時的提高利用率等，從而促進瓦斯資源的綜合發(fā)展，為礦區(qū)的經(jīng)濟、“綠色”做出更大貢獻。

參考文獻：

[1] 龍伍見.我國煤礦低濃度瓦斯利用技術(shù)研究現(xiàn)狀及前景展望[J]. 礦業(yè)安全與環(huán)保，2010.8，37（4）：74-77.

[2] 陶明信，高波，李晶瑩.煤層氣：新興的能源資源及其災害于環(huán)境問題[J].礦物巖石地球化學通報，1999，18（3）：182-188.

[3] 吳財芳，曾勇，秦勇.煤與瓦斯共采技術(shù)的研究現(xiàn)狀及其應(yīng)用發(fā)展[J].中國礦業(yè)大學學報，2004，33（2）：137-140.

[4] 馬曉鐘.煤礦瓦斯綜合利用技術(shù)的探索與實踐[J].中國煤層氣，2007，7（3）.

[5] 馬良濤.燃氣輸配[M].北京：中國電力出版社，2004.

作者簡介：

鄭學軍（1972），男，寧夏賀蘭人，現(xiàn)任神華寧夏煤業(yè)集團有限責任公司汝箕溝無煙煤分公司治安保衛(wèi)二隊隊長，助理工程師，本科，從事礦井“一通三防”工作10年。