淮南矿区瓦斯抽放与综合利用的相关技术探讨

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摘要：当前，瓦斯煤尘爆炸、瓦斯涌出、煤(岩)与瓦斯突出等问题是已成为制约煤矿安全生产的重要因素。而解决矿井瓦斯问题，保证安全生产的根本性措施就是瓦斯抽放和综合利用。本文通过分析淮南矿区的瓦斯特点，针对矿区及张集矿井瓦斯抽放与利用的相关技术进行探讨。

关键字：瓦斯抽放；煤矿；综合利用

淮南矿区属于瓦斯灾害严重矿区，历史上重特大瓦斯爆炸事故频繁发生，损失惨重。随着开采深度和开采强度的增加，瓦斯增加的幅度还会加大。为了矿井的生产安全，我们还需不断的研究与探索，摸索出一套适合淮南矿区安全生产要求的瓦斯抽放技术和方法。

1 矿井瓦斯抽放

1.1 采用双系统强化矿井本煤层预抽和采空区卸压抽放

淮南矿区与阳泉、松藻等高瓦斯矿区相比较，淮南矿区具有本煤层瓦斯含量大，压力高，透气性差，煤质较软，厚度适中，整体性好，瓦斯治理困难特点。由于开采层瓦斯含量大的缘故，生产过程中，工作面和采空区瓦斯涌出量大，成了淮南煤业集团瓦斯涌出的2大特点，这2大特点，决定了应该采取强化本煤层抽放有效降低煤层瓦斯含量和进行采空区抽放。

本煤层预抽的特点是高负压、低流量，采空区卸压抽放的特点是低负压、大流量。我矿针对2种抽放方式的特点，开始建立井上永久瓦斯泵站和井下移动瓦斯泵站2套抽放系统。

张集矿地面本煤层预抽放泵站设计的抽放能力可达4000m3／min以上，安装了2台2BE1-605型、1台2BE1-705型水环式真空泵和7台2BEY-72型，其中2BE1-705泵，转速为236r/min，抽放能力为192m3／min，最高运行负压160kPa，配套电机功率220kW。2BE1-705泵，转速为266r/min，抽放能力为362m3／min，最高运行负压160kPa，配套电机功率500kW。2BEY-72泵，转速为291r/min，抽放能力为533m3／min，最高运行负压160kPa，电机功率800kW。张集矿井下目前有井下瓦斯泵站8处，在井下工作面就近建立，每个移动瓦斯站内安装3台2BE1-353型水环式真空泵，二开一备，l台用以抽放工作面回采过程中的顶板钻孔及上隅角瓦斯，该部分瓦斯通过管道进回风井或回风巷进行排空；另一台专门用于通过顺层钻孔预抽工作面本煤层瓦斯，以满足孔口负压要求，当瓦斯浓度为30％时，并入地面抽采系统以利用。

目前，张集矿地面泵站并联运行了1台2BE1-605、1台2BE1-705泵和3台2BEY-72泵，标态下，抽放混量为720 m3／min左右，抽放瓦斯浓度达30％－35％，抽放瓦斯纯量在50m3／min以上；井下泵站抽放浓度在5％－10％，抽放瓦斯纯量达20m3／min以上，全矿抽放瓦斯纯量达到80m3／min，矿井的抽放率为50％～65％。日抽放瓦斯量达到10万m3左右，全矿井下2008年的抽放量达到3200万m3。

1.2 对井田原始煤体，进行地面钻井预抽放

在张集矿井田150.8km2范围内，煤层瓦斯气地质储量286亿m3，可采储量为223亿m3。该区煤层瓦斯气地质储量分布集中、储藏条件好、透气性好、可抽性好、甲烷含量高，是国内煤层瓦斯气开发最具有前景的地区之一。

2004年引进澳大利亚地面钻孔释压技术，开始展开地面煤层瓦斯气开发研究工作。首先在张集矿区井田范围内利用常规旋转式钻机施工了2口244.5mm的示范井，打穿北区8号可采煤层，为提高抽放气量，同时采用水力压裂技术对3号煤层作了增产处理，支撑剂先后采用了0.3mm和0.6mm的石英砂。井口安装了250型简易的采油树进行瓦斯气排采。钻孔于2005年初开始施工，到2005年6月完工，均已产气，其中最高单孔日产气量超过12000m3。这一煤层瓦斯气井群排采试验的成功，有力地推动了淮南矿区煤田煤层瓦斯气的勘探开发工作。

2 瓦斯综合利用的技术方案

瓦斯综合利用的途径包括：利用瓦斯进行发电；利用瓦斯作民用燃料；利用瓦斯除氧脱氧技术。瓦斯提纯后加压。作为汽、柴油的替代品；利用瓦斯作为其他工业燃料；利用瓦斯锅炉进行供热；CDM技术。因为篇幅有限，以下就张集矿井瓦斯发电技术方案进行探讨。

2.1 可采煤层气储量的计算

可采煤层气储量是指在煤层气储量中能被抽出的最大量，其计算方法如下：

W抽=WC××W可=3.2×108×O.4=1.28x108(m3)

式中：W抽为可抽煤层气量；W可为可抽放系数。

2.2 燃气轮机发电系统的基本构成

QDR20型热电联供机组的主要设备和相关系统：WJ661l型燃气轮机，TF2500-6／1430型同步发电机，ZLD-36-8／22型启动励磁机，EGS-1.3／300型余热锅炉构成了机组的主要部分；另外还有台架、专用联抽器、空气过滤消音装置、燃气轮机滑油系统，发电机滑油系统．电气控制、检测与保护系统，高低压配电系统，启动整流装置等。

2.3 机组水的供应

在瓦斯发电厂的内部设置软化水车间，以供余热锅炉和压缩机用。软化水系统主要由下列设备及物件构成：GN-l200型钠离子交换器(水处理能力为17m3／h)，水泵、水箱、水位计、盐池、各种化验器具及化验试剂。

为保证蒸汽的品质和锅炉寿命，经过处理后的软化水应符合标准(GBl576-85)的要求，单台锅炉需除氧水量为8t/h，压力1.8MPa；单台压缩机需用软化水量为9.6m3，压力为O.3MPa左右。

2.4 瓦斯发电及余热发电流程

从储气柜出来的瓦斯气通过直径426mm管道送往厂区内的压缩机增压车间加压后，经冷却器冷却再输送到储气罐中；然后通过管线送至燃气轮机组前的精过滤器，经过滤和两气动截止阀控制后，再分别送到燃气轮机的启动喷嘴与燃料调节器；瓦斯气经喷嘴喷人燃气轮机的燃烧室与经压气机压缩后的空气进行混合，并点火进行燃烧；混合气在高温高压下形成一股沿顺时针方向旋转的气流，并不断膨胀带动涡轮旋转；涡轮又带动燃气轮机的输出轴高速旋转，从而完成了机械能向电能的转化。

由于燃气轮机所排出的尾气温度很高(400℃)，如果不加以利用，将造成热量的损失并污染大气环境，因此余热锅炉用于回收燃气轮机排气的余热来产生过热蒸汽。

燃气轮机的尾气排出后，通过余热锅炉的省煤器、蒸发器和过热器等部件与进入余热锅炉的除氧软化水进行热交换．再由热水循环泵将汽水分离器中的热水强制泵入锅炉的蒸发器中，以产生饱和蒸汽，经汽水分离器分离后形成饱和蒸汽，再进入余热锅炉的过热段中加热形成过热蒸汽，从而推动汽轮机组发电。

结语

煤矿瓦斯是赋存在煤层中的一种与煤共生的气体，主要成分为甲烷(CH4)，纯瓦斯的热值大于138164.4Kj/m2，与常规天然气相当，是一种洁净的能源。瓦斯的抽放利用，极大地促进了企业开展瓦斯抽放工作的积极性，不仅能有效缓解矿井瓦斯灾害，改善煤矿的安全生产条件，同时还解决了部分人员的就业问题，能够取得良好的经济效益、社会效益和环境效益。提高煤矿瓦斯利用率，通过利用规模的扩大促进抽放规模的扩大，以利用促抽放、以抽放保安全，已成为当前瓦斯防治工作的一个特点。

参考文献

[1]俞启香．矿井瓦斯防治[M]．徐州：中国矿业大学出版社，1993.

[2]于不凡．煤矿瓦斯灾害防治及利用技术[M]．北京：煤炭T业出版社，2004:3-780．

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