于海洋-專題報(bào)告廣義礦井瓦斯是指井下有害氣體總稱一般它包括四類來源第一

礦井瓦斯的概（He體有甲烷CH4及其同系物烷烴CnH2n+2、環(huán)烷烴CnH2n、芳香烴C6H6CH3C6H5H2、CO、H2S等等；屬于的氣體有H2S、SO2、CO、NH3、NO2、NO等等；于窒息性氣體有N2、CH4、CO2與H2甲烷的性甲烷是無色、無味、無嗅、可以燃燒或的氣體。他對(duì)人的呼吸的影響同氮相似43%12%57%9%，人即刻處于狀態(tài)，有。甲烷分子直徑0.41nm，其擴(kuò)散速1.340.716kgm3（標(biāo)準(zhǔn)狀況下為空氣密度的0.554倍。甲烷在巷道斷面內(nèi)的分布取決于該巷道有無瓦斯涌出源。在自然101.3kPa條件下，當(dāng)溫度20C100L3.31L0C5.56L3瓦斯在煤層內(nèi)存在的狀表7-1是礦物資源綜合開發(fā)新近得出的在300——1200m采深、中等變質(zhì)煤中存在的甲烷分布表，表明在現(xiàn)今采深下，游離瓦斯僅占5——12%，其余為吸附瓦28M46HOM0.88——0.90gcm3，瓦斯水化物的骨架主要是水化物的組成及其分子直徑見表7-2，瓦斯水化物能以形式進(jìn)行分解并吸收60.7KJ2

7-1300——1200m甲烷位 甲烷存在形 甲烷體積裂縫和大 游 12塊間間 吸 12側(cè)基的分子間空 吸附（固溶體 80微晶芳基的缺 替代式固溶 5芳族碳的微晶 填隙式固溶 127-2瓦斯種 異丁 組成比 分子直徑 5瓦斯發(fā)電現(xiàn)狀與前景分瓦斯利用的主要途約需濃度30%的瓦斯750擴(kuò))，但是，使用燃?xì)忮仩t熱效率較低，還受季節(jié)性限制，加之采瓦斯發(fā)電的應(yīng)用經(jīng)濟(jì)分米100%純度的瓦斯可發(fā)3.0~4.2度電(1m3100%純度的瓦斯熱值為36.8MJ，按發(fā)電效率為35%~42%實(shí)際可發(fā)電3.6~4.3度)，1時(shí)30%純度的瓦斯可發(fā)1.0~1.4度電平均每度瓦斯發(fā)0.120.200.56kwhCDM項(xiàng)目的碳減排交易收人，那么其經(jīng)濟(jì)性將更加突出。以上瓦斯煤礦瓦斯開發(fā)現(xiàn)含有少量氮?dú)猓鰵鈮毫σ话阍?.1MPa以上，是一種優(yōu)質(zhì)的天然氣。沁水煤田煤層氣成1。 N體積分?jǐn)?shù) 煤礦抽放是指通過煤礦井下抽放、煤礦采動(dòng)區(qū)抽排、廢棄礦井抽排等方法開采煤層氣10%~55%斯出口壓力一般為10kPa左右甲烷體積分?jǐn)?shù)大于30%時(shí)可以和通過增壓泵增壓進(jìn)遠(yuǎn)距離輸送，稱為高濃度瓦斯，而將甲烷體積分?jǐn)?shù)小于0%的瓦斯稱為低濃度瓦斯(見表2)。N 3 風(fēng)排瓦斯又稱為煤礦乏風(fēng)，甲烷排放量約占總排放量的90%，甲烷體積分?jǐn)?shù)一般在煤礦瓦斯發(fā)電現(xiàn)在20世紀(jì)80年代后期，、英國(guó)、澳大利亞等國(guó)家開始利用煤礦瓦斯發(fā)電。發(fā)電阿平礦，BHP114MW的單循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組及與之相配目是遼寧撫順礦物局的臺(tái)電站，采用引進(jìn)的功率為1500kW的KGZ—3C燃?xì)廨啓C(jī)標(biāo)定功率標(biāo)定轉(zhuǎn)速瓦斯體積分?jǐn)?shù)為40.4%。晉城礦業(yè)的寺河礦區(qū)采用2臺(tái)功率為2000kW的燃?xì)廨啓C(jī)，55%~65%1用的是勝動(dòng)的功率為400kW的瓦斯發(fā)電機(jī)組，瓦斯體積分?jǐn)?shù)在30%以上。在國(guó)內(nèi)除勝動(dòng)外，標(biāo)定功率標(biāo)定轉(zhuǎn)速瓦斯體積分?jǐn)?shù)達(dá)到5%~15%時(shí)，遇明火就會(huì)發(fā)生。因此，在2004年以前，體積分?jǐn)?shù)為6%~25%的煤礦瓦斯全部排空得不到有效利用2004年9月勝動(dòng)研究開發(fā)了煤礦發(fā)動(dòng)機(jī)安全問題，在淮南礦業(yè)潘三礦建立了世界上首座低濃度煤礦瓦斯發(fā)電站，裝機(jī)6×500kW。煤礦瓦斯發(fā)電關(guān)鍵技煤礦瓦斯發(fā)電設(shè)備應(yīng)用比1.0MPa機(jī)進(jìn)行瓦斯壓力提升在高溫高壓下瓦斯上限提高著火范圍變寬瓦斯?jié)舛鹊蜁r(shí)易發(fā)生因此如果瓦斯體積分?jǐn)?shù)低于35%以下就不能運(yùn)行另外低的瓦斯?jié)舛纫策M(jìn)行燃燒時(shí)不與外部相連因此從原理上講除了可以燃用高濃度瓦斯外在圍內(nèi)的瓦斯也可以作為發(fā)動(dòng)機(jī)的但是進(jìn)氣管回火現(xiàn)象是客觀存在的如不能消回火，那么將引起在范圍內(nèi)的瓦斯發(fā)生，對(duì)煤礦安全產(chǎn)生。煤礦瓦斯發(fā)電技術(shù)難30%的高濃度煤礦瓦斯，一般采用建造儲(chǔ)6%~30%的煤礦瓦斯，由于瓦斯?jié)舛鹊淖兓锌赡茉斐赏咚節(jié)舛扰R界極限范圍內(nèi)，因此必須采取可靠的阻火措施，保證發(fā)動(dòng)機(jī)回火不會(huì)造成火焰在中。另外，瓦斯?jié)舛群蛪毫Φ淖兓瘜?duì)空燃比的影響更大，為保煤礦瓦斯發(fā)電關(guān)鍵技合器瓦斯通道的開度，從而使混合氣濃度保持穩(wěn)定。這種混合器可以適應(yīng)體積分?jǐn)?shù)為30%~55%45%~75%1為文丘里電控混合器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。圖 文丘里電控混合器結(jié)構(gòu)示意25%3∶1，如10%9∶1器低濃度瓦斯混合的需要圖2為于低濃度煤礦瓦斯的雙蝶門電控混合器結(jié)加大，從而使混合氣的濃度保持不變。這種混合器工作范圍寬，可以用于體積分?jǐn)?shù)為6%~30%空氣進(jìn)空氣調(diào)節(jié)瓦空氣調(diào)節(jié)瓦斯氣進(jìn)燃?xì)庹{(diào)節(jié)圖 雙蝶門混合器原礦井抽排瓦斯壓力一般在10kPa，體積分?jǐn)?shù)多在10%~55%，比較適合于空氣與瓦斯增壓前03kPa~5kPa就能斯和空氣同時(shí)增壓(見圖3)增壓后的混合氣壓力一般在0.10MPa(表壓)溫度在120℃以下，距CH4自燃著火溫度650℃很遠(yuǎn)。增壓器以每分鐘數(shù)萬轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)，氣流高速運(yùn)，空氣濾清空 增壓電控燃混合 煤礦瓦 混合氣圖 瓦斯與空氣混合后增1/2000kPa~2kPa的負(fù)壓，如果調(diào)0.5kPa普通的單級(jí)調(diào)壓閥使用要求低壓流量先導(dǎo)調(diào)壓閥采用TEM45所示。當(dāng)火v火焰區(qū)（亮區(qū)淬熄區(qū)（暗區(qū)v火焰區(qū)（亮區(qū)淬熄區(qū)（暗區(qū)DD圖 金屬波紋帶阻火原進(jìn)出L圖進(jìn)出L收，化學(xué)反應(yīng)的自由基減少并消除。水位自控水封阻火防爆器采用監(jiān)測(cè)水位和計(jì)算機(jī)6圖 水位自控式水封阻火防爆1760倍，最大限度地水在噴嘴處形成旋轉(zhuǎn)流，噴出后擴(kuò)散，形成水霧；另一種是水由高壓空氣進(jìn)行混合，瓦斯發(fā)電的工藝流系統(tǒng)分1。(1)煤層氣輸送系統(tǒng)：通過管道將瓦斯氣體從井下輸送到地面發(fā)電設(shè)備(2)發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)：采用瓦斯做功發(fā)電的機(jī)組及輔助設(shè)備3)并網(wǎng)供電系統(tǒng)：將所發(fā)電能通過變壓并入主電網(wǎng)煤煤層氣抽氣氣做功發(fā)用電力輸余熱利職工沐1高濃度瓦斯發(fā)30％~35％。20047月，該礦建成了304070％。發(fā)電機(jī)組的部件是電控燃?xì)饣旌掀?，如圖2所示，發(fā)動(dòng)機(jī)通過工控計(jì)算機(jī)燃?xì)庾兓?，?shí)時(shí)259.5％，其發(fā)電原理是利用煤層氣濃度處于界限內(nèi)做功而發(fā)電。電控電控調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)工控缸內(nèi)燃燒號(hào)傳感工控缸內(nèi)燃燒號(hào)傳感器步進(jìn)電機(jī)制驅(qū)動(dòng)萬m31萬m3380V，經(jīng)控制柜、6kV后，經(jīng)高壓配電盤并入四礦地面變電站。產(chǎn)生的廢氣、余熱經(jīng)過熱交換器，余熱系統(tǒng)的處理，為職工提供熱源低濃度瓦斯發(fā)典型試鶴壁煤業(yè)除了四礦抽放的瓦斯?jié)舛容^高外其他礦井瓦斯?jié)舛纫话惚容^低而且大多在極限內(nèi)因此如何利用低濃度瓦斯發(fā)電一直是比較棘手的問題六礦是礦井10綜合抽”等措施，提高了瓦斯抽放率。2006年10，六礦安裝了勝動(dòng)5臺(tái)50G1輸送系濃度的要求；二是要有安全的瓦斯輸送系統(tǒng)。而勝動(dòng)的發(fā)電設(shè)備是利用瓦斯做功CH5％～15％即可，所有濃度的瓦斯在進(jìn)入爆動(dòng)采用了多項(xiàng)技術(shù)措施保證瓦斯安全平穩(wěn)輸送。其中煤礦瓦斯與細(xì)水霧混合輸送技術(shù)3。瓦斯與細(xì)水霧混合輸送系統(tǒng)主要包括三種阻火技術(shù)、一個(gè)水循環(huán)系統(tǒng)和一套濕式瓦斯壓力平衡裝置。低濃度瓦斯經(jīng)水位自控水封阻火器和瓦斯干式阻火器進(jìn)入細(xì)水霧變送管道，與細(xì)水霧混合輸送。輸送管道終端配置了瓦斯干式阻火器，以保證瓦斯輸送4瓦斯 瓦斯?jié)袷绞?/p>

輸水水霧發(fā)瓦斯輸水泵水 回水管脫水火 火

射

送管3 調(diào)壓閥混增 發(fā)電機(jī)燃燃燃燃燃燃燒燒燒燒燒燒室室室室室 中4瓦斯發(fā)電余熱制冷技我國(guó)在“十一五”規(guī)劃綱要中制定了發(fā)展資源節(jié)約型和環(huán)境友好型經(jīng)濟(jì)的方針GDP520%10%的目標(biāo)。利用豐少溫室氣體的排放，符合我國(guó)節(jié)能減排保護(hù)環(huán)境發(fā)展資源節(jié)約型和環(huán)境友好型經(jīng)濟(jì)的方針，余熱回收制冷熱電冷聯(lián)供將會(huì)成為我國(guó)今后礦井熱害治理的主要發(fā)展方向。礦井熱害治理工程現(xiàn)非制冷空調(diào)降溫措、Y型通風(fēng)沿空留巷技術(shù)，采用下行通風(fēng)、充填采礦法、隔絕熱源、疏排熱水、煤層注水、控制機(jī)械熱熱等技術(shù)。理論研究和生產(chǎn)實(shí)踐表明:改善通風(fēng)系統(tǒng)增加風(fēng)量是熱害治理中比較經(jīng)濟(jì)有效的但增加風(fēng)量受到礦井通風(fēng)能力最高風(fēng)速等經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件的限制、機(jī)械制冷降溫措空調(diào)式降溫技空調(diào)降溫技術(shù)主要分為礦井井下局部制冷空調(diào)降溫措施(圖1)，集中制冷空調(diào)降溫措施。集中制冷分為井下集中制冷(2)和地面集中制冷(3)等形式。局部通風(fēng)回風(fēng)

冷卻 機(jī)

冷 回風(fēng)濕風(fēng)工作回風(fēng)濕風(fēng)工作圖 井下局部空調(diào)制冷降溫原冷圖 井下集中空調(diào)制冷降溫原冷圖 地面集中空調(diào)制冷降溫原冷量需求大的全井降溫。2006年起淮南礦區(qū)開始采用空調(diào)降溫技術(shù)，目前有潘一礦、潘三74對(duì)礦井采用地面冰冷式降溫技冰冷式降溫系統(tǒng)(4(冰水混合物)0取噴霧降溫。冰冷式降溫系統(tǒng)由制冰、輸冰、融冰三個(gè)環(huán)節(jié)組成。水水冰（礦井排水系4余熱吸收熱電冷聯(lián)供技機(jī)組運(yùn)行過程中產(chǎn)生大量煙氣(250~500℃)，高溫?zé)煔饪?5%~40%65%~85%，這樣一溴化鋰吸收式制冷目的。溴化鋰吸收式制冷機(jī)對(duì)熱源的要求不高。一般的低壓蒸汽(0.12MPa以上)75℃以上的熱水均能滿足要求，按熱源不同可分為蒸汽型、低溫水型、煙氣型、低溫水/低溫水/瓦斯發(fā)電站余熱制瓦斯發(fā)電方25%500~3000kW30%~36%之間50%1.8Mpa以上，瓦斯利4~220MW25%~30%之間，可利用瓦25%以上；聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)是效率最高的一種形式，聯(lián)合循環(huán)是將燃?xì)廨啓C(jī)排放的45%以瓦斯發(fā)電及熱電冷聯(lián)供綜合自動(dòng)化控制技控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制方綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用由現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)和管理級(jí)組成的二級(jí)結(jié)構(gòu)，由現(xiàn)場(chǎng)控制站集中管理站和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組成現(xiàn)場(chǎng)控制站分為地面系統(tǒng)和井下系統(tǒng)兩部分地面離心式制冷機(jī)組控制站電氣繼電保護(hù)系統(tǒng)等地面系統(tǒng)以C控制器為實(shí)現(xiàn)相關(guān)工藝控制井下系統(tǒng)采用分散式本安型控制器和現(xiàn)場(chǎng)控制總線對(duì)風(fēng)巷前安裝的中將井下檢測(cè)信號(hào)傳輸?shù)降孛嬲镜闹骺丶泄芾碚驹O(shè)在主控樓主控制室內(nèi)由主控工程師站操作員站及相應(yīng)設(shè)備組成通過工業(yè)以太網(wǎng)與井上下各現(xiàn)場(chǎng)控制站進(jìn)行通信，現(xiàn)場(chǎng)控制級(jí)的有效信息集中管理全站各生產(chǎn)環(huán)節(jié)?？刂乒泄芾碚镜闹骺豍LC通過工業(yè)以太網(wǎng)與井上下各現(xiàn)場(chǎng)控制站通信現(xiàn)場(chǎng)控工程師站用于控制系統(tǒng)組態(tài)、軟件開發(fā)等，正常運(yùn)行時(shí)也可作為操作員站對(duì)系統(tǒng)通口將相關(guān)信息上傳至上級(jí)調(diào)度管理系統(tǒng)。瓦斯發(fā)電熱電冷聯(lián)供工程主要流需要35%濃度的瓦斯氣量930Nm3/h，2臺(tái)耗氣量1860Nm3/h，瓦斯氣體進(jìn)入發(fā)電機(jī)組之利用礦井抽采瓦斯采用內(nèi)燃發(fā)電機(jī)發(fā)電，所發(fā)電能并網(wǎng)采用溴化鋰吸收制冷技術(shù)，把發(fā)電余熱作為能源進(jìn)行礦井降溫制冷站制出2.5℃的冷水通過保溫送至井底車場(chǎng)的高低壓熱交換器，通過交換的技術(shù)成熟且得到普遍的應(yīng)用，熱水型、蒸汽型、煙氣型溴化鋰機(jī)組已是國(guó)內(nèi)外成余熱制冷設(shè)備。目前最低余熱利用溫度可達(dá)80℃以下。今后在這項(xiàng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，淮南礦業(yè)公司正在積極研發(fā)低濃度瓦斯發(fā)電技術(shù)，將濃度6%以上的瓦斯直接發(fā)電，發(fā)展低濃5.3瓦斯發(fā)電的制約因(l)縱觀國(guó)內(nèi)外瓦斯發(fā)電機(jī)組，它們都只能對(duì)30%(有的設(shè)備廠家承諾可以使用25%)以上濃度的瓦斯進(jìn)行利用，而對(duì)約占總抽采量1/2的低濃度(低于30%)瓦斯的利用為力；淮南礦業(yè)雖然進(jìn)行了低濃度瓦斯發(fā)電的工業(yè)性試驗(yàn)并取得成功“