浅谈煤矿高浓瓦斯的利用

强化玲

【摘要】本文结合矿井瓦斯抽采系统现状和高浓瓦斯资源分布情况，适当增设部分抽采系统，充分利用采空区高浓瓦斯资源，加以合理的系统调控与专用拍排巷进行混合抽采利用。既能消除采空区瓦斯涌出和自然发火威胁，同时充分利用采空区高浓瓦斯资源，实现煤与瓦斯共采。

【关键词】煤矿；高浓瓦斯；回收利用

我国是煤炭生产大国，瓦斯突出的矿井约占煤炭矿井的一半。瓦斯是煤矿安全的最大威胁， 全国煤矿重大安全事故70%以上都与瓦斯爆炸有关。 其实，瓦斯是伴随着煤的炭化过程而生成的，赋存于煤层中的非常规天然气，又名煤层气，成份以甲烷为主，一般在94%左右，其次是二氧化碳和氮气，一般在3-4%和1%左右，另外还有微量成分。它并非仅仅是人类需要驯服的“杀手”。人们常把瓦斯利用喻为“变废为宝”——将本来排空的废气变为清洁能源。

1、瓦斯的特性

煤层气，又称煤层甲烷，俗称瓦斯，人们对它爱恨交加。爱的是它是一种情结能源，有很大的利用价值：恨的是他是矿难的元凶之一。因此，煤矿一旦发生瓦斯事故，往往造成成群的死伤，在国内外造成严重的影响。

2、加强煤矿瓦斯安全管理和综合利用的必要性？

（一）瓦斯治理与综合利用是矿井安全生产的需要？瓦斯有窒息、燃烧和爆炸的特性，而引起瓦斯爆炸的三要素是足够量的瓦斯、足够量的空气和引爆火源。所以大量涌出的瓦斯是影响煤矿安全的重要因素，为确保矿井安全生产，必须认真落实“先抽后采”的原则，坚持“多点、均衡、低压、高浓”抽放，并按规定合理配风，使开采过程中的瓦斯浓度不超限，确保矿井安全生产。？

（二）瓦斯治理与综合利用是企业发展的需要？

九十年代末是矿务局继"限采保城"政策的出台后，转产转型的重要时期，转产目标是以市场为导向，充分利用矿区的资源、资产、技术和人才优势，引进技术，选择有市场前景的接续项目，大力发展非煤产业。在东露天矿、油母页岩厂相继投产后，煤层气开发与利用也被列入矿务局的重点转产项目之中。随着矿井瓦斯抽放量的增加，其利用规模和范围也在不断地扩大，目前向沈阳、两地的民用、工业供气，已形成较完备的地面网络。不仅取得了良好的经济效益，而且也收到了良好的社会效益。？

（三）开发瓦斯资源是社会和环境保护工作的需要？瓦斯中的甲烷含量很高，甲烷的温室效应在全球气候变暖中的份额为15%，仅次于二氧化碳；而且，等量甲烷造成的温室效应是二氧化碳的21倍。国家发改委公布的数据显示，全国煤层气利用率仅为23%，这意味着大多数的煤层气正朝天排放，其温室效应不容忽视。搞好煤矿瓦斯安全管理与综合利用，不仅有利于煤矿的安全生产，同时，也会使瓦斯变害为利。？

3、矿井高浓瓦斯分布情况

目前，矿井高浓瓦斯主要分别在已封闭采空区和保护层开采期間卸压瓦斯。由于保护层开采具有阶段性，且从张集矿北区目前开采上保护层抽采效果看，矿井煤卸压速度较快，卸压瓦斯流量较小，纯流量在8立方米/分钟左右，混合流量在25立方米/分钟左右，不能满足系统泵最低抽采流量需要，造成系统泵憋泵。其次，矿井为前进式开采模式，采场应力集中，采空区封闭墙和保护煤柱破坏严重，并随着采空区数目的增加，采空区瓦斯涌出异常，时刻威胁着矿井的安全，主要表现在以下两个方面：

1）采空区封闭墙破坏严重，受气候变化影响，采空区瓦斯涌出异常，造成系统巷道内瓦斯增值，易酿成重大瓦斯事故。2）在相邻工作面掘进和回采期间，由于顶板离层和保护煤柱的破坏，在负压通风条件下采空区瓦斯容易向相邻工作面涌出，造成回风流瓦斯增大，严重威胁矿井的安全生产。

4、高浓瓦斯资源系统整合利用技术

根据矿井当前实际情况，通过控制性抽采的方法，使采空区形成均压或低负压状态。同时，建立一个完善的采空区防火预测预报体系，既消除采空区瓦斯涌出和自然发火威胁，并将高浓瓦斯与卸压瓦斯混合加以利用。具体方法如下：

1）完善抽采管网系统，将施工有顶板抽排巷的采空区连接在—套管网系统中，以利用现有采空区高浓瓦斯资源。该套管网系统只负责抽采一些混量小、，浓度相对较高的气源，通过与采空区高浓瓦斯混合，达到瓦斯利用要求。2）根据地面泵站瓦斯浓度，采取采空区间隙性轮流配抽的方式，进行有计划的控制性抽采，确保供气浓度在300/o以上，防止单个采空区因过度抽采导致自燃。3）在采空区封闭墙口安装U型压差计，时刻观测采空区内负压情况，当采空区，小于-500Pa时停止抽采。4）建立完善的采空区抽采指标体系，对采空区内CO、C2H C2H2、CH。气体浓度以及温度等参数进行监测。

采空区控制性抽采期间和抽采结束后，必须对CO、C：H4、C2H2标志性气体进行气样分析，以此掌握煤层自然发火变化趋势，做好采空区自然发火预测预报工作，指导矿井有针对性地采取相应灭火措施，达到早期预测预报煤层自然发火状态的目的，防止因抽采造成采空区自然发火：

1）CO，品名：一氧化碳，密度为125kg/m30该气体无色、无臭、无刺激性气体，溶于氨水，难溶于水，有剧毒。它与空气混合能形成爆炸性气体，爆炸极限为：下限1.25%，上限75%。CO是煤在氧化过程中出现的最早的氧化气体产物，贯穿整个煤体氧化过程，CO浓度的升高伴随着自然发火煤体温度的升高，将C0变化趋势作为参考值，以此来判断采空区自然发火的态势。根据矿井长期的经验积累，当采空区CO浓度达到50ppm时，应对采空区采取防灭火措施。

2）C2H4，品名：乙烯，密度为1.261 kg/m3该气体为无色气体、微带香甜昧，多量吸入时能引起麻醉，溶于醇和醚，难溶于水，化学性质活泼，它与空气混合能形成爆炸性气体，爆炸极限为：下限3%，上限29%。C2H4的出现，表征采空区煤的氧化已进入加速氧化阶段，此时温度已哒到1 1 3℃，若不及时处理，将很快发展到激烈氧化阶段。此时，必须采取防灭火措施，并对措施效果进行检验。

3）C2H2，品名：乙炔，密度为1.1 71 kg/m3该气体为无色气体、有蒜味、微溶于水，爆炸极限为：下限2%，上限82%。比CH4更具有爆炸性，在雷管等激励下，就能引起爆炸。有麻醉作用和毒性。采空区遗煤在缓慢氧化阶段和加速氧化阶段不产生该气体，因此，只要检测到该气体的存在，证明采空区温度已接近或达到21 5℃，必须采取有效的防灭火措施，直至没有自然发火危险性。

5、将瓦斯运用在发电技术中的优势

1）、安全。通过抽采利用使瓦斯煤矿真正处于低瓦斯状态下进行采掘活动，提前消除了开采过程中瓦斯突出的危险，大大减少了煤矿职工作业的危险程度。

2）、节能。根据新一轮资源评价，我国深埋2000米以浅煤层气地质资源量约为36万亿立方米，可采资源总量约为10万亿立方米，与路上常规天然气资源储量相当。原材料是作为废弃排放的瓦斯，与燃煤发电相比，发电成本低，在一定程度上减少了环境污染。

3）、高效。把瓦斯抽采利用，投资小，回收快，一般三年左右即可收回全部投资。

4）、瓦斯发电设备可在热电联产、备用电力和调峰等方面应用，前景广阔。

通过科学结束的不断发展，曾经作为废弃物排放的额瓦斯已经作为发电的资源，在提高煤矿安全性的同时对资源进行了充分的利用。但是在瓦斯发电技术发展的过程中，还需我们不断的对性的工艺进行探索，提高瓦斯发电的安全性，减少瓦斯排放对坏境造成的污染，增进瓦斯发电技术的进一步发展。瓦斯发电技术是一项变废为宝的新型能源利用项目，在为人们提供更多能源的同时，会推动煤矿行业的进一步发展和建设。

参考文献：

【1】贺亮才. 大型国有煤炭企业转型的特征分析与时间探讨[J].当代经济.2006

【2】李晓民.浅谈阳城县煤层气综合开发利用发展探讨《山西大学学报》2011