煤矿通风瓦斯处理技术的比较和应用前景

2019-11-28董海涛武保亮

商品与质量 2019年42期

董海涛武保亮

肥矿集团矿业管理服务有限公司山东肥城 271600

在传统形式的煤矿生产中，为了确保生产安全，往往会利用大量的空气对矿内的瓦斯进行稀释和排除，但这种处理方式不仅会对资源造成大量的浪费，还会对周围环境造成一定的影响，而为了对这种方式进行有效的改善，相关领域对煤矿瓦斯处理技术进行了深入的研究，并应在煤矿的实际生产当中得到了广泛的应用，对煤矿行业的发展产生了很大的推动作用，因此，有必要针对相关内容加强研究。

1 煤矿通风瓦斯处理技术的比较

1.1 将瓦斯作为主要燃料应用

这是一种直接氧化技术，而该项技术的实施可以借助逆流式催化氧化装置以及逆流式热氧化装置来实现。其中，逆流式热氧化装置的工作原理主要是在反应器当中导入温度为10-30℃的煤矿乏风，而受到1000℃高温的影响，浓度较低的甲烷会在反应器当中发生氧化反应，同时释放出热量，而对这些热量进行应用，能够产生热水或者是蒸汽，可以将蒸汽用于汽轮机进行发电，而热水以及余热则可以用于制冷和取暖，该项技术的关键就是对反应器当中的气体流动方向进行不断的改变，使乏风能够在蓄热器当中进行吸热和升温，使甲烷氧化过程能够得到有效的维持。通过对该项技术的有效应用，能够对大量的煤矿通风瓦斯进行有效的处理，不仅可以减少资源消耗，对于环境的保护也具有非常积极的作用[1]。

而逆流式催化氧化装置在工作原理方面与热氧化装置基本相同，只是该装置需要将催化剂加装在热交换床层当中，从而将通风瓦斯的原来1000℃的自燃温度降到350℃-800℃。而由于利用催化剂能够将瓦斯自燃温度有效降低，不仅放宽了装置的材质要求，同时还能有效提升装置的启动速度，但其中还有许多问题存在，例如，催化燃烧流向变化方面的工艺还有待研究；催化剂存在协同性、稳定性以及活性不高的情况，且成本投入较高，使用寿命不长；而自燃温度的降低也对热量的回用率造成了一定的影响[2]。

1.2 将瓦斯作为辅助燃料应用

其技术原理主要是使用乏风对助燃空气加以代替，从而将主燃料的应用有效减少，并降低瓦斯的排放量。具体应用如下：

第一，燃气轮机。对燃气轮机使用压缩机，将煤矿乏风引入到燃烧室当中，在燃烧室中将主燃料及通风瓦斯点燃，可以将主燃料的成本投入有效降低。

第二，内燃发动机，火花塞式发动机以及狄塞尔发动机都是较为常见的内燃发动机，一般需要对中等质量的燃气进行使用，并以此来发电，而在其燃烧的过程中，可以使用煤矿乏风来代替部分空气。利用这种方式，其燃料消耗要比使用空气进行助燃的方式低10%，同时还能将煤矿当中的瓦斯排放量减少20%。

第三，还可以将煤矿通风瓦斯引入到煤矿附近的制砖窑炉以及火电厂锅炉的供风系统当中，而想要对辅助燃料的方式进行有效的应用，需要矿井与用风地保持较近的距离，而这也对该项技术的广泛应用产生了巨大的限制作用。

当然，除了上述技术以外，还有其他类型的处理方法，第一是改造研制微燃机，使其可以对煤矿乏风或者经过提浓以后的乏风进行直接燃用，但这种方法的研究还较为有限，目前的技术还不够成熟；第二，提浓，通常煤矿当中的通风瓦斯浓度为0．5%，在进行提浓以后，能够将甲烷浓度提至20%，而乏风在提浓以后，可以作为燃料在交互式引擎和燃气轮机当中使用，但这种方法具有较高的能耗，经济性还有待提升[3]。

2 煤矿通风瓦斯处理技术的应用前景

为了对全球气候变暖问题进行有效的控制，世界各国做出了诸多努力，并共同制定了清洁发展机制，希望能够在世界范围内实现可持续发展的目标，而煤矿通风瓦斯处理与清洁发展机制的目标是一致的，而且由于煤矿当中具有较大的通风瓦斯量，能够保证集中排放，所以，通风瓦斯处理技术的应用，能够进一步提升清洁发展机制的可操作性。根据调查发现，我国每天经由乏风向大气排放的甲烷能够达到170亿m³，而如果能够对通风瓦斯处理技术进行合理的应用，实现瓦斯的有效回用，可以将每年的二氧化碳排放量减少2亿t，若碳减排价格是10欧元/t，则获得清洁收益能够达到240亿元/a，并且可以增加400亿度的发电量，相当于减少了2000万t的标准煤消耗，能够获得良好的经济效益和环境效益。

除此之外，通过通风瓦斯处理技术，能够使煤矿生产的安全水平得到进一步的提升，而在煤矿开采过程中，通风需要消耗海量的电能，会产生较高的成本投入，因此，部分煤矿企业为了降低生产成本，往往会出现通风量不足的情况，导致煤矿当中的瓦斯超标，在煤矿当中埋下安全隐患问题，从而对工作人员的人身安全产生威胁。而利用通风瓦斯处理技术，不仅能够对通风瓦斯进行有效的处理，确保瓦斯排放的清洁性，还能帮助企业从中获得经济效益，并减少成本投入，避免了煤矿通风只有支出而没有收益的情况，而这样能够将煤矿通风的积极性充分的调动起来，对煤矿生产安全具有很大的推动作用。