于海洋-专题报告广义矿井瓦斯是指井下有害气体总称一般它包括四类来源第一

矿井瓦斯的概（He体有甲烷CH4及其同系物烷烃CnH2n+2、环烷烃CnH2n、芳香烃C6H6CH3C6H5H2、CO、H2S等等；属于的气体有H2S、SO2、CO、NH3、NO2、NO等等；于窒息性气体有N2、CH4、CO2与H2甲烷的性甲烷是无色、无味、无嗅、可以燃烧或的气体。他对人的呼吸的影响同氮相似43%12%57%9%，人即刻处于状态，有。甲烷分子直径0.41nm，其扩散速1.340.716kgm3（标准状况下为空气密度的0.554倍。甲烷在巷道断面内的分布取决于该巷道有无瓦斯涌出源。在自然101.3kPa条件下，当温度20C100L3.31L0C5.56L3瓦斯在煤层内存在的状表7-1是矿物资源综合开发新近得出的在300——1200m采深、中等变质煤中存在的甲烷分布表，表明在现今采深下，游离瓦斯仅占5——12%，其余为吸附瓦28M46HOM0.88——0.90gcm3，瓦斯水化物的骨架主要是水化物的组成及其分子直径见表7-2，瓦斯水化物能以形式进行分解并吸收60.7KJ2

7-1300——1200m甲烷位 甲烷存在形 甲烷体积裂缝和大 游 12块间间 吸 12侧基的分子间空 吸附（固溶体 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瓦斯种 异丁 组成比 分子直径 5瓦斯发电现状与前景分瓦斯利用的主要途约需浓度30%的瓦斯750扩)，但是，使用燃气锅炉热效率较低，还受季节性限制，加之采瓦斯发电的应用经济分米100%纯度的瓦斯可发3.0~4.2度电(1m3100%纯度的瓦斯热值为36.8MJ，按发电效率为35%~42%实际可发电3.6~4.3度)，1时30%纯度的瓦斯可发1.0~1.4度电平均每度瓦斯发0.120.200.56kwhCDM项目的碳减排交易收人，那么其经济性将更加突出。以上瓦斯煤矿瓦斯开发现含有少量氮气，出气压力一般在0.1MPa以上，是一种优质的天然气。沁水煤田煤层气成1。 N体积分数 煤矿抽放是指通过煤矿井下抽放、煤矿采动区抽排、废弃矿井抽排等方法开采煤层气10%~55%斯出口压力一般为10kPa左右甲烷体积分数大于30%时可以和通过增压泵增压进远距离输送，称为高浓度瓦斯，而将甲烷体积分数小于0%的瓦斯称为低浓度瓦斯(见表2)。N 3 风排瓦斯又称为煤矿乏风，甲烷排放量约占总排放量的90%，甲烷体积分数一般在煤矿瓦斯发电现在20世纪80年代后期，、英国、澳大利亚等国家开始利用煤矿瓦斯发电。发电阿平矿，BHP114MW的单循环燃气轮机发电机组及与之相配目是辽宁抚顺矿物局的台电站，采用引进的功率为1500kW的KGZ—3C燃气轮机标定功率标定转速瓦斯体积分数为40.4%。晋城矿业的寺河矿区采用2台功率为2000kW的燃气轮机，55%~65%1用的是胜动的功率为400kW的瓦斯发电机组，瓦斯体积分数在30%以上。在国内除胜动外，标定功率标定转速瓦斯体积分数达到5%~15%时，遇明火就会发生。因此，在2004年以前，体积分数为6%~25%的煤矿瓦斯全部排空得不到有效利用2004年9月胜动研究开发了煤矿发动机安全问题，在淮南矿业潘三矿建立了世界上首座低浓度煤矿瓦斯发电站，装机6×500kW。煤矿瓦斯发电关键技煤矿瓦斯发电设备应用比1.0MPa机进行瓦斯压力提升在高温高压下瓦斯上限提高着火范围变宽瓦斯浓度低时易发生因此如果瓦斯体积分数低于35%以下就不能运行另外低的瓦斯浓度也进行燃烧时不与外部相连因此从原理上讲除了可以燃用高浓度瓦斯外在围内的瓦斯也可以作为发动机的但是进气管回火现象是客观存在的如不能消回火，那么将引起在范围内的瓦斯发生，对煤矿安全产生。煤矿瓦斯发电技术难30%的高浓度煤矿瓦斯，一般采用建造储6%~30%的煤矿瓦斯，由于瓦斯浓度的变化有可能造成瓦斯浓度临界极限范围内，因此必须采取可靠的阻火措施，保证发动机回火不会造成火焰在中。另外，瓦斯浓度和压力的变化对空燃比的影响更大，为保煤矿瓦斯发电关键技合器瓦斯通道的开度，从而使混合气浓度保持稳定。这种混合器可以适应体积分数为30%~55%45%~75%1为文丘里电控混合器结构简图。图 文丘里电控混合器结构示意25%3∶1，如10%9∶1器低浓度瓦斯混合的需要图2为于低浓度煤矿瓦斯的双蝶门电控混合器结加大，从而使混合气的浓度保持不变。这种混合器工作范围宽，可以用于体积分数为6%~30%空气进空气调节瓦空气调节瓦斯气进燃气调节图 双蝶门混合器原矿井抽排瓦斯压力一般在10kPa，体积分数多在10%~55%，比较适合于空气与瓦斯增压前03kPa~5kPa就能斯和空气同时增压(见图3)增压后的混合气压力一般在0.10MPa(表压)温度在120℃以下，距CH4自燃着火温度650℃很远。增压器以每分钟数万转的速度旋转，气流高速运，空气滤清空 增压电控燃混合 煤矿瓦 混合气图 瓦斯与空气混合后增1/2000kPa~2kPa的负压，如果调0.5kPa普通的单级调压阀使用要求低压流量先导调压阀采用TEM45所示。当火v火焰区（亮区淬熄区（暗区v火焰区（亮区淬熄区（暗区DD图 金属波纹带阻火原进出L图进出L收，化学反应的自由基减少并消除。水位自控水封阻火防爆器采用监测水位和计算机6图 水位自控式水封阻火防爆1760倍，最大限度地水在喷嘴处形成旋转流，喷出后扩散，形成水雾；另一种是水由高压空气进行混合，瓦斯发电的工艺流系统分1。(1)煤层气输送系统：通过管道将瓦斯气体从井下输送到地面发电设备(2)发电机组系统：采用瓦斯做功发电的机组及辅助设备3)并网供电系统：将所发电能通过变压并入主电网煤煤层气抽气气做功发用电力输余热利职工沐1高浓度瓦斯发30％~35％。20047月，该矿建成了304070％。发电机组的部件是电控燃气混合器，如图2所示，发动机通过工控计算机燃气变化，实时259.5％，其发电原理是利用煤层气浓度处于界限内做功而发电。电控电控调节发动工控缸内燃烧号传感工控缸内燃烧号传感器步进电机制驱动万m31万m3380V，经控制柜、6kV后，经高压配电盘并入四矿地面变电站。产生的废气、余热经过热交换器，余热系统的处理，为职工提供热源低浓度瓦斯发典型试鹤壁煤业除了四矿抽放的瓦斯浓度较高外其他矿井瓦斯浓度一般比较低而且大多在极限内因此如何利用低浓度瓦斯发电一直是比较棘手的问题六矿是矿井10综合抽”等措施，提高了瓦斯抽放率。2006年10，六矿安装了胜动5台50G1输送系浓度的要求；二是要有安全的瓦斯输送系统。而胜动的发电设备是利用瓦斯做功CH5％～15％即可，所有浓度的瓦斯在进入爆动采用了多项技术措施保证瓦斯安全平稳输送。其中煤矿瓦斯与细水雾混合输送技术3。瓦斯与细水雾混合输送系统主要包括三种阻火技术、一个水循环系统和一套湿式瓦斯压力平衡装置。低浓度瓦斯经水位自控水封阻火器和瓦斯干式阻火器进入细水雾变送管道，与细水雾混合输送。输送管道终端配置了瓦斯干式阻火器，以保证瓦斯输送4瓦斯 瓦斯湿式式

输水水雾发瓦斯输水泵水 回水管脱水火 火

射

送管3 调压阀混增 发电机燃燃燃燃燃燃烧烧烧烧烧烧室室室室室 中4瓦斯发电余热制冷技我国在“十一五”规划纲要中制定了发展资源节约型和环境友好型经济的方针GDP520%10%的目标。利用丰少温室气体的排放，符合我国节能减排保护环境发展资源节约型和环境友好型经济的方针，余热回收制冷热电冷联供将会成为我国今后矿井热害治理的主要发展方向。矿井热害治理工程现非制冷空调降温措、Y型通风沿空留巷技术，采用下行通风、充填采矿法、隔绝热源、疏排热水、煤层注水、控制机械热热等技术。理论研究和生产实践表明:改善通风系统增加风量是热害治理中比较经济有效的但增加风量受到矿井通风能力最高风速等经济技术条件的限制、机械制冷降温措空调式降温技空调降温技术主要分为矿井井下局部制冷空调降温措施(图1)，集中制冷空调降温措施。集中制冷分为井下集中制冷(2)和地面集中制冷(3)等形式。局部通风回风

冷却 机

冷 回风湿风工作回风湿风工作图 井下局部空调制冷降温原冷图 井下集中空调制冷降温原冷图 地面集中空调制冷降温原冷量需求大的全井降温。2006年起淮南矿区开始采用空调降温技术，目前有潘一矿、潘三74对矿井采用地面冰冷式降温技冰冷式降温系统(4(冰水混合物)0取喷雾降温。冰冷式降温系统由制冰、输冰、融冰三个环节组成。水水冰（矿井排水系4余热吸收热电冷联供技机组运行过程中产生大量烟气(250~500℃)，高温烟气可35%~40%65%~85%，这样一溴化锂吸收式制冷目的。溴化锂吸收式制冷机对热源的要求不高。一般的低压蒸汽(0.12MPa以上)75℃以上的热水均能满足要求，按热源不同可分为蒸汽型、低温水型、烟气型、低温水/低温水/瓦斯发电站余热制瓦斯发电方25%500~3000kW30%~36%之间50%1.8Mpa以上，瓦斯利4~220MW25%~30%之间，可利用瓦25%以上；联合循环系统是效率最高的一种形式，联合循环是将燃气轮机排放的45%以瓦斯发电及热电冷联供综合自动化控制技控制系统结构及控制方综合自动化控制系统采用由现场控制级和管理级组成的二级结构，由现场控制站集中管理站和系统网络组成现场控制站分为地面系统和井下系统两部分地面离心式制冷机组控制站电气继电保护系统等地面系统以C控制器为实现相关工艺控制井下系统采用分散式本安型控制器和现场控制总线对风巷前安装的中将井下检测信号传输到地面站的主控集中管理站设在主控楼主控制室内由主控工程师站操作员站及相应设备组成通过工业以太网与井上下各现场控制站进行通信，现场控制级的有效信息集中管理全站各生产环节。控制功集中管理站的主控PLC通过工业以太网与井上下各现场控制站通信现场控工程师站用于控制系统组态、软件开发等，正常运行时也可作为操作员站对系统通口将相关信息上传至上级调度管理系统。瓦斯发电热电冷联供工程主要流需要35%浓度的瓦斯气量930Nm3/h，2台耗气量1860Nm3/h，瓦斯气体进入发电机组之利用矿井抽采瓦斯采用内燃发电机发电，所发电能并网采用溴化锂吸收制冷技术，把发电余热作为能源进行矿井降温制冷站制出2.5℃的冷水通过保温送至井底车场的高低压热交换器，通过交换的技术成熟且得到普遍的应用，热水型、蒸汽型、烟气型溴化锂机组已是国内外成余热制冷设备。目前最低余热利用温度可达80℃以下。今后在这项技术的基础上，淮南矿业公司正在积极研发低浓度瓦斯发电技术，将浓度6%以上的瓦斯直接发电，发展低浓5.3瓦斯发电的制约因(l)纵观国内外瓦斯发电机组，它们都只能对30%(有的设备厂家承诺可以使用25%)以上浓度的瓦斯进行利用，而对约占总抽采量1/2的低浓度(低于30%)瓦斯的利用为力；淮南矿业虽然进行了低浓度瓦斯发电的工业性试验并取得成功“