煤矿瓦斯氧化利用安全保障系统设计与应用

根据瓦斯氧化装置的运行特点,结合我国煤矿井下通风要求和矿井瓦斯抽采现状,分析了煤矿瓦斯氧化装置运行中存在的主要安全隐患,提出了在抽采瓦斯与矿井乏风掺混、抽采瓦斯输送等主要环节的安全保障技术要求。介绍了矿井乏风与低浓度瓦斯混配装置、混配监控系统、瓦斯抽采泵站安全保障系统设计情况,在高河煤矿瓦斯氧化发电工程运行期间的测试结果表明,设计完善的低浓度瓦斯输送安全保障系统及掺混监控系统,可以有效保证瓦斯氧化装置的安全高效运行,不会给瓦斯抽采系统及矿井的安全生产带来隐患。     

阳煤二矿桑掌乏风瓦斯氧化发电工程设计运行

阳煤二矿桑掌乏风瓦斯氧化发电工程引进国际先进的蓄热高温氧化技术将超低浓度瓦斯氧化处理,通过氧化余热回收用于供热和发电,冬季替代桑掌风井燃煤热风炉,实现清洁供暖。项目工程设计结合国家现有的设计规范、规程及相关专利技术,对乏风瓦斯氧化发电总体工艺流程、乏风瓦斯掺混系统及主要设备选型进行了优化设计。工程从2019年6月4日并网试运行,乏风瓦斯甲烷摧毁效率达到99.92%,乏风利用率达到40%,低浓度抽采瓦斯100%利用,实现了抽采瓦斯零排放。第三方检测机构对系统运行的各项环保排放指标进行了测试,结果显示项目氮、硫、尘近零排放。     

煤矿瓦斯综合利用技术方案设想与实践意义

以陕西彬长大佛寺煤矿瓦斯资源和目前的利用情况,提出了地面抽采瓦斯和风排瓦斯综合利用的技术方案。根据瓦斯资源情况,低浓度内燃机发电技术和乏风氧化技术相结合,将煤矿瓦斯综合利用,实现煤矿抽排瓦斯和乏风瓦斯零排放,为全国煤炭系统安全生产、节能减排提供技术和装备支撑。     

“双碳”目标下我国煤矿瓦斯利用技术发展方向

“双碳”目标的提出为煤矿瓦斯利用行业带来了新的发展机遇,同时也倒逼煤炭行业进一步向绿色发展方向转型,减少煤矿甲烷排放量。在对我国煤矿瓦斯利用现状和目前存在的问题分析的基础上,提出了煤矿瓦斯高效抽采、瓦斯发电、乏风瓦斯利用、低浓度瓦斯蓄热氧化等方面的技术攻关方向,指出完善我国煤矿瓦斯利用技术体系,推动瓦斯抽采与利用工作共同提升,形成“以抽保用、以用促抽”的良性循环,是实现煤矿瓦斯深度减排、助力我国“双碳”目标实现的重要途径。     

多气源掺混技术在高河煤矿低浓度瓦斯蓄热氧化发电项目中的应用

为了确保高河煤矿低浓度瓦斯蓄热氧化发电机组的安全稳定运行, 并实现发电项目降本增效的目的,需要将煤矿乏风与抽采瓦斯进行安全、稳定、均匀、高效混配。采用基于动态连续掺混系统的多气源掺混技术,分析了不同气源的瓦斯流量、压力、浓度等参数特征和掺混系统之间的影响规律,并根据各管道传感器与阀门调节对掺混效果的影响,得到了有效的操作流程和关键技术参数。结果表明：基于动态连续掺混系统的多气源掺混技术实现了热态下(氧化炉RTO、锅炉、汽轮机、发电机组及电能上网等系统不停机且稳定运行)掺混系统按需自由切换并合并各路气源,从而确保瓦斯发电机组的稳定运行,同时降低运行成本,增加了发电收入。     

煤矿乏风及低浓度瓦斯氧化发电技术探讨

煤矿乏风及低浓度瓦斯氧化发电技术是一种将矿井乏风和低浓度瓦斯掺混氧化产生热能,置换出过热蒸汽驱动蒸汽轮机组发电的工艺流程。本文介绍了核心设备——蓄热式高温氧化装置发展现状及发电工艺流程,分析了该技术在矿井的应用意义及条件,提出了一些实施建议。     

乏风氧化及余热利用技术在山西潞安高河煤矿的应用

大量煤矿乏风瓦斯的直接排空,在加剧温室效应的同时亦造成能源的浪费,而通过采用合适的技术对乏风瓦斯加以利用,将产生巨大的节能环保效益。介绍了国内外煤矿乏风瓦斯氧化及余热利用技术,重点介绍了山西潞安高河煤矿的乏风瓦斯氧化发电项目的设计及应用情况,包括乏风收集及掺混系统、低浓度瓦斯输送安全保障系统、乏风氧化系统、余热利用系统等,并分析了该项目建设成功的意义。     

我国煤矿区煤层气开发利用技术现状及展望

为了解决煤矿区煤层气气源分散性高、甲烷浓度低、气量波动大造成的利用途径单一、集输利用经济性差的难题,提高煤矿区煤层气利用率,依托国家科技重大专项课题,进行了煤矿区煤层气利用技术研究,初步形成了以含氧煤层气深冷液化、低浓度煤层气提质、低浓度煤层气发电提效、低浓度瓦斯安全燃烧、超低浓度瓦斯蓄热氧化综合利用等为核心的煤矿区煤层气全浓度利用技术体系,助推了煤矿区煤层气利用量和利用率的大幅提升,井下抽采煤层气利用量由2015年的48亿m³提高到了2020年的57.37亿m³,利用率从35.29%提高到了44.83%。随着我国煤炭产能集中度加快、关停/废弃矿区进一步增加,煤矿区煤层气甲烷浓度低、气源不稳定的问题仍将是制约煤矿区煤层气利用率进一步提高的主要因素。为此,全面梳理了近10年来煤矿区煤层气利用技术装备的科技创新,阐述了主要技术的最新研究进展、技术指标及应用效果。在此基础上,针对“碳达峰、碳中和”目标形势下我国煤矿面临的高强度集约化开采及智能化矿山建设新特点,分析了煤矿区煤层气利用产业发展亟待解决的技术难题及解决思路,提出了以分散煤层气高效集输、乏风瓦斯经济利用等为主导的煤矿区煤层气技术装备优化和发展方向,以期为煤层气的高效利用提供技术参考。

     

基于瓦斯氧化技术的井筒加热系统

设计了基于瓦斯氧化技术的井筒加热系统,系统通过将乏风瓦斯与低浓度抽采瓦斯进行掺混,送入氧化装置,氧化后热量用于加热井筒,解决了煤矿排空瓦斯造成的浪费和对环境污染问题。详细介绍了系统各部分的设计。     

我国低浓度煤矿瓦斯利用技术研究

由于煤层赋存条件和抽采技术水平的限制,我国抽采出的煤矿瓦斯中低浓度煤矿瓦斯占较大比例,要提高煤矿瓦斯利用率、增加清洁能源供应,必须进一步加大低浓度煤矿瓦斯的推广和扶持力度。本文针对我国当前煤矿瓦斯利用中存在的问题,对低浓度煤矿瓦斯安全输送技术,以及低浓度煤矿瓦斯内燃机发电技术、浓缩提纯技术和催化氧化气轮机发电技术等利用技术进行了分析,最后对"十二五"期间低浓度煤矿瓦斯利用进行了展望。     

煤矿乏风蓄热氧化发电技术及应用研究

利用热逆流氧化反应器,基于热逆流氧化原理与乏风蓄热氧化发电原理,结合瓦斯氧化燃烧与爆炸机理,研究了煤矿乏风瓦斯蓄热氧化发电技术,并对现场应用进行了分析。研究结果表明:低浓度甲烷在蓄热氧化过程中,蓄热体产生周期性的吸热与放热,实现了周期性的、稳定的循环实验,实现了热风量的并联提取和精确调节,提高了甲烷的氧化效率,满足了乏风蓄热氧化发电核心设备的要求。     

煤矿采动区地面L型顶板水平定向井抽采技术及试验

为解决井下采掘衔接紧张及上隅角瓦斯超限的问题,结合井下高位钻孔抽采与采动区地面直井抽采技术的特点,提出采动区地面L型井抽采技术。在深入分析采动区地面L型井与传统L型定向井区别的基础上,指出该技术的关键点包括井型结构设计和井位层位选择技术、井身层位导向钻进和疏通技术、地面安全抽采控制技术。在山西晋煤集团寺河煤矿3313工作面开展了采动区地面L型井抽采技术试验,结果表明：地面L型井抽采瓦斯浓度平均80%,平均抽采瓦斯纯流量2.2万m³/d,上隅角瓦斯浓度平均降幅46.5%,为工作面瓦斯涌出治理起到关键作用,验证了该技术在煤层气开发及瓦斯涌出治理领域的巨大潜力,为我国煤矿区采煤采气一体化开发提供了新的技术途径。     

潞安矿区煤矿瓦斯梯级利用技术及工程实践

介绍了潞安矿区瓦斯(煤层气)开发和利用现状,分析了瓦斯利用的有益效果,并对潞安矿区瓦斯利用的规划及前景进行了展望.为消除瓦斯灾害对井下煤炭开采的制约与威胁,保障煤矿安全生产,近年来潞安集团建成了煤矿乏风瓦斯发电利用、热源撬供热瓦斯利用、内燃机发电瓦斯利用、井下抽采高浓度瓦斯作为燃料利用、地面井抽采高浓度瓦斯压缩制CNG...     

单一煤层采煤工作面瓦斯抽采量与推进度之间关系研究

为了查明采煤工作面瓦斯抽采量与推进度的关系,实测了胜利煤矿1306采煤工作面采用顶(底)板高(低)位钻孔抽采瓦斯后的瓦斯抽采参数;对采煤工作面瓦斯抽采量与推进度之间的关系进行回归分析。研究结果表明,随着采煤工作面的不断推进,其瓦斯抽采量依次呈缓慢升高、迅速然后缓慢上升并总体稳定的变化规律;当采煤工作面推进度超过80m时,增加钻孔数量并不能显著增大采煤工作面瓦斯抽采量,必须及时封堵瓦斯浓度低、混合流量小的钻孔。     

含水煤岩层下向钻孔多孔并联自动抽排水技术

含水煤岩层的下向瓦斯抽采钻孔中一般会积存大量的水,造成钻孔堵塞和有效气流断面减小,影响煤层瓦斯运移产出和钻孔孔壁的稳定性,严重制约了瓦斯抽采效果。为解决含水煤岩层下向瓦斯抽采钻孔的积水问题,采用多孔并联自动抽排水工艺,开发了下向抽采钻孔自动抽排水系统,设计了多孔并联的排水管路布置方式,通过将排水管路下入钻孔内,并利用集排水管路实现多个下向抽采钻孔排水管路并联,在矿用隔爆兼本安型可编程控制箱控制矿用电动阀和矿用排水泵协调工作下,实现多个下向抽采钻孔自动循环排水操作,该技术克服了压风排水对钻孔稳定性影响和煤渣堵塞抽采管路的弊端,并且不影响抽采钻孔的正常瓦斯抽采,实现了集约化、高效化排水的目的,提升了煤矿井下钻孔排水的自动化程度。结果表明：通过在山西霍尔辛赫煤矿煤矿3307工作面开切眼开展多孔并联自动抽排水技术应用,试验下向抽采钻孔共5个,钻孔倾角3°～15°,钻孔深度75～100 m,排水管路和集排水管路采用直径25 mm和50 mm矿用聚氯乙烯管,系统设定单孔自动排水时间2 min。考察试验钻孔单孔瓦斯抽采体积分数由原来的5%～13.8%提高至23.3%～53.6%,提高了2.19～3....     

霍尔辛赫煤矿低浓度瓦斯蓄热氧化供热设计

为节省煤矿天然气锅炉供热燃料成本,采用低浓度瓦斯蓄热氧化技术将排空的低浓度瓦斯氧化后替代天然气锅炉供热,变废为宝,可减少瓦斯排空造成的环境污染。介绍了霍尔辛赫煤矿低浓度瓦斯蓄热氧化项目设计,通过对煤矿瓦斯资源、瓦斯抽采浓度和气量情况分析,确定了蓄热氧化机组选型和装机规模;并叙述了低浓瓦斯安全输送系统的三级安全防护装置配置、低浓度瓦斯与空气掺混系统调节与控制、蓄热氧化系统的设备组成及点火控制系统、余热回收烟气及蒸汽给水等汽水系统;对项目投资费用、供热收入和甲烷减排收益进行了经济效益分析。经验证,该项目技术可行,具有投资成本低、为煤矿节省供热成本等优点,在具有瓦斯资源的煤矿供热中可推广应用。     

中国煤炭学会2013年高层学术论坛

《煤与瓦斯共采理论与关键技术》——中国工程院院士、淮南矿业集团副总经理袁亮 我国煤矿瓦斯地质赋存条件复杂,就瓦斯而言仅靠地面煤层气开采技术不能解决大部分矿区瓦斯治理难题,遏制不了瓦斯事故的发生,必须坚持“两条腿走路”,把瓦斯作为资源,在开采煤炭的同时建立井上下瓦斯抽采系统,把瓦斯集中“抽采”至地面,变害为宝加以利用,即煤矿区井上下瓦斯抽采与地面煤层气开发相结合、采煤采气一体化的技术路线。     

煤矿瓦斯发电技术研究

本文根据煤矿高、低浓度瓦斯与乏风发电的设备及技术创新成果,就高浓瓦斯发电中热能的综合利用、内燃机发电技术,低浓瓦斯发电过程中低浓瓦斯的安全输送技术,乏风的利用技术等进行了细致分析,有利于进行适合的煤矿瓦斯发电方案选择。     

多孔并联式压风排水技术的研究及其在瓦斯抽采中的应用

针对下行钻孔在瓦斯抽采过程中积水排出难和排水效率低的问题,提出了一种多孔并联式压风排水技术。根据两相流理论得出压风排水适用的条件及排水管在钻孔内的最大允许长度,设计了基于"压风排水"的下行钻孔封孔工艺和多孔并联式的排水系统。在余吾煤业公司S2107高抽巷的应用表明:试验钻孔瓦斯抽采浓度最高可达71%,单孔平均瓦斯抽采纯量为0.078 m3/min,单孔平均瓦斯抽采纯量与普通抽采孔相比提高了3.39倍。该技术不仅解决了下行钻孔内积水难以排出的问题,还实现了封孔、排水和瓦斯抽采的一体化,提高了瓦斯抽采效果。     

采煤工作面瓦斯抽采有效半径现场测定方法

为解决潘西煤矿6199采煤工作面本煤层预抽瓦斯抽采浓度低、抽采流量低等问题,通过采取数值模拟与SF₆示踪气体现场实测相结合的方法进行了抽采有效半径的测定,得到了孔径94 mm的本煤层瓦斯抽采钻孔抽采有效半径是2.8 m。根据抽采有效半径进行科学布置钻孔间距,抽采浓度、抽采流量得到提高,获得了较好的抽放效果。