采空区高位钻场瓦斯抽放技术的应用

为解决凤凰山矿151304工作面回采期间回风巷、上隅角瓦斯大的问题,采用了高位钻场抽采采空区裂隙带瓦斯的治理措施,回风巷瓦斯浓度由实施措施前的0.82%降至措施后的0.3%,上隅角瓦斯浓度由实施措施前的0.9%有效降至措施后的0.32%,有效提高了工作面的回采进度,缓解了矿井的采掘衔接部署。     

通风瓦斯蓄热式热氧化过程数值模拟

为模拟通风瓦斯蓄热氧化过程的工作特性,并在此基础上优化关键性参数,建立了包含周期性边界条件和甲烷单步氧化反应机理的单通道均相反应模型,模拟实验室尺度下的以蜂窝蓄热体作为换热介质的蓄热式热氧化过程。用计算流体力学方法计算获得通风瓦斯蓄热式热氧化过程中气体流量、甲烷浓度对装置工作特性的影响。计算结果表明,单侧0.3 m长度的蓄热体,30 s的切换周期,可以满足一定范围内的通风瓦斯氧化需求。模拟给出了稳定和非稳定状态下沿流向的温度分布,可以发现温度分布从启动状态的抛物型温度场,经过上百个切换周期过渡到稳定的梯形温度场,实现自维持运行。     

丁集煤矿超低浓度瓦斯氧化供热技术应用研究

针对丁集煤矿抽放排空超低浓度瓦斯造成的能源浪费和环境污染,介绍了超低浓度瓦斯(甲烷浓度7%以下)回收利用技术,经配气掺混后瓦斯浓度降低至1.2%送入蓄热式氧化装置,生成900℃以上高温烟气,通过烟气余热锅炉生成中温中压蒸汽供背压式汽轮发电机组发电和供热,实现热电联产。描述了应用低浓度瓦斯二次掺混输送技术解决浓瓦斯安全输送问题的方法,应用瓦斯氧化低温热风回用技术提高蓄热氧化炉热效率的方法,以及应用背压式汽轮机和后置机组合热电联产技术解决机组平稳运行与丁集煤矿热负荷波动大难适应问题的方法。最后,分析了丁集煤矿超低浓瓦斯氧化利用工程的经济和社会效益。     

乏风瓦斯混配装置调控系统设计研究

为了满足乏风瓦斯蓄热氧化工程中瓦斯经济浓度1.0%以上的要求,采用低浓度瓦斯和乏风瓦斯混配的方法,以提高乏风瓦斯浓度。针对混配后瓦斯浓度的稳定性和系统的安全性,开展了混配装置调控系统研究。设计了前馈控制和负反馈控制相结合的浓度调控方案,以及紧急情况应急处理方案。对调控系统进行了硬件设计和选型,并设计了调控系统上位机软件和下位机软件。     

煤矿乏风瓦斯燃烧用催化剂研究进展

煤矿瓦斯是煤矿伴生气,其主要成分甲烷是全球第二大温室气体,温室效应是二氧化碳的21倍。煤矿瓦斯的直接排放将加剧温室效应及环境污染,因此近年来煤矿瓦斯的治理受到广泛关注。煤矿瓦斯中乏风瓦斯(甲烷浓度0. 1%～1. 0%)占比超过70%,该气体无法通过常规的燃烧方式处理和利用。催化燃烧作为一种脱除低浓度甲烷的高效方法,其不仅可以在较低的温度下实现甲烷的氧化,同时还可以减少甲烷处理过程中的NO_x和CO等污染物气体的排放,因此受到了人们的广泛关注。通过归纳近年来催化燃烧技术在催化剂研究方面的进展,重点阐述了催化剂制备方法对催化剂发展的影响,并且探讨了乏风瓦斯催化燃烧技术相关催化剂未来的发展方向。     

"三软"厚煤层顶板抽放巷瓦斯抽放技术的应用

针对“三软”厚煤层综采放顶煤回采期间瓦斯涌出量大,在配风量接近极限的情况下,回风流和上隅角瓦斯仍经常超限的问题,在郑煤集团超化矿21051综采放顶煤工作面采用顶板岩石钻孔进行瓦斯抽放,效果不佳,而改用煤层顶板高抽巷抽放瓦斯,消除了回风流和上隅角瓦斯超限现象,回风巷瓦斯浓度降至0.3%,上隅角瓦斯浓度降至0.6%以下,有效解决了“三软”厚煤层高瓦斯综采放顶煤工作面瓦斯问题。     

通风瓦斯利用技术比较与设备选择

针对通风瓦斯特点,本文对通风瓦斯热氧化技术、催化氧化技术和混合燃烧技术进行了比较分析,得出热氧化技术为当前相对成熟技术,推广应用性广泛。通过对主要热氧化设备生产商的性能分析,对设备选择的影响因素进行了归纳和总结。     

陶瓷填充床内H型翅片管换热特性实验研究

基于热逆流氧化床内置翅片换热器的取热过程,自行搭建陶瓷填充床内置翅片换热器稳态取热实验台,实验研究陶瓷多孔介质围成的狭小空间内H型翅片管的换热特性,并通过外壁镀银的方法分析传热方式对H型翅片管换热系数的贡献。结果表明:H型翅片管边缘的温度随入口温度增加最大增长264℃,随入口雷诺数增加最大仅增长35℃,且靠近基管管壁处温度随入口温度和入口雷诺数变化不大;蜂窝陶瓷的存在强化了H型翅片管外壁面的热辐射作用,同时减小了29. 80%的散热量,但在一定程度上抑制对流传热;辐射传热贡献度随入口温度增加从48. 17%增至60. 34%,随入口雷诺数增加从57. 2%降至55. 35%。对试验数据进行归纳分析,得到陶瓷氧化床内H型翅片管换热特性的试验关联式。     

矿井回风资源利用方式探讨

矿井回风中含有大量的低浓度甲烷以及丰富而稳定的余热资源,若直接排入大气不仅造成能源的浪费,还增加了温室气体的排放量。分别从矿井回风瓦斯、矿井回风余热利用的角度出发,对矿井回风瓦斯的热氧化、催化氧化技术,以及回风余热利用的热管、热泵等技术进行了分析对比,探讨了不同技术手段的适用条件。     

超低浓度瓦斯氧化热能梯级利用技术分析

超低浓度瓦斯的排空造成的资源浪费和环境污染是煤矿亟待解决的问题,同时,随着煤矿采深增加,热害问题日益严重。如何利用超低浓度瓦斯解决井下热害,对煤矿节能环保、安全高效运行具有重要的现实意义。文章对丁集煤矿采用超低浓度瓦斯蓄热氧化热能梯级利用技术(超低浓度瓦斯在RTO氧化、余热锅炉热能转换、高温蒸汽发电、低温蒸汽井下降温)进行了分析,结果表明,该技术实施后不仅实现了矿区用电量的自给自足,而且井下降温效果良好(空气温度低于27℃)。     

不同风速下采空区瓦斯分布及抽采技术研究

为了解决采空区漏风,遗煤容易发生自燃,瓦斯超限的问题,采用理论分析、数值模拟、现场实验的方法对某矿采空区不同深度瓦斯分布规律及不同风速瓦斯浓度变化进行数值模拟。研究结果表明:在走向方向,距离进风口越远瓦斯浓度逐渐增大,进风口浓度几乎为0,而在采空区深部约250 m位置,瓦斯浓度可达80%左右;随着采空区深度增加,瓦斯浓度呈曲线式变化,同一标高下,采空区越深,瓦斯浓度越高;在采空区相同的位置,风速增大时可以减少工作面瓦斯浓度;确定出上隅角瓦斯抽采管路布置在距离顶板2.6 m附近,当深度达到15 m时上隅角浓度降至1.2%.     

低浓度瓦斯综合供能系统控制方法及运行研究

为了解决煤矿燃煤小锅炉热源替代的问题,以及低浓度瓦斯直接外排导致环境污染以及资源浪费的现象,结合煤矿低浓度瓦斯利用现状与用能需求,提出了在新的环保形势下的煤矿低浓度瓦斯综合供能系统。依据低浓度瓦斯蓄热氧化的运行原理,分析了该综合供能系统的特点。从瓦斯浓度控制以及氧化后热能利用这2个方面,研究了低浓度瓦斯综合供能系统的控制方法。以丁集煤矿低浓度瓦斯利用项目为例,结合运行数据表明,该综合供能系统能有效的进行瓦斯浓度以及热能的调节,达到预期效果。     

神经网络与组态监控在煤矿瓦斯监测中的应用

针对煤矿井下环境恶劣而引起瓦斯传感器误报警等问题,即瓦斯"大数"问题,研究将组态监控软件和BP神经网路应用于煤矿瓦斯监控系统中,利用组态监控软件可以实时观测瓦斯浓度,查询传感器任何时间的输出,显示瓦斯浓度变化,通过BP神经网络的设计和多次训练,不断修正网络参数,最终确定了合理的神经网络,并对该网络进行测试,不仅可以把干扰消除,同时还能辨别出由于瓦斯突出造成的数据超出设定的百分比浓度点,做到可以准确的报警。     

沿空留巷Y型通风瓦斯治理效果分析

在瓦斯突出矿井中,沿空留巷Y型通风比U+L、U型通风方式更能解决巷道工程量大、掘进头多、掘进速度慢、采掘接替和矿井风量紧张的问题。介绍新元矿3107工作面沿空留巷Y型通风瓦斯治理方案,重点研究了不同主辅巷配风比条件下上隅角风流流线及扰动作用。通过实施沿空留巷Y型通风系统主辅巷合理配风,降低了工作面瓦斯浓度和配风量,工作面回采期间没有发生瓦斯超限,回风顺槽瓦斯浓度不超过0.4%,沿空留巷浇筑墙体处瓦斯浓度不超过0.56%,工作面总瓦斯涌出量由40.02 m3/min减为21.91 m3/min,工作面配风量由3 000 m3/min降至2 500 m3/min,Y型通风系统瓦斯涌出量明显减小,取得了较好的经济效益和安全生产效果,瓦斯治理取得了明显的效果。     

综放工作面高位定向长钻孔瓦斯抽采技术

为解决综放工作面上隅角瓦斯治理难题,提出高位定向长钻孔瓦斯抽采技术方法。以王家岭煤矿为试验对象,通过理论计算、数值模拟方法,确定高位定向钻孔布设合理层位,并以此指导高位定向钻孔施工。工业试验表明:上隅角瓦斯浓度由原0.56%~0.98%降至0.42%~0.68%,解决了上隅角瓦斯超限问题,实现了综放工作面的高效、安全生产。     

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。     

低透气性煤层回采工作面消突技术实践

为了解决低透气性煤层回采工作面采取顺层钻孔抽采后,在预计的抽采时间内未消突且在运输巷补打钻孔后抽采效果依然未达标的问题,提出了在工作面布置瓦斯治理巷,施工顺层倾斜钻孔,与原抽采钻孔形成交叉。通过在602回采工作面进行试验,发现采取瓦斯治理巷,并布置倾斜抽采钻孔技术措施后,回采工作面突出危险性预测超标率为0,割煤期间回风流瓦斯浓度由1.0%降至0.4%,实现了安全回采。证明布置瓦斯治理巷,并施工倾斜抽采钻孔的技术措施,可以有效使煤体卸压,倾斜钻孔可以有效抽采回采期间卸压瓦斯,解决回采期间回风流瓦斯超限的问题。     

地面钻孔抽采对采空区瓦斯运移及自然发火的影响数值模拟研究

地面钻孔抽采导致采空区漏风增加,采空区内瓦斯及氧气浓度分布发生变化,影响采空区自燃危险性。采用数值模拟的方法,对不同钻孔抽采量和抽采位置条件下采空区氧化带宽度及瓦斯浓度分布情况进行了模拟,研究结果表明,经地面钻孔抽采后,采空区两侧瓦斯浓度降低,高浓度瓦斯位置整体后移,但自燃氧化带宽度随之增加。随着抽采流量增加,瓦斯浓度降低,氧化带宽度增加;在靠近工作面及采空区深部位置布置钻孔进行联合抽采时,瓦斯浓度及自燃氧化带分布较为理想。采用多孔联合抽采方式时,在合理的布孔间距和抽采流量条件下,既可以降低采空区瓦斯浓度又能控制自燃氧化带宽度范围,能够有效解决采空区瓦斯涌出与自然发火问题。     

低浓度瓦斯蓄热氧化井筒加热技术试验研究

为有效解决当前燃煤热风炉的大气污染物超标问题,采用低浓度瓦斯蓄热氧化系统替代燃煤锅炉为煤矿供热,介绍了低浓度瓦斯蓄热氧化井筒加热技术工艺流程及阳煤五矿低浓度瓦斯蓄热氧化井筒加热示范工程。通过现场试验运行,考察环境温度、抽采瓦斯浓度及流量、进风井进风量等参数对井筒加热效果的影响规律,为优化系统工艺提供控制参数选取依据,为提高系统运行安全性和稳定性提供理论支撑。试验结果表明,环境温度和进风井进风量主要影响系统热量需求,应改变低浓度瓦斯蓄热氧化装置的热能输出以适应热量需求的变化;抽采瓦斯浓度和抽采瓦斯流量主要影响系统热量生产,应调整低浓度瓦斯蓄热氧化装置的运行参数,以适应热量生产工况的变化。同时,在调整蓄热氧化装置的运行参数或热能输出时均需满足系统运行的安全性、协调性及稳定性要求。     

南庄煤矿回采工作面取消瓦斯尾巷可行性研究

为了减少瓦斯尾巷掘进工程量和资金投入,缩短工作面接替时间,在南庄煤矿15#煤层8820工作面考察了不同通风和抽采方式下瓦斯浓度和瓦斯涌出情况,研究取消瓦斯尾巷的可行性。研究表明,15#煤层回采工作面在取消瓦斯尾巷后,采用"U"型通风方式结合高抽巷瓦斯抽采可以解决工作面瓦斯问题,为后续回采工作面通风系统选择提供了依据。