浅析煤矿瓦斯的利用与问题防治

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  前言
  煤矿瓦斯是和煤相伴而生的一种气体,它指的是矿井下边以甲烷为主要成分的有害、有毒气体的总和。在煤矿开发的过程中,瓦斯气体一般会从煤井的底部出来,瓦斯是有毒有害的气体,往往会造成了矿井的突出和燃烧爆破。一般情况下而言,煤矿瓦斯气体的主要成分是由甲烷组成,单纯从甲烷自身来考虑,一方面甲烷具有很强的温室效应,会对臭氧层造成高于二氧化碳七倍的破坏,另一方面甲烷是一种洁净的能源,纯瓦斯的热值和天然气相当。所以说,优化对煤矿瓦斯的利用具有以下几个方面的优点:第一,能够减少制止煤矿瓦斯事故的发生,第二,能够在很大程度上减少温室气体的排放,防止环境污染,对改善大气环境有着重要的意义,第三,合理利用瓦斯能够优化我国的能源结构,弥补天然气在分布上和数量上的不足,保证我国能源结构的合理调整。
  煤矿瓦斯的具体利用情况
  ·煤矿瓦斯可以用于民用燃气
  我们知道,甲烷是一种洁净的能源,纯瓦斯的热值和天然气相当,因此可以作为民用燃气利用。通常情况下,每平方米瓦斯的热量与1.3千克。如果甲烷的浓度大于30%,再加上有充足的起源和稳定的气压时,煤矿瓦斯能够用于民用燃气,可以用来做饭、烧水、取暖等。它们利用起来要比人工煤气更加清洁,更加高效。但是,由于煤矿瓦斯的浓度过低,同时也富含氧气,其利用范围不便于扩大,很难形成规模。
  ·煤矿瓦斯可以用于发电
  煤矿瓦斯除了能够用于民用燃气,还可以用于发电。发电机的运行由于会受到瓦斯成分、浓度以及抽采量的影响,利用内燃机是当前利用煤炭瓦斯进行发电的主要方式。利用内燃机进行发电具有建设周期短、投资性小的特点。利用煤矿瓦斯进行发电,虽然经济效益不是很显著,但是在环境污染方面却很小,能够减少大气污染和资源的浪费,同时也会获得很好的经济效益和社会效益。
  ·煤矿瓦斯可以用于化工燃料
  在煤矿开采的过程中,高浓度瓦斯的最主要成分还是甲烷。当开采或抽放的是纯净的高浓度瓦斯时,瓦斯气体就能够作为基本的化工原料,通过转化合成原料气可生产多种化工产品,具有很高的经济价值和经济效益。
  ·煤矿瓦斯可以用于提纯
  提纯技术有变压吸附、膜分离技术及低温液化技术。经过提纯后,气体中甲烷含量(相对于井下抽采的原料气)可达 90 %以上,而且氧含量大幅度减少,可使低浓度瓦斯气体直接用于民用燃料,也能长距离输送,扩大了利用范围,产生了规模效益。
  煤炭瓦斯的治理措施
  ·优化井下抽放
  煤矿瓦斯的问题的防止是煤矿生产的重点所在,井下抽放是其中一个重要的原则。在煤矿生产的过程中,一般都是采用井下抽放和地方抽放相结合、强化抽放和常规抽放相结合以及巷道抽放和钻孔抽放相结合的技术措施。由于瓦斯具有可燃性,一旦利用不好就会造成爆炸。就我国目前的情况来看,煤矿井下瓦斯抽放技术虽然有几十年的历史,但是利用率还不够高,需要进一步加强。
  ·提高地面抽采技术
  地面抽采也是优化瓦斯治理的一个重要方法,2010年我国煤炭瓦斯产量超过100亿立方米,其中井下抽采占到了50%,地面开采达到了50%。预计到2020年,我国煤矿瓦斯的产量高达400亿立方米,其中,地面开采量达300亿立方米,井下抽采达到100亿立方米。。地面抽采依然受到地质地形条件,煤层渗透率等许多条件的制约。
  ·提高煤矿瓦斯的抽放效果
  通常情况狂下,煤矿瓦斯的抽放效果主要表现在煤矿瓦斯的抽放率低,要从以下几个方面入手来提高煤矿瓦斯的抽放效果:首先,大力提高煤层的透气度。相关技术人员和工作人员在进行瓦斯抽放的过程中,要提高煤层的透气度,采用水力割缝、交叉布孔以及水力压裂的方法进行处理,不断提高煤层透气性系数;其次,要不断改进煤矿钻孔抽放的工艺系数,改进布孔的基本方式,优化布孔方法,增加布孔的密度,确定好合理的钻孔位置,提高煤矿瓦斯抽放的负压。
  ·综合抽放瓦斯
  在煤矿瓦斯生产和防治的过程中,要采取有效措施综合瓦斯抽放。在生产的过程中,要根据开采的实际情况,实行综合煤矿瓦斯抽放,也就是要把采空区瓦斯采后抽、开采煤矿瓦斯采前抽放等方式有机结合起来。在工艺及方式方面,将钻孔抽放及巷道抽放、井下抽放与地面钻孔抽放、常规抽放与强化抽瓦斯、垂直短钻孔抽放与水平长钻孔抽瓦斯等相结合的技术措施。综合抽放方法是当前高效煤矿采抽的基本方法,也是治理瓦斯“综合抽、严缝抽、密钻抽”的重要组成部分。
  我国是目前世界上最大的煤炭生产国和消费国。据统计,我国每年在采煤的同时排放煤矿瓦斯气体约200 亿 立方米,约占我国工业生产甲烷排放量的1/3,因此,不断采取积极措施优化煤矿瓦斯的利用和防治具有十分重要的现实意义。
  (作者单位:义煤集团孟津煤防突部)
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