煤礦井下瓦斯再利用的技術創(chuàng)新

張志剛

【摘要】 由于地質因素和技術限制,煤礦井下煤倉瓦斯積聚問題一直是煤炭企業(yè)生產的重大隱患和危險源,成為長期困擾煤礦安全生產的重大難題。加強煤礦井下瓦斯再利用的技術創(chuàng)新與探索,成為煤炭生產企業(yè)亟需解決的重要使命。

【關鍵詞】 煤礦;井下;瓦斯;再利用

瓦斯是井下有毒有害氣體的總稱,煤礦內瓦斯以甲烷為主,所以狹義的瓦斯往往泛指甲烷。一系列重大煤炭生產安全事故的發(fā)生,證明解決煤礦井下煤倉瓦斯積聚問題,是煤炭企業(yè)安全生產的關鍵性問題。

一、瓦斯的危害原理與治理的必要性

瓦斯事故是煤礦的主要安全事故。一般來說,如果瓦斯在空氣中含量大會降低空氣中的氧含量,人員呼吸后會因缺氧而發(fā)生窒息?？諝庵型咚购?～16%之間,氧含量超過12%,遇到高溫熱源則會發(fā)生瓦斯爆炸。長期以來煤礦井下煤倉的瓦斯積聚問題一直沒有得到很好解決,成為企業(yè)生產的重大隱患和重大危險源,也成為了長期困擾煤礦安全生產的重大難題。礦井瓦斯爆炸是一種熱一鏈式反應(也叫鏈鎖反應),當爆炸混合物吸收一定能量(通常是引火源給予的熱能)后,反應分子的鏈即行斷裂,離解成兩個或兩個以上的游離基(也叫自由基)。這類游離基具有很大的化學活性成為反應連續(xù)進行的活化中心,在適合條件下,每一個游離基又可以進一步分解產生兩個或兩上以上的游離基,游離基越來越多,化學反應速度也越來越快,最后發(fā)展為燃燒或爆炸式的氧化反應。

瓦斯爆炸就其本質來說,是一定濃度甲烷和空氣中度作用下產生的激烈氧化反應的氧氣在一定溫度作用下產生的激烈氧化反應。爆炸后生成大量的有害氣體,造成人員中毒死亡。瓦斯爆炸產生的高溫高壓,促使爆源附近的氣體以極大的速度向外沖擊,造成人員傷亡,破壞巷道和器材設施,揚起大量煤塵并使之參與爆炸,產生更大的破壞力。煤礦井下都設有煤倉,煤礦井下煤倉又稱溜煤井或叫反井,煤倉作用主要是儲存、轉載、緩沖煤量,是煤礦井下儲運煤炭重要環(huán)節(jié),對實現(xiàn)煤炭產量的高產起到積極作用。其瓦斯?jié)舛雀鶕?jù)煤量、煤質的不同可達到3～20﹪,瓦斯?jié)舛却蟠蟪^《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定。煤礦井下煤倉存在嚴重的安全隱患,也是重大危險源,嚴重地威脅著從業(yè)人員的生命安全和煤礦井下的安全生產。防止瓦斯窒息事故首先是加強通風,保證足夠供風量,杜絕無風、微風作業(yè);其次是減少和杜絕采空區(qū)瓦斯外瀉,保證有效風量的風質。

瓦斯突出機理仍處于假說階段,預防措施復雜。為了解決此類問題,傳統(tǒng)的解決辦法是在井下煤倉的上方巷道中安設軸流式通風機,軸流式通風機稀釋煤倉中的瓦斯給運煤巷中造成極大危害,危險危害因素依然存在,且沒有從根本上解決瓦斯積聚造成的隱患,仍然存在發(fā)生瓦斯爆炸事故隱患。

二、煤礦井下煤倉瓦斯治理裝置的研究與設計

煤礦井下煤倉瓦斯治理裝置的目的是解決現(xiàn)有煤礦井下煤倉存在的瓦斯超標易造成瓦斯爆炸和治理費用昂貴的技術難點,并提供一種能治理瓦斯積聚治理裝置。煤礦井下煤倉瓦斯治理裝置為解決上述問題而采用的技術方案是:它由一個或兩個瓦斯分離器、瓦斯導風管,三叉排風器和檒風通風器組成的整體綜合裝置。

(1)倉檒風通風器由檒風曲線體、變線體、集風道等構成,主要功能是形成強大的焚風效應,形成檒風風流進入瓦斯分離器,將瓦斯分離器中的瓦斯帶入瓦斯導風管,按所要求的方向再利用瓦斯導風管將瓦斯排到煤礦井下煤倉以外的采區(qū)回風道或主要回風道,檒風通風器設在煤礦井下煤倉下部。

(2)瓦斯導風管為抗靜電玻璃鋼圓管。煤倉瓦斯導風管與瓦斯分離器和三叉排風器相連接,設在煤礦井下煤倉上部的回風道中的上方旁側。

(3)瓦斯分離器由筒體、瓦斯釋放帽、瓦斯釋放孔和把捎構成,瓦斯釋放帽設在筒體的體部,瓦斯釋放孔和把捎均勻設在筒體上。瓦斯分離器與焚風通風器和瓦斯導風管相連接,設在煤礦井下煤倉倉中的側壁上。

(4)三叉排風器為扇狀四通抗靜電玻璃鋼筒體。綜合裝置,能夠降低煤礦井下煤倉的全部瓦斯,徹底治理煤礦井下煤倉瓦斯積聚的問題,具有治理瓦斯徹底、節(jié)能環(huán)保、治理費用低和經濟效益好等優(yōu)點。特別指出該裝置是無噪音、無動力、無污染的通風構造設施,純屬于環(huán)保節(jié)能型產品。

三、煤礦井下煤倉瓦斯治理與實施的安全效果分析

煤礦井下煤倉瓦斯積聚治理裝置由煤礦井下煤倉檒風通風器、瓦斯分離器、瓦斯導風管、三叉排風器安裝在煤倉筒壁上。形成了整體綜合裝置,共同完成煤礦井下煤倉瓦斯稀釋任務。煤礦井下煤倉的煤體、筒壁、底煤、裝煤器、溜煤口、煤倉上部回風巷、煤倉下部運輸大巷是煤礦井下煤倉重要組成部分。它們直接影響著瓦斯治理效果,這些煤倉構造直接影響著瓦斯治理效果,都對煤倉內瓦斯?jié)舛群屯咚狗e聚的治理起到直接或間接作用。

瓦斯分離器一端與瓦斯導風器或三叉排風器直接相連接,另一端與檒風通風器相連接。瓦斯分離器的作用是把煤礦井下煤倉中的煤炭與煤倉中積聚的瓦斯分離開來,分離后的瓦斯進入瓦斯分離器通向瓦斯導風管排到煤倉以外的回風道,達到稀釋中的瓦斯的目的。三叉排風器設在采區(qū)回風道或主要回風道,三叉排風器的作用是保證瓦斯永遠按要求的風流方向運動,防止風流方向逆轉。綜合裝置,能夠降低煤礦井下煤倉的全部瓦斯,徹底治理采煤礦井下煤倉瓦斯積聚的問題,從而達到煤礦井下安全生產的目的。

煤礦井下煤倉瓦斯積聚治理裝置的防砸問題分析如下:煤倉高度假如在20～90m之間,本實用新型煤礦井下煤倉瓦斯積聚治理裝置不太適應,容易造成大的彎曲和折損,但在采煤區(qū)由于地壓的影響井下煤倉(反井)很少設計這個高度。煤倉(反井)高度假如在10～20m之間,采煤區(qū)絕大部分井下煤倉在這個高度,本實用新型煤礦井下煤倉瓦斯積聚治理裝置比較適應,溜煤中含矸石量的多少或矸石的大小對該裝置有直接影響,矸石的重力加速度對該裝置沖擊力是G=mg=(1～20)×9.8=(9.8～196)N,矸石的max沖擊力為196N,裝置材質采用受力為389～468N。因此,裝置能夠承受矸石沖擊力不會損害折斷,如連續(xù)撞擊會造成疲勞損傷而影響裝置使用壽命,井下煤倉使用壽命最長一年左右,裝置材質使用壽命包括腐蝕可以保證一年。

四、裝置特點與實用價值

煤礦井下煤倉瓦斯積聚治理裝置有以下特點:煤礦井下煤倉瓦斯積聚治理裝置結構簡單,管理方便,不需經常維修,簡便易行,無需專人操作,易于推廣使用。煤礦井下煤倉瓦斯積聚治理裝置是安全、經濟、永固構造設施,一次安裝、永久使用、經濟實用,同時裝置永固、無動力的構造設施,確保了該系統(tǒng)的安全性。

實用新型煤礦井下煤倉瓦斯治理裝置是無噪音、無動力、無污染的通風構造設施,屬于環(huán)保節(jié)能型產品。煤礦井下煤倉瓦斯積聚治理裝置的技術發(fā)明屬于國內首創(chuàng),填補了我國煤礦井下煤倉瓦斯治理的空白,開創(chuàng)了我國無動力治理瓦斯新經驗和先例,實現(xiàn)了煤礦井下煤倉永久性的瓦斯治理。由于該系列裝置結構簡單,管理方便,不需經常維修,無需專人操作,具有簡便易行、經濟實用、安全可靠等優(yōu)點,在全國煤炭行業(yè)推廣使用,具有深遠的現(xiàn)實意義。

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