煤礦瓦斯氧化工程應用安全要求

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乏風輸送

乏風輸送的關鍵是輸送管道與擴散塔連接方式的確定。該礦主要通風機為軸流式風機，鋼筋混凝土立式擴散塔，按可全部取氣利用乏風方式設計，設計原則要求如下：首先保證現有通風系統的正常運行。一是保證礦井通風能力，滿足通風量要求；二是實現2臺主要通風機的正常切換運行；三是當需要時，保證及時切換到主要通風機反轉從擴散塔實現向井下反送風的需要；四是保證在出現最不利的情況下，不能“憋”主要通風機（GAF25－11．8－1型軸流式通風機最大背壓不大于2455Pa）。其次還要考慮到為10臺氧化裝置輸送乏風的經濟性，即盡量利用主要通風機的風力，減小氧化裝置引風機的功率消耗?；谝陨弦?，采取以下設計方案：1）結構設計如圖2所示，在兩擴散塔出口分別設置電動百葉閥，從平行于兩擴散塔連線的擴散塔側面開長槽形取氣孔，以保證擴散塔的結構強度和穩定性。兩擴散塔引出管道上分別設置電動百葉閥，切換兩擴散塔的風流。兩引出管道向下接入地面以下用磚混結構建成的乏風主巷道。兩分支管道截面積滿足風流速度不大于25m／s的要求，地下磚混結構乏風主巷道為3．5m×4．0m，滿足乏風流速不大于15m／s。圖2乏風取氣方式示意圖2）控制思路設計如圖3所示，系統由百葉閥、電磁離合器、電動機、連鎖控制系統、壓力傳感器等組成，電磁離合器設置在百葉閥與電動機之間。正常工作過程：首先為在用的擴散塔電磁離合器供電，將電動機與百葉閥連接，百葉閥投入使用；根據擴散塔內的乏風壓力自動調節百葉閥的開度，匹配氧化裝置的供氣需求，保證擴散塔內壓力不小于“0”；當需要切換另一臺主要通風機運行時，先將對應于該主要通風機的電磁離合器上電，使這套系統投入運行狀態，后將對應于原運行主要通風機的電磁離合器電源切斷，其他相應工作環節置于停運狀態；當井下需要由主要通風機反送風時，由電動機將百葉閥置于全開狀態；百葉閥從全開到全關或全關到全開狀態，用時不超過2min。圖3乏風取氣利用安全控制框圖當出現非常情況時（如電控停電、電動機機械故障等），連鎖控制系統感知擴散塔內的風壓過高（如超過1．5kPa后），連鎖控制系統發出指令通過電磁離合器將電動機與百葉閥分開，百葉閥在主要通風機通風風力的作用下全部開啟；如需要向井下反送風，而此時百葉閥電動傳輸系統故障不能打開，則由連鎖控制系統感知擴散塔內的負壓，由連鎖控制系統發出指令通過電磁離合器將電動機與百葉閥分開，百葉閥在主要通風機通風負壓作用下將百葉閥吸開。另外，在進入每臺氧化裝置的乏風分支管道上設置的脫水過濾器具有二位三通閥的功能。氧化裝置正常工作時，抽排瓦斯與乏風混合氣體通過此設備進入氧化裝置。當百葉閥不能正常工作，并且氧化裝置不工作時，可切換到排空通道，使此設備不能切換，因為氧化裝置本身是一個通道，也不會造成管道“憋壓”現象。

乏風從擴散塔送入地下主巷道，主巷道深3．5m、寬4m、總長82m，分支巷道深3．5m、寬2．2m、總長70m。通過管道水力計算，乏風輸送的沿途總壓降不大于0．2kPa。對應于每臺氧化裝置，從巷道頂部開孔，以Φ1600mm的管道將乏風送至脫水過濾器，如圖4所示。1—乏風分支管道；2—脫水過濾器；3—引風機；4—過渡管道；5—過渡管道支架；6—氧化裝置。

抽排瓦斯輸送及與乏風摻混

一套瓦斯濃度檢測分配輸送控制系統，實時檢測各抽放系統瓦斯濃度，將濃度大于等于8％的瓦斯送入瓦斯內燃機發電的公共管網，濃度小于8％的瓦斯送入氧化裝置發電的公共管網，之后按照AQ1078—2009《煤礦低濃度瓦斯與細水霧混合安全輸送裝置技術規范》［3］等低濃度瓦斯發電的系列安全標準要求，將這部分抽排瓦斯送入氧化裝置附近的Ф1000mm低濃度瓦斯公共管道。2．2抽排瓦斯與乏風摻混抽排瓦斯與乏風摻混采用一套如圖5所示的模塊化瓦斯添加系統，其主要部件是阻火泄爆器5、快速切斷閥8、電動調節閥10、機械關斷閥13。1—手動蝶閥；2—壓力變送器；3—濃度取樣管；4—電動調節切斷閥；5—阻火泄爆器；6—底盤；7—壓力表；8—快速切斷閥；9—電氣控制系統；10—電動調節閥；11—撓性橡膠接頭；12—電磁閥；13—機械關斷閥。圖5抽排瓦斯添加系統1）阻火泄爆器：除符合AQ1072—2009《瓦斯管道輸送水封阻火泄爆裝置技術條件》［4］的規定外，還具有保持阻火液面高度的自動控制功能，并內置金屬絲絨，兼具瓦斯過濾、脫水及阻火功能。2）快速切斷閥：采用電磁控制，正常工作時手動將閥門開啟，通電吸合保持開啟狀態；失電后電磁力消失，在重力作用下快速切斷閥在1．5s內切斷抽排瓦斯通道。3）電動調節閥：根據氧化裝置設定的抽排瓦斯與乏風混合后的濃度，自動實現電動調節該閥開度。4）機械關斷閥：由抽排瓦斯與乏風混合增壓后的氣體壓力將該閥開啟，當混合后氣體壓力消失或降低到一定數值后，在閥芯重力、復位彈簧力及抽排瓦斯壓力的共同作用下，15s內關閉抽排瓦斯供給。該閥實現抽排瓦斯與乏風聯動供給，保證在沒有乏風進入氧化裝置時，抽排瓦斯不會單獨進入氧化裝置。當系統電動調節閥10不能正常調節抽排瓦斯摻混量，摻混后的甲烷濃度超出設定值時，快速切斷閥8動作，切斷瓦斯添加。氧化裝置啟動開機運行時，機械關斷閥13保證抽排瓦斯與乏風同時進入氧化裝置；當由于各種原因，乏風不能進入氧化裝置（即引風機失壓），其會動作，保證抽排瓦斯不會單獨進入氧化裝置引起可能的爆炸危險。另外，阻火泄爆器5保證一旦氧化裝置出現危險，將阻止火焰向抽排瓦斯輸送管道回傳，保護礦井抽排系統的安全。

外部條件缺失安全保護

設置水質硬度在線監測報警裝置，當水質硬度超限時，報警系統發出聲光報警信號。2）設置備用水箱或水池，當液面低于設定值時，應能發出聲光報警信號。停水保護1）設置備用水箱。保證容量不小于氧化裝置1h的額定蒸汽流量，并有防凍措施。2）外部水源停止供給時，發出聲光報警信號，在3s內切斷抽排瓦斯通道的同時切斷抽排瓦斯與乏風混合進入氧化裝置的通道。停電保護1）如項目外部大網停電故障失電，抽排瓦斯添加系統在1．5s內自動切斷抽排瓦斯添加通道，同時由脫水過濾器切斷抽排瓦斯與乏風混合進入氧化裝置的通道，并手動關閉抽排瓦斯通道上的閥門。10min內啟動備用的1臺260kW的自動化柴油發電機組為供水系統、監控系統、照明系統等提供應急電源。2）如引風機電源失電或故障停運，抽排瓦斯添加系統在1．5s內自動切斷抽排瓦斯添加通道，同時由脫水過濾器切斷抽排瓦斯與乏風混合進入氧化裝置的通道，并手動關閉抽排瓦斯通道上的閥門。

大佛寺瓦斯氧化發電工程運行情況

一期項目于2011年5月開始建設，2011年11月建設完成，2012年3月完成氧化裝置主體的調試，各項性能指標基本達到設計要求。2012年7月單臺氧化裝置并氣并網發電成功，2012年8月實現5臺氧化裝置全部并氣并網發電，正常商業化運行，礦井主要通風機工作正常，各項保護措施通過模擬試驗證明安全有效。氧化裝置在額定狀態下運行，汽輪機發電3200kW以上。在項目試驗調試過程中曾出現氧化裝置風量偏?。ㄗ畲?5000m3／h），通過更換引風機，采用變頻控制，單臺氧化裝置最大風量達70000m3／h，引風機功耗136kW，超設計值10000m3／h。在設計風量60000m3／h時，引風機功耗90kW，在設計功耗范圍內。應用現場由于其他工程作業和雷電各造成一次項目主供電箱變停電事故，瓦斯添加系統各部件可靠動作，保護了氧化裝置和礦井的安全。同時，啟動備用電源，在設計的保安時間內，切換給水泵供電，保證了氧化裝置上的汽包液位在安全范圍內。

1）大佛寺煤礦是國內第1個瓦斯氧化發電的示范項目，也是第1個抽排瓦斯和乏風全部利用，實現瓦斯“零排放”的生產礦井。通過工程配套設計、建設和項目運行，證明乏風取氣方式、輸送以及與抽排瓦斯的摻混是安全可靠的，沒有對礦井風排系統和瓦斯抽放系統帶來不利影響。2）目前我國煤礦風井主要通風機大多采用對旋式軸流風機，擴散塔大多為臥式金屬結構，可參照此方案設計建設。根據當地地形條件，主體輸送管道可在地下敷設，也可由架空管道輸送到氧化裝置附近。主體管道可以是磚混結構的，也可以是玻璃鋼等非金屬材料制成的，還可以是金屬框架結構的。3）為便于在煤炭行業推廣應用瓦斯氧化工程建設項目，建議盡快出臺行業標準。

本文作者：馬曉鐘工作單位：勝利油田勝利動力機械集團有限公