洗煤廠瓦斯綜合治理
李春生，孫建立，張樹森，楊勝林
摘 要：通過分析瓦斯的物化特性和現(xiàn)場(chǎng)瓦斯的治理情況，重點(diǎn)論述了選煤廠各主要工藝環(huán)節(jié)瓦斯的溢出速度和聚集特點(diǎn)，從而指導(dǎo)瓦斯排放設(shè)備的選型。
關(guān)鍵詞：瓦斯；瓦斯的物化性質(zhì)；瓦斯釋放速度；分布規(guī)律；煤炭安全論文

一、理論研究
1、瓦斯的物化性質(zhì)
1）瓦斯的定義
瓦斯的主要成分是烷烴，其中甲烷占絕大多數(shù)，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般還含有硫化氫、二氧化碳、氮和水氣，以及微量的惰性氣體（如氦和氬）等。在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，甲烷至丁烷以氣體狀態(tài)存在，戊烷以上為液體。 如遇明火，即可燃燒或發(fā)生“瓦斯”爆炸。
2）瓦斯的物化性質(zhì)
瓦斯對(duì)空氣的相對(duì)密度是0.554，滲透能力是空氣的1.6倍。在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下瓦斯的密度為0.716g/L，難溶于水，無(wú)色無(wú)味。瓦斯的化學(xué)性質(zhì)較為活躍，達(dá)到一定濃度時(shí)，能使人因缺氧而窒息，與明火易發(fā)生燃燒或爆炸。瓦斯在煤體或圍巖中是以游離狀態(tài)和吸著狀態(tài)存在的。
2、瓦斯爆炸條件及危害
瓦斯爆炸的條件是：一定濃度的瓦斯、高溫火源的存在和充足的氧氣。瓦斯爆炸產(chǎn)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(shè)施，揚(yáng)起大量煤塵并使之參與爆炸，產(chǎn)生更大的破壞力。另外，爆炸后生成大量的有害氣體，造成人員中毒死亡。
1）瓦斯?jié)舛?br /> 瓦斯爆炸有一定的濃度范圍，在空氣中瓦斯遇火后能引起爆炸的濃度范圍被稱為瓦斯爆炸界限。瓦斯爆炸界限為5%～16%；當(dāng)瓦斯?jié)舛鹊陀?%時(shí)，遇火不爆炸，但能在火焰外圍形成燃燒層；當(dāng)瓦斯?jié)舛葹?.5%時(shí)，其爆炸威力最大(氧和瓦斯完全反應(yīng))；瓦斯?jié)舛冗_(dá)到16%以上時(shí)，失去其爆炸性，但在空氣中遇明火會(huì)燃燒。瓦斯爆炸界限并不是固定不變的，它還受溫度、壓力、煤塵、其它可燃性氣體和惰性氣體的混入量等因素的影響。
2）引火溫度
瓦斯的引火溫度，即瓦斯引爆的最低溫度。一般認(rèn)為，瓦斯的引火溫度為650℃～750℃。但因受瓦斯?jié)舛�、火源性質(zhì)及混合氣體壓力等因素影響而產(chǎn)生變化。當(dāng)瓦斯含量在7%～8%時(shí)最易引爆；當(dāng)混合氣體的壓力增高時(shí)，引燃溫度即降低；在火源溫度相同時(shí)，火源面積越大、燃火時(shí)間越長(zhǎng)，越易引爆瓦斯。
3）氧的濃度
實(shí)踐證明，空氣中的氧氣濃度降低時(shí)，瓦斯爆炸界限隨之縮小。當(dāng)氧氣濃度減少到12%以下時(shí)，瓦斯混合氣體即失去爆炸性。井下密閉的火區(qū)內(nèi)往往積存大量瓦斯，且有火源存在，但因氧的濃度低，并不會(huì)發(fā)生爆炸。如果有新鮮空氣進(jìn)入，氧氣濃度達(dá)到12%以上，就可能發(fā)生爆炸。因此，對(duì)火區(qū)應(yīng)嚴(yán)加管理，在啟封火區(qū)時(shí)更應(yīng)格外慎重，必須在火熄滅后才能啟封。
二、工藝設(shè)計(jì)
選煤廠各生產(chǎn)環(huán)節(jié)中瓦斯?jié)舛茸畲蟮膱?chǎng)所一般會(huì)出現(xiàn)在：煤倉(cāng)擾動(dòng)時(shí)倉(cāng)體上部空間和出煤時(shí)倉(cāng)下給煤機(jī)出口處。
在瓦斯防治系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)認(rèn)真分析煤炭的瓦斯釋放特點(diǎn)、工藝流程和儲(chǔ)煤設(shè)施的具體情況，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的有關(guān)數(shù)據(jù)，并參考周邊和類似選煤廠的經(jīng)驗(yàn)，通過對(duì)以上各方面因素的全面考慮去指導(dǎo)通風(fēng)機(jī)的選型。
（一）通風(fēng)機(jī)的選型
1、瓦斯釋放原理分析
煤炭一旦開采出來(lái)，脫離了井下高壓的環(huán)境，瓦斯便會(huì)不斷的從煤體內(nèi)部的裂隙和微孔中緩慢的釋放出來(lái)，由于煤種、粒度、成煤條件和埋藏深度等因素的影響，瓦斯的釋放速度、釋放時(shí)間和釋放的瓦斯量會(huì)有較大的區(qū)別。
當(dāng)煤炭靜止存放且煤堆透氣性能不好時(shí)，瓦斯會(huì)大量的賦存在煤堆中的煤炭顆粒間，其濃度最高可達(dá)50%左右。一旦煤堆擾動(dòng)，瓦斯會(huì)迅速?gòu)拿憾阎邢蛏喜亢碗S煤流從給煤機(jī)出口溢出，其擴(kuò)散速度是靜止時(shí)的數(shù)倍或數(shù)十倍，造成局部（煤倉(cāng)倉(cāng)體上部和給煤機(jī)出口處）瓦斯?jié)舛韧蝗辉龃�，�?duì)瓦斯?jié)舛鹊目刂坪头辣瑤��?lái)困難。
2、治理方案
在煤倉(cāng)內(nèi)煤炭不擾動(dòng)（不進(jìn)出）時(shí)，如經(jīng)常對(duì)煤堆進(jìn)行擾動(dòng)或通過通風(fēng)置換煤堆中的瓦斯，會(huì)降低瓦斯在煤炭顆粒間的賦存濃度，是降低瓦斯瞬時(shí)涌出量的根本辦法，從而減少瓦斯溢出的最大速度和正常速度的差值�？梢钥紤]在煤倉(cāng)內(nèi)壁布置風(fēng)道或利用煤倉(cāng)破拱系統(tǒng)對(duì)煤堆進(jìn)行經(jīng)常性的通風(fēng)換氣。
3、設(shè)備選型
一般煤炭企業(yè)要求煤倉(cāng)內(nèi)最高瓦斯?jié)舛刃∮?.0%～1.5%，需要通過瓦斯排放系統(tǒng)將瓦斯?jié)舛瓤刂圃?.7%～1.2%（即低于制度要求0.3%）。根據(jù)煤質(zhì)特征、工藝流程和儲(chǔ)煤設(shè)施特點(diǎn)等因素，預(yù)測(cè)煤倉(cāng)內(nèi)部瓦斯溢出的最大量和正常量，對(duì)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行選型。
設(shè)計(jì)通風(fēng)能力應(yīng)略有富余，使用方案應(yīng)在實(shí)際生產(chǎn)中摸索調(diào)整，既要保證安全，又要降低能耗。沒有必要通風(fēng)量過大，不但會(huì)消耗大量能量，又增加了噪聲、粉塵和煤倉(cāng)的供暖損耗，具體風(fēng)機(jī)的選型方案可以考慮：
1）煤倉(cāng)不集中時(shí)，采用1臺(tái)通風(fēng)機(jī)平時(shí)使用，1～3臺(tái)同型號(hào)的通風(fēng)機(jī)在煤倉(cāng)進(jìn)出煤炭時(shí)備用；
2）煤倉(cāng)集中布置時(shí)，可考慮采用管路聯(lián)通各煤倉(cāng)，共同利用一套瓦斯排放系統(tǒng)，可通過工作狀態(tài)的互補(bǔ)、共用備用設(shè)備減少設(shè)備投資和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用。
（二）倉(cāng)體上部頂梁設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)
1、瓦斯分布特點(diǎn)
由于瓦斯相對(duì)密度較小，易聚集在煤倉(cāng)倉(cāng)體的上部，同時(shí)又由于倉(cāng)體頂梁將其分割為許多四周密封的格，阻止瓦斯的左右流動(dòng)，給瓦斯排放帶來(lái)了較大的困難。
2、設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的地方
土建專業(yè)倉(cāng)體頂板設(shè)計(jì)，應(yīng)注意減少次梁的數(shù)量（即減少封閉的小空間），盡量采用樓板的局部加厚或增大其配筋來(lái)代替次梁。
需要重點(diǎn)關(guān)注倉(cāng)體上部頂梁分割出的“封閉空間”的瓦斯排放，倉(cāng)體頂梁分割的每一個(gè)區(qū)間都必須設(shè)置排除瓦斯的通道或充填。可通過向上設(shè)置風(fēng)道和倉(cāng)壁預(yù)留通風(fēng)孔的方式將倉(cāng)內(nèi)瓦斯排除。倉(cāng)體頂板設(shè)置通向室外的風(fēng)道（穿過倉(cāng)上建筑物）和通風(fēng)孔（通向倉(cāng)上建筑物，再二次排放）；倉(cāng)體側(cè)壁宜在不同高度設(shè)置進(jìn)氣口，起到進(jìn)氣和將煤堆縫隙間瓦斯帶出的作用。冬季倉(cāng)上建筑物和轉(zhuǎn)載點(diǎn)應(yīng)根據(jù)瓦斯監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，注意及時(shí)進(jìn)行開窗通風(fēng)。
倉(cāng)體頂板梁的布置圖見圖1
圖1 倉(cāng)體頂板梁的布置圖

（三）倉(cāng)上建筑物的瓦斯排放
最新的《煤化工工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50xxx-20xx（2010.2.1）征求意見稿要求：每座煤倉(cāng)頂部應(yīng)設(shè)置袋式除塵器，袋式除塵器排出的尾氣應(yīng)引至室外。故在除塵的同時(shí)，可將排放瓦斯的因素一并考慮。
倉(cāng)上建筑物一般要求瓦斯?jié)舛鹊陀?.5%～0.8%，排放瓦斯以開窗自然通風(fēng)為主；死角設(shè)置通風(fēng)管道，管道直徑大于400mm。
對(duì)于瓦斯從煤體中的釋放速度較慢的煤種，采用無(wú)動(dòng)力通風(fēng)系統(tǒng)排出瓦斯就有可能保持倉(cāng)內(nèi)瓦斯不超標(biāo)，該方式具有安全可靠（不用電）、免維護(hù)、一次性投資低和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用少等諸多優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)效益也是十分可觀的。
對(duì)于瓦斯從煤體中的釋放速度較快的煤種，可采用小功率通風(fēng)機(jī)24h通風(fēng)，以保證倉(cāng)內(nèi)瓦斯不超標(biāo)。
（四）煤倉(cāng)倉(cāng)下給煤機(jī)處瓦斯?jié)舛?br /> 煤堆靜止時(shí)，煤炭暴露在空氣中的面積相對(duì)較小，瓦斯釋放速度慢。給煤機(jī)處瓦斯?jié)舛纫话愕陀?.5%，本次調(diào)研表明采用無(wú)動(dòng)力風(fēng)道便可保證倉(cāng)下各死角的瓦斯也低于0.5%。如果煤質(zhì)特殊時(shí)瓦斯不超標(biāo)，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)配置小型通風(fēng)機(jī)（2×2.2kW或2×5.5kW），每座煤倉(cāng)可以1用1備，或通過管路連接多倉(cāng)共同備用。
出煤時(shí)，煤炭間隙中賦存的瓦斯會(huì)伴隨煤流迅速?gòu)慕o煤機(jī)出口處釋放，瓦斯?jié)舛燃眲√岣�，特別是配合快速定量裝車站的產(chǎn)品倉(cāng)下給煤機(jī)，瓦斯釋放速度將是平時(shí)的幾十倍。
（五）應(yīng)重視煤堆靜止時(shí)的瓦斯排放
1）煤堆靜止時(shí)，瓦斯從煤炭的內(nèi)部裂隙和微孔中緩慢的釋放出來(lái)，不斷的聚集在煤堆中煤炭顆粒間且濃度越來(lái)越大，此時(shí)瓦斯監(jiān)控點(diǎn)測(cè)得的瓦斯?jié)舛炔⒉淮�，一旦發(fā)生擾動(dòng)，瓦斯便會(huì)迅速溢出，故必須配置較大型號(hào)的通風(fēng)機(jī)才能保證瓦斯不超標(biāo)。這樣不但增大了通風(fēng)機(jī)的型號(hào)，而且增大了瓦斯超標(biāo)的幾率。
2）應(yīng)重視煤堆靜止時(shí)的瓦斯排放，以降低煤炭顆粒間的瓦斯?jié)舛�，降低煤堆擾動(dòng)時(shí)瓦斯的瞬間釋放量。設(shè)計(jì)中可以考慮利用空氣炮的管路系統(tǒng)，進(jìn)行通風(fēng)換氣。
三、結(jié)論與建議
綜上所述，瓦斯排放系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)應(yīng)注意以下方面：
（1）煤倉(cāng)擾動(dòng)時(shí)倉(cāng)內(nèi)和倉(cāng)下給煤機(jī)處的通風(fēng)機(jī)的選型，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和選型，通風(fēng)能力應(yīng)保留一定的富余能力；
（2）通風(fēng)機(jī)應(yīng)考慮通過管路和風(fēng)閥控制，多座煤倉(cāng)共用。
（3）煤倉(cāng)靜止時(shí)的瓦斯排放通風(fēng)機(jī)應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的有關(guān)數(shù)據(jù)另行進(jìn)行計(jì)算和選型，不必要過度通風(fēng)。
（4）應(yīng)重視煤堆靜止時(shí)的瓦斯排放。

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