瓦斯蓄热氧化井筒加热系统智能化研究

针对瓦斯蓄热氧化井筒加热系统存在的智能化水平落后于实际生产需求,影响生产效率和生产安全的问题,在原瓦斯蓄热氧化井筒加热控制系统初步具备远程控制的基础上,开展了智能化相关研究。介绍了瓦斯蓄热氧化井筒加热系统的工艺单元结构,重点分析了系统监控远程化、调控智能化、故障诊断智能化等方面的研究。某煤矿瓦斯蓄热氧化井筒加热系统智能化改造的应用案例表明:改造后的系统实现了远程监测及控制、故障智能化诊断及智能化调控功能,提高了装置运行安全性和经济性。

煤矿风排瓦斯氧化利用技术探讨研究

介绍了煤矿风排瓦斯氧化利用技术中的辅助燃料技术和主燃料技术,以煤矿风排瓦斯的甲烷为原料的主燃料技术比辅助燃料技术更具优势和实际应用前景。分析了主燃料技术中的热逆流氧化技术和逆流催化氧化技术的研究现状和技术特点,阐述了单床立式、两床立式、旋转式以及多床式等多种结构的热逆流氧化装置的工作原理及技术特点,可为工程应用提供技术参考。

浅埋煤层地质控制因素瓦斯动力灾害发生机理研究

以某矿浅埋松软煤层在瓦斯较低的条件下发生的瓦斯动力现象事故为背景,研究事故发生的机理及预防措施。研究表明:事故的发生由地质因素起主控作用,浅埋巨厚顶板、大面积采空区、正断层形成的"孤岛区"结构为事故的发生提供了应力条件;"孤岛区"内浅埋巨厚顶板沿煤层垂直方向产生的应力,为煤体破坏、瓦斯动力现象的孕育提供了条件,沿倾斜方向的应力,为事故煤层及煤体的抛出提供了弹性能;煤层瓦斯解吸速度快、低透气性、松软结构、厚度变化大的特征,为事故的发生提供了良好的瓦斯条件。根据事故发生的机理,提出了从地质构造赋存、高地应力、瓦斯三个方面进行灾害预防的方法。

煤矿井筒防冻瓦斯-空气掺混技术研究

为降低抽采瓦斯中甲烷浓度,需要将瓦斯与空气掺混。针对冬季抽采瓦斯与冷空气直接掺混,会析出大量冷凝水,造成管道冻堵的问题,通过分析井筒防冻瓦斯-空气掺混技术进展,进行了两级掺混技术设计。实际应用案例表明:两级掺混技术可有效脱除瓦斯气中的液态水,降低瓦斯气露点温度,提高后端瓦斯利用设备的效率及系统运行安全性。

喷水螺杆压缩机在瓦斯压缩中的应用研究

活塞式压缩机压缩瓦斯气过程中,会造成瓦斯气温度升高,导致瓦斯的爆炸上限超过瓦斯中的甲烷浓度,一旦遇到火源就可能发生瓦斯爆炸。喷水螺杆压缩机对瓦斯气进行压缩的过程中,不断地向瓦斯气进行喷水冷却,利用水带走瓦斯气压缩产生的热量,可确保瓦斯气浓度在整个压缩过程中都处于爆炸极限范围之外,保证了瓦斯气压缩过程的安全性。介绍了喷水螺杆压缩机在贵州盘江瓦斯气制LNG项目的应用实践,结果表明其作为瓦斯气压缩机,解决了活塞式压缩机排气温度过高和泄漏量大的问题,可作为瓦斯气制CNG/LNG工艺的首选机型。

低浓度瓦斯焚烧及热能利用技术研究

通过安全输送与掺混、焚烧和热能利用三个核心单元实现瓦斯焚烧处理及热能回收利用。多级低浓度安全输送保障系统利用湿式放散罐、水封阻火和抑爆装置实现瓦斯的安全输送;具有动态连续混配功能的掺混器实现对焚烧瓦斯浓度的精确调节;多层金属纤维丝结构的燃烧器实现对燃爆极限范围内瓦斯的安全焚烧,分级燃烧功能实现对不同流量的瓦斯高效焚烧处理;低阻力的烟气收集装置实现对焚烧烟气的收集输送,高效率的热能利用装置实现对高温烟气余热的回收利用,最终实现对爆炸极限范围内瓦斯的安全销毁,减少瓦斯排放,同时对燃烧的热能进行回收利用,替代传统燃煤或燃气,减少能源消耗与大气污染,从而实现瓦斯的综合梯级利用。

真空充He法测定吸附罐剩余体积试验研究

为研究真空充He法测定吸附罐剩余体积对瓦斯吸附量的影响,以10个煤样为研究对象,采用容量法在低压及高压下进行真空充He测定、瓦斯吸附常数测定、真密度测定等试验。研究表明:①高压下煤几乎不吸附He,负压状态下由于He分子动力学直径小于CH4分子动力学直径,容易持续不断地被负压差吸入更小的纳米级煤孔隙内,导致剩余体积随着充入He时间延长而不断增大,形成一种煤吸附He的假象。②相对于真密度计算法,真空充He法在5、30、60、90、120 min读数时的吸附罐剩余体积基本偏大,5 min读数时绝对值误差最大为9.58%,最小为1.52%;采用真空充He法读数时间可设定为5 min,与吸附罐空罐体积读数时间相同。③采用真空充He法计算的瓦斯吸附常数a值一般偏小,b值一般偏大。5 min读数时a值绝对值误差最大为17.69%,最小为4.24%,b值绝对值误差最大为33.59%,最小为7.51%,远大于低压瓦斯吸附量误差0.45%~5.64%。真空充He法对0.1 MPa压力下瓦斯吸附量影响较小,对高压吸附量影响较大,剩余体积误差是煤样出现“负吸附”的根本原因,吸附罐剩余体积是影响煤的气体吸附量的主控因素。④通过试验得出煤吸附不同气体采用真空充He法“一刀切”测定剩余体积不科学,理论上应采用与被测气体分子动力学直径相等的惰性气体标定,而实际上很难选择到与被测气体分子直径相等的惰性气体。⑤建立剩余体积偏差量与瓦斯吸附常数偏差量的修正模型,通过此模型可对采用真空充He法测定的a、b值进行修正,提高a、b值的准确性和可靠性,对矿井瓦斯灾害精准防治及煤层注CO_(2)驱替CH_(4)等科学研究提供参考与指导。

小型煤矿超低浓度瓦斯蓄热氧化供热技术研究

为利用陕西韩城矿区某小型煤矿抽采的含甲烷体积分数低于8%的低浓度瓦斯,采用现场调研、热量平衡计算相结合的方法,对小型煤矿超低浓度瓦斯蓄热氧化供热技术进行了研究,提出了超低浓度瓦斯蓄热氧化替代燃煤热风炉的技术方案,并分析了该方案的可行性。研究表明:该方案可满足煤矿井筒加热和建筑物供热需求,节省了燃煤燃烧消耗,每年可利用纯瓦斯259万m^(3),产生195万元的经济效益,减排CO_(2)(当量)3.6万t。

煤层超高压水力割缝增渗工艺参数优化研究

针对国内某煤矿煤层瓦斯抽采流动阻力大、抽采困难的问题,采用试验的方法在3001煤层A32工作面进行超高压水力割缝增渗工艺参数的优化研究,通过控制变量法研究工艺参数变化对瓦斯抽采效果的影响。结果表明,割缝时间为40 min、割缝间距为3 m、割缝压力为50 MPa、钻杆割缝旋转速度为70 r/min时,增渗效果最好。同时,通过在同一煤层进行钻孔技术对比发现,使用优化后的高压水力割缝工艺参数进行增渗,在割缝钻孔数量相同的条件下,瓦斯平均抽采纯量是传统钻孔的2倍,钻孔平均出煤量提高约45%,效果显著。

瓦斯气利用发电机尾气余热降温脱水对发电功率的影响研究

瓦斯发电机组的发电功率在实际运行中难以达到额定发电功率,主要原因是受瓦斯浓度、含水量、温度、压力等因素的影响,其中瓦斯温度的影响较大。分析了瓦斯气温度对发电功率影响的机理,介绍了中煤科工集团重庆研究院有限公司研发的利用发电机尾气余热作为热源动力,通过溴化锂制冷机组给瓦斯气降温脱水技术的原理及该技术在山西兰能小西电站1号发电机组的应用试验。试验结果表明:瓦斯气温度从55.3℃降低到32.1℃,发电机功率从683 kW提高到729 kW。相较传统的电制冷降温,该技术可减少电力消耗,是一种绿色环保的节能增效技术。

逆断层叠加控制区域瓦斯赋存规律研究

地质构造对瓦斯储存、运移起着重要作用,以皖北某矿为背景,研究了逆断层相互叠加作用下瓦斯赋存规律。研究表明:在标高(埋深)相差不大的情况下,逆断层叠加控制区域与单一断层控制区域实测瓦斯压力值相差0.37 MPa,说明逆断层叠加控制区域提高了围岩的封闭性,改变了煤层顶底板的透气性,创造了瓦斯聚集的有利条件,在局部形成高瓦斯聚集区,进而形成了煤与瓦斯突出发生的优势区。

低浓度含氧煤层气深冷液化工艺安全方法研究

低浓度含氧煤层气易燃易爆,对其进行深冷液化回收甲烷需要采取有效的方法确保安全。目前的安全工艺方法分为预脱氧、掺混阻燃气体和控制产品产量。预脱氧的工艺方法需要增加设备投资,脱氧过程还存在安全性问题,适用于甲烷含量较高的含氧煤层气;掺混阻燃气体的工艺方法对现有工艺和设备影响不大,但会增加生产能耗;控制产品产量的工艺方法会降低甲烷回收率,不适用于甲烷含量较低的含氧煤层气。通过分析比较认为,对甲烷含量较低的含氧煤层气进行深冷液化时,可先采用低压粗脱氧,然后再掺混阻燃气体的工艺方法。

煤矿区自然条件安全生产度评价体系研究

针对煤矿井下瓦斯灾害、瓦斯煤尘爆炸、井下火灾、顶板灾害、矿井水灾等五大灾害,运用模糊综合评判法建立了5因素、20指标的煤矿区自然条件安全生产度评价体系。利用该评价体系对全国30个矿区的自然条件安全生产度进行了评价分析,得出所评价矿区安全等级多为Ⅱ~Ⅲ级。矿区实际自然灾害情况与评价结果的对比分析表明,矿区自然条件安全生产度评价体系的评价结果可靠,可为煤矿区科学产能规划、减少煤矿事故提供依据。

煤层注热相关理论和工艺研究的现状及前瞻

我国煤层瓦斯赋存普遍有"高储低渗"的特点,为提高煤层渗透率,强化煤层瓦斯抽采,提出了煤层注热理论。为了进一步研究注热工艺和开发注热装备,对注热相关理论和工艺研究现状进行了梳理,并提出了目前存在的问题和未来研究思路。

低浓度含氧煤层气深冷精馏流程模拟研究

利用深冷技术对含氧煤层气进行液化处理，可回收其中的甲烷，减少污染排放。应用HYSYS软件对低浓度含氧煤层气液化精馏工艺流程进行了模拟，并考察精馏塔回流比、塔板数量、精馏压力对甲烷回收率、LNG产品纯度和LNG单位产品生产能耗的影响。综合考虑可取回流比为1．1～1．2，精馏塔板为25～30块，精馏绝对压力为300～400kPa。模拟结果可为工艺设计和实际操作提供参考。

孤岛工作面围岩运移及冲击破坏数值模拟研究

针对孤岛工作面"T"型覆岩结构特征,采用数值模拟方法分析孤岛工作面回采过程中覆岩屈服破坏特征、应力分布规律,研究了孤岛工作面覆岩破断产生强冲击动载荷条件下巷道应力、加速度、位移以及变形速度的变化规律。结果表明:回采初期围岩塑性破坏主要集中在工作面顶板,回采后期覆岩的塑性区逐渐向上覆岩层发展,呈"弧形"对称分布形态;在矿震动载作用下,孤岛工作面巷道左、右帮变形量小于顶、底板变形量,巷道右帮和顶板的变形速度变化较大,且顶板的下沉量最大,左右两帮的垂直应力比顶底板的垂直应力大。研究得出的孤岛工作面覆岩运移、冲击破坏规律,可为工作面防冲工作提供理论指导,以制订针对性的防冲措施,确保工作面安全回采。

含氧煤层气流量变化对液化工艺影响的模拟研究

利用HYSYS软件对煤层气液化工艺进行模拟计算,分析了煤层气流量变化对液化能耗和CH4回收率的影响,结果表明:总液化能耗变化幅度与煤层气流量变化幅度一致,其中氮气压缩功耗变化幅度大于流量变化幅度,混合冷剂压缩功耗变化幅度小于流量变化幅度;煤层气流量变化会使LNG单位产品液化能耗增加,但流量减小不影响CH4回收率,只有流量增加会降低CH4回收率。在实际运行时,应使制冷系统提供的冷量留有5%的余量,以确保工艺过程的安全与稳定。

综采工作面断层区域冲击机制及控制对策研究

针对深井综采工作面断层区域冲击灾害频发的现状，研究了断层区域力学作用机制，提出动静载叠加诱发冲击的原理。数值分析了综采工作面断层区域动静载叠加对巷道的冲击破坏效应，结果表明：工作面断层区域的高静载与矿震产生的高动载叠加，促使煤岩体所受应力超过其强度极限而发生失稳破坏；断层区域顶板断裂幅频中的主频成分主要分布在0?40Hz。分析制订了冲击危险的控制对策。

低浓度煤层气液化分离装置的气源适应性试验研究

煤矿井下抽采的煤层气气源参数波动较大,为了解决这种波动对煤层气液化制取LNG装置带来的负面问题,依托低浓度煤层气深冷液化中试装置平台,进行了液化冷箱系统的运行试验,从理论上研究了原料气流量和CH4浓度的波动对装置运行性能的影响,指出LNG产品中CH4的回收率对气源的流量和浓度变化比较敏感,但气源参数的变化对LNG产品纯度的影响不大。在设计时,针对装置对气源变化的适应性,应考虑采用以下措施保障液化装置的正常运行:混合冷剂循环应尽量减少制冷剂的泄漏;混合制冷剂充装系统应完善,以提高自动化程度;减小精馏塔顶部和底部温度调节的相关性。

带有导流翼的板翅式换热器封头结构优化设计研究

对于低浓度煤层气含氧液化装置,板翅式换热器是其冷箱中的关键设备。提出一种新型带有导流翼的板翅式换热器封头结构,采用CFD方法对该新型封头结构进行了数值计算,并对其流动与压力特性进行分析和比较,结果表明:该新型封头结构有效地改善了换热器封头内部物流分配特性,能更均匀地分配物流到各个换热通道。该研究对冷箱中换热器的设计制造具有理论指导意义。