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圆柱形储煤仓自然通风排瓦斯实践及研究

日期：2015-8-24 15:05:17　来源：转载　浏览数：
　

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1· 煤仓瓦斯治理方式
    高瓦斯矿井的地面选煤厂在设计之初，若没有充分考虑到瓦斯问题，会导致煤仓运行过程中瓦斯超限，目前国内各洗煤厂大多采用轴流风机强制通风方式，全天侯开通风机进行通风排瓦斯，在一定程度上解决选煤厂瓦斯超限的问题，但强制排放煤仓瓦斯，并不十分可靠，而利用自然通风和焚风效应把仓内瓦斯稀释、抽出并释放于大气中，是目前地面煤仓解决瓦斯问题的新方向，国内众多选煤厂在研究利用自然通风或者自然通风与强制通风相结合的方式来控制煤仓瓦斯［1 － 9］。
    1. 1 自然通风控制排放煤仓瓦斯
    屯兰选煤厂设计的专利号为ZL200520024727 选煤厂煤仓瓦斯积聚装置如图1 所示，该装置由若干个煤仓瓦斯分离器、风幛、双向风窗和焚风通风塔组成，煤仓瓦斯分离分离器设在煤仓内周边，风幛设在煤仓顶的周边，双向风窗设在煤仓外壁的上方，焚风通风塔设在煤仓顶部的两边或煤仓外壁的上方，这个装置一定程度上缓解了煤仓瓦斯治理难题［1］。

冀中能源峰峰集团大淑村矿通过在仓壁上对称开孔，利用自然通风，降低仓内瓦斯浓度，代替了排风机，如图2所示，改造后年实际创效120 万元［2］。

    1. 2 自然通风与强制通风相结合
    望峰岗选煤厂采用瓦斯治理措施如图3 所示，其煤仓瓦斯浓度一直维持在0. 5% 以下，瓦斯超限次数明显减少，仅用极少量的投资就保证了选煤厂的安全生产［3］。

沙曲矿井下原煤采掘后是由胶带直接运到原煤筒仓进行洗选，因而大部分瓦斯来不及释放就进入选煤系统，在沙曲选煤厂进行瓦斯治理前，原煤筒仓和产品仓瓦斯高达4%以上，选煤厂多次因瓦斯超限而停产。为此，沙曲选煤厂采取自然通风和强制通风等措施来降低作业区瓦斯浓度［4］，如图4 所示。此外，同忻矿通过对原煤仓底部充填阻燃材料，并加装抽排风筒，有效解决了原煤仓底部的瓦斯积聚问题［5］。

    2· 成庄矿煤仓自然通风技术实践
    选煤厂根据煤仓结构和布置，进行了相关自然通风或自然通风与强制通风相结合的煤仓瓦斯治理技术的研究和实践，证明地面煤仓瓦斯治理不一定必须安装昂贵的瓦斯监控系统、无需全天候启动风机，采用简单、实际、可行的瓦斯治理措施，同样可以治理好选煤厂煤仓瓦斯，保证安全生产并节省开支，下文以成庄矿为例具体分析自然通风在煤仓瓦斯排放中的应用。
    2. 1 原有排放瓦斯通风系统成庄矿筛末煤及洗末煤圆筒仓主要储运3# 无烟煤0 ～13mm 的筛末煤及洗末煤，煤仓尺寸为: 直径15m × 高31. 6m，设计仓储位置为4. 2 ～ 27. 6m，实际满仓仓储约为3000 ～ 3200t。3#无烟煤变质程度较高，煤质很好，煤体瓦斯较高，在井下开采和运输过程中大部分的游离瓦斯已经释放，经过洗选流程进入较密闭的储煤仓中，残留瓦斯不断逸出且不能及时排出，导致瓦斯超限事故经常发生。为此，成庄矿在末煤圆柱形储煤仓上安装了两台强制通风机进行煤仓瓦斯排放，从煤仓设备层至仓顶安装有1 根Φ400mm 自然通风管路，并安装有2 台瓦斯抽风机与配套管路，实施瓦斯强制抽放。单台或双台风机全天候运行，煤仓瓦斯浓度能够保证在0. 8%以下，但是风机的全天候运行带来了噪音、维修、能耗、调度等一系列问题。
    2. 2 煤仓自然通风排放瓦斯系统

    借鉴其他煤仓通风治理瓦斯的先进经验，成庄末煤仓通风系统进行了以下改进和优化: 在仓壁开孔形成横向通风系统，在房顶、楼板开孔并安装抽风管路形成纵向抽风系统，如图5 所示，这种立体通风系统保证了煤仓瓦斯的全方位快速排放。具体改造措施如下:
    1) 仓壁共施工8 个500mm × 1000mm 的矩形孔洞。
    2) 设备层楼板、仓顶楼板共施工10 个Φ600mm 圆孔，通过在Φ600mm 的孔洞之间安装连通管路形成纵向抽风系统，来排出煤仓内及仓上设备层瓦斯。
    3) 为了不破坏仓体主体结构，在仓壁孔洞施工的过程中保留了原有的预埋钢筋结构，避开楼板板梁。
    2. 2. 1 筛末煤圆柱形储煤仓效果分析
    筛末煤圆筒仓通风系统优化并施工完成后，进行了为期一个月的停风机测试，停风机测试期间为确保瓦斯不超限，瓦斯监测系统在仓内瓦斯浓度超过0. 5%时，就会自动启动风机20min。为了测定自然通风排瓦斯效果，引入风机启动率即一个月内风机运行时间占一个月总时间的百分比，其计算方法见式(1)。

    式中，η 为风机启动率，%; n 为一个月(30d)风机启动的次数，次; S1为设置风机启动后运行的固定时间，取20min; S0为一个月(30d)的分钟数，min。
    安装在筛末煤圆筒仓设备层楼板下东侧和西侧的瓦斯探头对仓内瓦斯浓度进行实时监测，通过监测系统，收集分析了筛末煤仓内每天瓦斯浓度平均值、瓦斯浓度最大值和平均与时间的关系，如图6 所示。由图6 可知，筛末煤仓每天的瓦斯浓度平均值都在0. 22% 以下，每天的瓦斯浓度最大值基本在0. 5%以下。

    监测系统显示在停风机监测期间风机自动启动了3 次，共计60min，可以得出监测期间风机启动率为0. 13%。一定程度上说明了利用自然通风排出煤仓瓦斯的可行性。
    2. 2. 2 洗末煤圆柱形储煤仓实施效果分析
    洗末煤圆筒仓结构与筛末煤的圆筒仓的结构、强制排瓦斯系统基本一致，不同之处在于其储存的洗末煤经过重介质分选机的分选，煤体含水量比筛末煤大。
    洗末煤圆筒仓自然通风系统构建施工完成后，与筛末煤圆筒仓进行了同时期同条件下的停风机测试。安装在洗末煤圆筒仓设备层楼板下东侧和西侧的瓦斯探头对仓内瓦斯浓度实时监测，通过监测系统，收集分析了洗末煤仓内每天瓦斯浓度平均值、瓦斯浓度最大值和平均值与时间的关系如图7 所示。

    由图7 可知，洗末煤仓每天瓦斯浓度平均值在0. 25%以下，每天的瓦斯浓度最大值在0. 5% ～ 0. 65%之间。监测系统显示在停风机监测期间风机自动启动达到37次之多，共计740min，可以得出监测期间风机启动率为1. 71%。
    3 ·结论
    通过监测系统及现场观察发现瓦斯浓度超出0. 5%的原因有以下几个方面:
    1) 煤体自身因素。受井下生产的影响，当开采煤层煤体瓦斯高时，经过洗选过程残留瓦斯还很多。
    2) 季节影响，各季节风向、大气压、温度变化影响自然通风系统的运行。   3) 仓位的影响，当仓位高时，瓦斯逸出量大，但逸出空间小，就会造成仓内瓦斯浓度较高。
    4) 洗末煤圆筒仓风机启动率高于筛末煤原因在于: ①洗末煤煤体含水率大，水份加快了煤体内瓦斯逸出; ②洗末煤经过重介洗选并脱介后其微细颗粒含量相对筛末煤减少，导致其在仓内堆积时，煤颗粒之间的空隙较大，瓦斯逸出通道畅通，能够促使瓦斯快速释放，快速集聚。