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[摘 要]在煤矿开采过程中，伴随着煤炭资源的被开采利用，矿井中也会涌现出大量的瓦斯，对于煤矿开采的安全性有着较大的威胁。为了避免煤矿开采中高瓦斯对于煤矿开采安全的威胁和影响，减少资源浪费，提升资源利用率，对煤矿通风中的瓦斯处理技术进行研究是极为必要的。本文主要分析了煤矿通风中的瓦斯处理技术，略谈了煤矿通风中瓦斯处理技术的应用前景。
[关键词]煤矿通风；瓦斯处理技术；应用前景
中图分类号：TD712 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）36-0066-01
安全合理的通风技术是解决矿井瓦斯超限和易自燃煤层自然发火问题的主要途径，也是矿井发生重大灾害后防止灾变扩大的重要保障。在煤矿开采过程中，由于高温、高压环境的影响，会产生瓦斯资源，利用不当势必会导致爆炸现象出现，从而引发灾害事故，造成巨大的财产及生命损失。因此，煤矿通风瓦斯处理和利用技术的研究，对加快煤矿通风瓦斯这一高效洁净新能源的开发利用、减少温室气体排放、确保煤矿生产安全，保护环境和促进煤矿企业可持续发展具有极其重要的意义。
一、煤矿通风中的瓦斯处理技术
随着煤矿开采量的不断增大，人们看到了煤矿通风中排放出的瓦斯资源，为了减少资源浪费，研究出了相应的瓦斯处理技术，以提升资源利用率。具体瓦斯处理技术包括：
1.作为辅助燃料应用的技术
作为辅助燃料应用的技术原理是用乏风替代助燃空气，减少部分主燃料使用。当乏风中甲烷浓度低于0.75%时，其自燃温度在 1000℃以上，作为辅助燃料应用时要求主燃料燃烧温度高于低浓度瓦斯自燃温度，同时为了减少输送费用，要求用风地靠近矿井通风排放口。使用辅助燃料技术方法，可显著减少瓦斯排放量并节约主要燃料。
（1）燃气轮机
汽轮机的发动需要耗费大量燃料，由此提升了相应的生产成本，将煤矿通风中的瓦斯通过压缩机输送到燃气轮机的燃烧室内，可以让瓦斯与主燃料共同在燃烧室内燃烧，由于辅助燃烧材料的增加，增加了燃烧力度，由此也就节约了主要燃料的燃烧，从而降低了成本费用。
（2）内燃发动机
内燃发动机主要有两种形式，通常采用质量中等的燃气进行发电出力，燃烧过程中所需要的一部分新鲜空气则可以通过煤矿乏风代替进入燃烧室内，以提供热量来启动内燃发动机，并保证发动机的正常运行。虽然只是中等质量的燃气应用，也需要大量的成本费用，通过煤矿乏风代替，从而达到提高经济效益的目的。
（3）其他辅助应用技术
煤矿通风瓦斯也可以应用于矿井附近的火电厂锅炉、制砖窑炉的供风系统中。辅助燃料处理方法要求矿井靠近用风地，这限制了此类技术的大规模推广。
2.作为主要燃料的应用技术
对于煤矿通风中的瓦斯处理技术，可以将其作为主要燃料进行应用，这主要是因为煤矿通风中的瓦斯通过两种直接氧化方式将瓦斯转化为主要燃料。
（1）逆流式煤矿通风瓦斯热氧化装置（TFRR）
对于温度处于10℃～30℃之间的煤矿乏风输送到装置中的反应器内，通过电加热或其它加热方式达到1000℃，在此过程中，煤矿乏风中含有的少量的CH4会在反应器中产生作用，被氧化掉，同时释放出热量。对于释放出的热量，可以将其导入需要热水或蒸汽的锅炉中进行处理，以免浪费，而由此产生的热量则可以再次形成蒸汽或热水，热水可以用于取暖，剩余的蒸汽则可以用于汽轮机发电资源。在此过程中，反应器发挥了重要作用，将输入反应器中的气体持续转换方向，煤矿通风瓦斯由此获得热量，呈现升温趋势，从而确保CH4在氧化过程中保持自维持状态。煤矿通风瓦斯通过主要燃料应用技术转化，能够将瓦斯资源转化为提供蒸汽或热量的资源，从而在相应的领域减少其它能源浪费，在保证机械设备正常运行情况下减少资源浪费，必然能够降低成本费用，从而进一步提升经济效益。
（2）逆流式煤矿通风瓦斯催化氧化装置（CFRR）
此种装置的运行原理与逆流式的热氧化装置处理方法类似，都是通过反应器获取蒸汽，以提供更多热量，满足机械设备发动需求。其中唯一不同的是在热交换床层面中加入了催化剂，将煤矿通风瓦斯在反应器中的1000℃自燃高温降到了350℃～800℃之间，这样就在很大程度上降低了对装置材质的要求，也减少了成本费用。此种装置的处理方法对于更好地满足煤矿通风瓦斯处理起到了较大的帮助作用。通过催化剂应用，能够降低煤矿通风中瓦斯的自燃温度，由此也就降低了对装置材质的要求，降低了成本费用，同时还加快了装置的启动速度，这对于提升装置生产效率具有重要意义。目前，经过试运行发展，此种裝置还存在一些问题，如催化燃烧的流向变化工艺、催化剂的稳定性、活性及协同性、催化剂的应用成本高等，这些因素的影响使得装置运行的整体效率无法进一步提升，对此还需要加强研究，采取有效的应对措施。
3.其它技术
TFRR和CFRR是煤矿通风瓦斯直接处理技术的两大主流，除此之外，还有一些其它的处理方法。一种是提浓，煤矿通风瓦斯浓度普遍为0.5%，经过提浓处理，可以使甲烷的浓度提高到20%，经过提浓的乏风可以作为燃气轮机和交互式引擎的燃料，但是这种方法能耗高，成本高，存在较大的技术经济问题，很少被采用。一种是改造研制微燃机，使之能直接（或添加催化剂）燃用煤矿乏风或者燃用经过提浓后的“乏风”，但对这种方法的研究不多，技术障碍较大，还没有形成成熟的技术。
从当前国内外煤矿通风瓦斯处理和热量回收利用发展趋势上看，大型化、安全稳定运行、适应煤矿通风瓦斯浓度变化、低污染、能量回收综合利用是煤矿通风瓦斯处理技术发展的方向。辅助燃料处理方法有处理风量小，减排量小，矿井附近需要有用风的工业设备等限制，难以进行大规模的推广。主燃料处理方法中，目前以逆流式煤矿通风瓦斯氧化技术（TFRR）和催化逆流煤矿通风瓦斯氧化技术（CFRR）为发展的主流。国内外已有的实验装置和工业示范的结果表明，目前的技术难点是维持装置的连续稳定运行、系统启动时间长、热回收效率低等问题。目前的技术水平与煤矿通风瓦斯处理技术大规模推广的要求尚有一定的距离。
二、煤矿通风瓦斯处理技术的应用前景
煤矿通风瓦斯的处理和利用可通过CDM机制获得支持，且由于通风瓦斯总量大，排放集中，实施CDM项目的可操作性强。中国每年通过乏风排入大气的甲烷为170亿m3，若通过通风瓦斯处理和能量回收技术加以利用，则回收的CH4可实现每年CO2减排量约2亿t，如果按碳减排价格为10欧元/t计算，则减排二氧化碳获得的CDM收益为240亿元/a。同时新增发电量约400亿度/a，相当于节约标煤2000万t。其环保效应和经济效益都十分可观。
另外，该技术能有力推进中国煤矿生产安全。煤矿开采中，用于通风的耗电量巨大，成本较高，所以，有的煤矿为了减少费用，矿井风量不足，造成矿井瓦斯超限，存在严重的不安全因素。煤矿通风瓦斯处理技术可以有效的处理通风瓦斯，实现清洁排放，获取减排和节能收益，改变煤矿通风只有支出没有效益的局面，既达到了通风的目的，又能获取经济效益。必将有力促进煤矿通风的积极性，有力的推进煤矿安全生产。总之，在未来的发展过程中，应当加强瓦斯处理技术在煤矿通风中的应用研究，并不断开展试运行，通过实践途径合理利用煤矿通风中的大量瓦斯资源，以最大限度地减少资源浪费，满足中国的社会主义现代化建设需求。
参考文献
[1] 周娴，姜凡等.煤矿通风瓦斯处理技术的比较和应用前景[J].洁净煤技术，2009（04）.
[2] 罗卫东.煤矿通风瓦斯利用技术现状及其潜力[J].科技传播，2010（14）.
[3] 颜士华.浅谈高瓦斯煤矿通风技术要点[J].中国高新技术企业，2011（22）.
[关键词]煤矿通风；瓦斯处理技术；应用前景
中图分类号：TD712 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）36-0066-01
安全合理的通风技术是解决矿井瓦斯超限和易自燃煤层自然发火问题的主要途径，也是矿井发生重大灾害后防止灾变扩大的重要保障。在煤矿开采过程中，由于高温、高压环境的影响，会产生瓦斯资源，利用不当势必会导致爆炸现象出现，从而引发灾害事故，造成巨大的财产及生命损失。因此，煤矿通风瓦斯处理和利用技术的研究，对加快煤矿通风瓦斯这一高效洁净新能源的开发利用、减少温室气体排放、确保煤矿生产安全，保护环境和促进煤矿企业可持续发展具有极其重要的意义。
一、煤矿通风中的瓦斯处理技术
随着煤矿开采量的不断增大，人们看到了煤矿通风中排放出的瓦斯资源，为了减少资源浪费，研究出了相应的瓦斯处理技术，以提升资源利用率。具体瓦斯处理技术包括：
1.作为辅助燃料应用的技术
作为辅助燃料应用的技术原理是用乏风替代助燃空气，减少部分主燃料使用。当乏风中甲烷浓度低于0.75%时，其自燃温度在 1000℃以上，作为辅助燃料应用时要求主燃料燃烧温度高于低浓度瓦斯自燃温度，同时为了减少输送费用，要求用风地靠近矿井通风排放口。使用辅助燃料技术方法，可显著减少瓦斯排放量并节约主要燃料。
（1）燃气轮机
汽轮机的发动需要耗费大量燃料，由此提升了相应的生产成本，将煤矿通风中的瓦斯通过压缩机输送到燃气轮机的燃烧室内，可以让瓦斯与主燃料共同在燃烧室内燃烧，由于辅助燃烧材料的增加，增加了燃烧力度，由此也就节约了主要燃料的燃烧，从而降低了成本费用。
（2）内燃发动机
内燃发动机主要有两种形式，通常采用质量中等的燃气进行发电出力，燃烧过程中所需要的一部分新鲜空气则可以通过煤矿乏风代替进入燃烧室内，以提供热量来启动内燃发动机，并保证发动机的正常运行。虽然只是中等质量的燃气应用，也需要大量的成本费用，通过煤矿乏风代替，从而达到提高经济效益的目的。
（3）其他辅助应用技术
煤矿通风瓦斯也可以应用于矿井附近的火电厂锅炉、制砖窑炉的供风系统中。辅助燃料处理方法要求矿井靠近用风地，这限制了此类技术的大规模推广。
2.作为主要燃料的应用技术
对于煤矿通风中的瓦斯处理技术，可以将其作为主要燃料进行应用，这主要是因为煤矿通风中的瓦斯通过两种直接氧化方式将瓦斯转化为主要燃料。
（1）逆流式煤矿通风瓦斯热氧化装置（TFRR）
对于温度处于10℃～30℃之间的煤矿乏风输送到装置中的反应器内，通过电加热或其它加热方式达到1000℃，在此过程中，煤矿乏风中含有的少量的CH4会在反应器中产生作用，被氧化掉，同时释放出热量。对于释放出的热量，可以将其导入需要热水或蒸汽的锅炉中进行处理，以免浪费，而由此产生的热量则可以再次形成蒸汽或热水，热水可以用于取暖，剩余的蒸汽则可以用于汽轮机发电资源。在此过程中，反应器发挥了重要作用，将输入反应器中的气体持续转换方向，煤矿通风瓦斯由此获得热量，呈现升温趋势，从而确保CH4在氧化过程中保持自维持状态。煤矿通风瓦斯通过主要燃料应用技术转化，能够将瓦斯资源转化为提供蒸汽或热量的资源，从而在相应的领域减少其它能源浪费，在保证机械设备正常运行情况下减少资源浪费，必然能够降低成本费用，从而进一步提升经济效益。
（2）逆流式煤矿通风瓦斯催化氧化装置（CFRR）
此种装置的运行原理与逆流式的热氧化装置处理方法类似，都是通过反应器获取蒸汽，以提供更多热量，满足机械设备发动需求。其中唯一不同的是在热交换床层面中加入了催化剂，将煤矿通风瓦斯在反应器中的1000℃自燃高温降到了350℃～800℃之间，这样就在很大程度上降低了对装置材质的要求，也减少了成本费用。此种装置的处理方法对于更好地满足煤矿通风瓦斯处理起到了较大的帮助作用。通过催化剂应用，能够降低煤矿通风中瓦斯的自燃温度，由此也就降低了对装置材质的要求，降低了成本费用，同时还加快了装置的启动速度，这对于提升装置生产效率具有重要意义。目前，经过试运行发展，此种裝置还存在一些问题，如催化燃烧的流向变化工艺、催化剂的稳定性、活性及协同性、催化剂的应用成本高等，这些因素的影响使得装置运行的整体效率无法进一步提升，对此还需要加强研究，采取有效的应对措施。
3.其它技术
TFRR和CFRR是煤矿通风瓦斯直接处理技术的两大主流，除此之外，还有一些其它的处理方法。一种是提浓，煤矿通风瓦斯浓度普遍为0.5%，经过提浓处理，可以使甲烷的浓度提高到20%，经过提浓的乏风可以作为燃气轮机和交互式引擎的燃料，但是这种方法能耗高，成本高，存在较大的技术经济问题，很少被采用。一种是改造研制微燃机，使之能直接（或添加催化剂）燃用煤矿乏风或者燃用经过提浓后的“乏风”，但对这种方法的研究不多，技术障碍较大，还没有形成成熟的技术。
从当前国内外煤矿通风瓦斯处理和热量回收利用发展趋势上看，大型化、安全稳定运行、适应煤矿通风瓦斯浓度变化、低污染、能量回收综合利用是煤矿通风瓦斯处理技术发展的方向。辅助燃料处理方法有处理风量小，减排量小，矿井附近需要有用风的工业设备等限制，难以进行大规模的推广。主燃料处理方法中，目前以逆流式煤矿通风瓦斯氧化技术（TFRR）和催化逆流煤矿通风瓦斯氧化技术（CFRR）为发展的主流。国内外已有的实验装置和工业示范的结果表明，目前的技术难点是维持装置的连续稳定运行、系统启动时间长、热回收效率低等问题。目前的技术水平与煤矿通风瓦斯处理技术大规模推广的要求尚有一定的距离。
二、煤矿通风瓦斯处理技术的应用前景
煤矿通风瓦斯的处理和利用可通过CDM机制获得支持，且由于通风瓦斯总量大，排放集中，实施CDM项目的可操作性强。中国每年通过乏风排入大气的甲烷为170亿m3，若通过通风瓦斯处理和能量回收技术加以利用，则回收的CH4可实现每年CO2减排量约2亿t，如果按碳减排价格为10欧元/t计算，则减排二氧化碳获得的CDM收益为240亿元/a。同时新增发电量约400亿度/a，相当于节约标煤2000万t。其环保效应和经济效益都十分可观。
另外，该技术能有力推进中国煤矿生产安全。煤矿开采中，用于通风的耗电量巨大，成本较高，所以，有的煤矿为了减少费用，矿井风量不足，造成矿井瓦斯超限，存在严重的不安全因素。煤矿通风瓦斯处理技术可以有效的处理通风瓦斯，实现清洁排放，获取减排和节能收益，改变煤矿通风只有支出没有效益的局面，既达到了通风的目的，又能获取经济效益。必将有力促进煤矿通风的积极性，有力的推进煤矿安全生产。总之，在未来的发展过程中，应当加强瓦斯处理技术在煤矿通风中的应用研究，并不断开展试运行，通过实践途径合理利用煤矿通风中的大量瓦斯资源，以最大限度地减少资源浪费，满足中国的社会主义现代化建设需求。
参考文献
[1] 周娴，姜凡等.煤矿通风瓦斯处理技术的比较和应用前景[J].洁净煤技术，2009（04）.
[2] 罗卫东.煤矿通风瓦斯利用技术现状及其潜力[J].科技传播，2010（14）.
[3] 颜士华.浅谈高瓦斯煤矿通风技术要点[J].中国高新技术企业，2011（22）.