摘要：以某集团煤层气输送工程为例，对煤层气加压输送的可行性进行了分析并提出了相应的解决措施。本文的一些技术措施具有一定的通用性，可为今后煤层气的加压输送提供工程参考。

关键词：煤层气；爆炸极限；高压输送； 安全性分析；

 

Abstract: Taking the utilization project of coal-bed gas of one Coal Company for example， the feasibility of compressed coal-bed gas transmission is analyzed， and corresponded measures are put forward. Some technology measures of this article can be used at other similar projects， and it can offer project reference to compressed coal-bed transmission for the future.

Key Words: coal-bed gas; explosive limit; gas transmission; safety analysis

0 引言
    近年来，随着煤炭产量和开采深度的不断加大，煤层气问题越来越突出，煤层气爆炸和煤层气突出事故在煤矿重大恶性事故中一直占有很大比重，煤层气事故已构成煤矿安全的最大威胁。每年因煤层气爆炸和煤层气突出事故死亡约2000人，直接经济损失超过500亿元。抽放煤层气是减少矿井煤层气涌出量，防止煤层气爆炸和突出事故的根本性措施^[1－4]。
    煤层气是一种混合气体，组分为CH₄、N₂、O₂及少量的H₂、CO₂。随着井下煤层气利用规模的不断加大，对于CH₄体积分数大于50%的煤层气采用压力管道输送至城市利用的工程越来越多。例如，山西沁水煤田煤层气利用工程。
    在采用压力管道输送煤层气时，由于有大量的O₂存在以及煤层气加压的同时伴有温度的升高，因此有可能存在煤层气在爆炸极限范围内运行的情况。为保证煤层气加压过程的安全运行，有必要对煤层气加压过程的爆炸极限进行深入的研究，这对于煤层气输送工程的安全性和经济性有着十分重要的意义。
    本文对某集团煤层气在输送过程中，经压缩机压缩后压力变为1.3～1.7MPa，温度为100～120 ℃(压缩机出口)，经空冷器冷却后，温度变为50～60 ℃时，煤层气爆炸极限(上限和下限)的范围以及压力、温度等对煤层气爆炸极限的影响进行探讨，并提出相应的解决措施。
    1 输送工况下煤层气爆炸极限分析
    1.1 常温常压下的爆炸极限
    本工程煤层气组分为46%甲烷，54%空气的混和气。根据文献^[5]的计算方法，经计算在常温常压下煤层气的爆炸上限为15%，爆炸下限为5%。由计算结果可知，常温常压下晋城煤业煤层气远离爆炸极限。
    1.2  压力对爆炸极限的影响
    压力对爆炸上限的影响采用如下公式进行修正[5]：

 

    由图1可以看出，煤层气的温度越高，爆炸极限范围越大，即：爆炸下限降低，上限增高。因为系统温度升高，其分子内能增加，使更多的气体分子处于激发态，原来不燃的混合气体成为可燃、可爆系统，所以温度升高使爆炸危险性增大。
    常压下温度为100℃～120℃时，甲烷的爆炸极限范围相应为4.68%～16.06%到4.60%～16.30%。
    1.4  综合温度压力对煤层气爆炸极限的影响
    对于爆炸上限，采用如下综合公式进行修正^[5]：