摘要：文章在对目前我国煤矿瓦斯的利用现状以及建设瓦斯发电站项目的必要性进行分析之后，介绍煤矿瓦斯发电站的工艺流程和运行特点，并重点分析研究煤矿瓦斯发电站在矿井供电中的作用和应用，以供参考。
关键词：煤矿瓦斯发电站；矿井供电；作用
1引言
众所周知，煤矿井下生产中威胁作业安全的主要因素之一就是瓦斯，这主要是由于瓦斯是一种无色无味的烃类气体，其在伴随着煤矿开采作业生成并积聚之后，达到一定浓度且满足着火点要求则容易发生火灾或者爆炸等严重的安全事故。而且在目前的煤矿瓦斯治理中，通常是通过通风措施来将其向大气中排放，对其进行回收再利用的概率非常低。这不仅造成了资源的浪费，而且也由于瓦斯属于温室气体而造成环境的污染。因此，近年来相关专家学者和从业人员也一直在探寻对煤矿瓦斯进行回收再利用的方式，其中通过煤矿瓦斯发电站的建设来实现矿井供电是目前比较有效的方式。
2瓦斯发电站项目建设必要性
正如前文所述，煤矿瓦斯首先是属于洁净型能源的类型，而且在目前的煤矿井下的煤层中具有丰富的储量，如果将其直接排放到大气中，则造成了瓦斯资源的浪费。而且由于瓦斯属于危险性且高污染性的气体，其温室效应是二氧化碳的21倍，直接排放到大气中则容易造成环境污染问题。而且在煤矿井下相对封闭的作业环境中，还容易由于瓦斯监测和控制不到位而导致煤矿瓦斯安全事故的发生。但是在传统的瓦斯治理过程中，主要就是对其进行抽放，但是这也需要一定的经济投入，因而导致煤矿开采成本的增加。尤其是在我国目前提出建设资源节约型和环境友好型社会的发展策略引导下，在大规模开发煤矿资源的同时，也需要配合矿产资源的开发来对煤矿瓦斯资源进行开发和利用。此外，由于目前煤矿井下生产中所应用的机电设备数量在不断增多，而且煤矿井下供电的可靠性不仅关系着能否正常生产，而且也直接关系着煤矿井下的设备和人员安全。针对上述情况，目前提出了通过煤矿瓦斯发电站建设和运营的方式来对煤矿瓦斯进行开发和利用的策略，在既解决瓦斯安全事故以及对环境污染的问题的同时，也可以向煤矿井下的电网进行供电，通过自发自用的方式来减少矿井变电所从区域受电量，实现了线路损耗的降低，而且也实现了线路投资的节约。在确保煤矿安全生产的同时，实现了对能源的节约以及对环境的保护，表现出良好的经济和社会效益。
3煤矿瓦斯发电站的工艺流程及运行特点
煤矿瓦斯发电站的基本原理就是在抽采煤矿井下的瓦斯之后通过管路将其输送到预处理设备中进行过滤、脱硫、除湿以及调压等预处理操作，在经过预处理并满足发电要求之后输送到瓦斯发电机组中进行发电。在上述工艺流程中，比较关键的一点就是要在满足发电机组对气源品质要求的同时，要保证瓦斯气源的充足。也就是不仅要保证瓦斯气体的压力变化在瓦斯发电机组的调节范围之内，而且还要保证瓦斯气体的浓度满足瓦斯发电机组稳定和持续运行的要求。
目前在煤矿供电中所应用的煤矿瓦斯发电站通常具有较小的发电机组容量，通常在4000kW左右，这就使得其在运行中容易受到负荷波动的影响，这就需要在采用瓦斯电站进行孤网运行的过程中，要保证负荷波动在发电机组的允许范围之内。
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4煤矿瓦斯发电站在矿井供电中的作用分析
4.1矿井对供电电源的要求
为了确保煤矿井下的供电可靠性，按照国家以及行业相关标准的要求，需要保证矿井供电系统中有两回路电源线路，保证在其中一条回路出现故障时，另一条回路可以对矿井中的所有用电负荷进行承担，保证煤矿井下的供电可靠性。而且还要求这两回路电源来自不同的变电站或者是来自不同电源进线的同一变电站的两段母线。如果无法满足上述要求，需要向安全生产许可证的发放部门进行申报并批准之后可以采用单回路供电。但是此时就需要进行备用电源的配备，而且所配备的备用电源也需要满足通风、排水、提升等生产作业所要求的容量，确保主要通风机可以在10min之内能够可靠启动和运行。
经过上述分析可知，在矿井生产中至少需要两个电源和两回线路，而且这两个不同电源具有相互独立性，还要满足对井下所有用电负荷进行承担的要求。如果无法满足就需要进行可靠的备用电源的配备。
4.2煤矿瓦斯电站在矿井供电中的作用
经过上述分析，在无法采用双回电源线路供电的矿井中，如果只采用一回电源供电，可以在矿井变电所中接入煤矿瓦斯发电站，而且通过矿井变电所接入煤矿井下供电系统中，也就是将煤矿瓦斯电站作为矿井的备用电源。而为了实现这一点，就需要检查煤矿瓦斯电站是否满足作为矿井备用电源的条件，也就是可以在矿井变电所正常工作电源出现故障之后，瓦斯电站作为备用电源需要满足可靠供电的要求。而且还需要其电源容量满足矿井通风、排水以及提升等要求。
而对煤矿瓦斯电站的装机容量进行分析可知，由于矿井的瓦斯气量决定其装机容量，这就需要为了能满足矿井备用电源容量的要求，就对矿井的瓦斯气量提出了较高的要求。也就是在矿井中具有较大的瓦斯气量，满足煤矿电源故障之后通过瓦斯发电机组来保证煤矿井下重要负荷的持续稳定运行，就可以将其作为矿井的备用电源使用。否则，就无法作为备用电源使用，而需要进行双电源或者可靠备用电源的设置。此时的瓦斯电站则可以作为矿井用电量的补充的作用，或者是作为矿井二级用户的备用电源使用。
4.3煤矿瓦斯电站在矿井供电中的应用案例
以某煤矿瓦斯电站为例，其中建设有40台容量为500kW的低浓瓦斯发电机组，而且通过2台12.5MkVA升压到35kV之后，通过1回35kV线路接入矿井工业场地的110kV变电所30kV母线中。在此工业场地中的变电所中设置由2回31.5MVA主变，2回110kV电源线引自上一级变电所不同母线段，同时以30kV电压等级供矿井用电，矿井用电负荷大概为40000kW。由此可以看出，在此煤矿瓦斯发电站中，虽然具有较大的装机容量可以满足作为矿井备用电源的容量要求，但是由于工业场地中需要进行两回电源线路的设置，而且低浓瓦斯气体无法进行储存装置的设置。这就会导致在工业场地中设置1回110kV电源且出现故障时，矿井中的瓦斯抽采泵就会停止运行，同时也会导致瓦斯发电机组停机而无法发电的问题。因此可以将此发电站作为矿井其他二级用户的备用电源，也就是可以从矿井工业二场地变电所引1回工作电源到二级用户，而且从瓦斯变电站35kV母线引1回备用电源。
5结语
正是由于煤矿瓦斯问题一直是制约煤矿井下安全生产的主要因素，加之目前的煤矿瓦斯回收再利用的效率降低，且容易在排放过程中造成大气污染以及资源浪费的问题，因此为了减少煤矿供电系统中的用电量，实现对煤炭资源的节约和起到保护环境的作用，就需要在满足双回路电源供电条件的煤矿中，将煤矿瓦斯发电站作为其用电负荷的补充，或者作为一些非重要用户的备用电源。也可以结合矿井的负荷特点和瓦斯发电机的调节性能来进一步研究和改进，将其作为矿井中的备用电源来实现其利用效率的提升。
参考文献：
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[2] 王竹南. 解析煤矿瓦斯发电厂并网对电网的影响[J]. 科技与企业, 2014(5).
[3] 陆庆春. 瓦斯发电厂并网对矿井电网的影响及解决措施[C]// 煤矿瓦斯综合治理与开发利用论文集. 0.
论文作者:张晓刚,、杨华平
论文发表刊物:《科技新时代》2019年7期
论文发表时间:2019/9/10
标签：瓦斯论文; 煤矿论文; 矿井论文; 电源论文; 发电站论文; 井下论文; 变电所论文; 《科技新时代》2019年7期论文;