一种煤矿乏风及抽放瓦斯的掺混处理系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及煤矿节能减排、煤矿安全技术及工程领域，具体涉及一种煤矿乏风及抽放瓦斯的掺混处理系统。
【背景技术】
[0002]煤矿在生产过程中，煤层中贮存的大量瓦斯会涌到采掘空间，为保证煤矿地下矿井中空气的安全、健康，需要向地下矿井鼓入大量新风，这些气流携带极低浓度的甲烷(低于0.75% )从地下经回风口排到大气里，俗称“风排瓦斯”或“乏风”。
[0003]尤其是在一些高瓦斯矿井，由于其工作面的瓦斯浓度远远超出《煤矿安全规程》所规定的标准，单纯采用通风的方法难以把工作面的瓦斯浓度控制在允许的范围内；在煤与瓦斯突出矿井，突出的危险也严重威胁着矿井工作人员的生命安全，制约着矿井的正常生产。在此情况下，必须采取瓦斯抽放的方式来改善矿井的安全生产状况，缓解生产压力。
[0004]为了减少和解除矿井瓦斯对煤矿安全生产的威胁，利用机械设备和专用管道造成的负压，将煤(岩)层中赋存或释放的瓦斯抽出来，输送到地面或其他安全地点的做法，叫做瓦斯抽放。
[0005]据统计，我国煤矿每年通过瓦斯抽放排入到大气中的甲烷总量在240亿立方米以上。甲烷气体具有很强的温室效应，相当于二氧化碳的25倍。甲烷在空气中的爆炸极限为5%?16%。煤矿瓦斯分高浓度瓦斯和低浓度瓦斯，高浓度瓦斯是指瓦斯浓度大于30%的瓦斯，低浓度瓦斯是指瓦斯浓度低于30%的瓦斯。我国60%以上的瓦斯是含甲烷30%以下的低浓度瓦斯，按煤矿安全规程要求，瓦斯浓度在30%以下的就不能进储气罐贮存，大部分直接对空排放。煤矿低浓度抽放瓦斯的直接排放一方面造成了不可再生资源的巨大浪费，另一方面也加剧了大气污染和温室效应。
[0006]对乏风及低浓度抽放瓦斯实现采集与输送，并通过对瓦斯的氧化处理来消除原来排放到大气中的甲烷，使之氧化为二氧化碳和水，从而产生巨大的温室气体减排效应。因此，如何安全有效的对煤矿乏风及低浓度抽放瓦斯进行采集与输送显得尤为重要。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于，为了充分利用煤矿中排出的乏风及抽放瓦斯，并避免瓦斯排放至空气中造成环境污染的技术问题，提供一种煤矿乏风及抽放瓦斯的掺混处理系统，该系统能够将煤矿井中的乏风及抽放瓦斯进行安全采集、掺混与输送，为蓄热式高温氧化等后续利用项目提供安全气源，最终将彻底氧化后生成的无污染的二氧化碳气体排放至大气环境中。
[0008]为实现上述目的，本发明提供一种煤矿乏风及抽放瓦斯的掺混处理系统，该掺混处理系统包括:乏风引风罩、乏风输送管道、抽放瓦斯连接管道、混合器、混合气体输送管道、引风机和蓄热式高温氧化装置；所述乏风输送管道与乏风引风罩连通，使得乏风由于负压吸取至乏风输送管道内；所述抽放瓦斯连接管道的排气口与乏风输送管道连通，使得抽放瓦斯由于抽放瓦斯连接管道内负压吸入至乏风输送管道，与乏风输送管道内流动的乏风经混合器掺混均匀至具有低浓度甲烷的混合气体后，通过混合气体输送管道输送至一个或以上蓄热式高温氧化装置进行氧化处理；所述煤矿乏风及抽放瓦斯的负压输送动力来源于蓄热式高温氧化装置上游设置的引风机，该引风机运行时在乏风输送管道和抽放瓦斯连接管道内产生负压。
[0009]所述抽放瓦斯进入所述的乏风输送管道后，该抽放瓦斯被乏风迅速稀释并掺混均匀至甲烷浓度不超过爆炸下限，优选为低于1.5%，使得瓦斯浓度远低于甲烷爆炸极限后安全输送。
[0010]作为上述技术方案的进一步改进，所述的掺混处理系统还包括:抽放瓦斯排空管和抽放瓦斯引风罩；所述抽放瓦斯排空管的下端口与煤矿地面抽采栗站连通；所述抽放瓦斯引风罩为导通的罩体结构，该抽放瓦斯引风罩设置于所述抽放瓦斯排空管的出口处，并与大气连通；所述抽放瓦斯引风罩的侧壁开设有引风孔，该引风孔与所述抽放瓦斯连接管道的进气口相连通。
[0011]作为上述技术方案的进一步改进，所述抽放瓦斯连接管道上设置有抑爆装置，该抑爆装置通过安装于抽放瓦斯连接管道和抽放瓦斯引风罩上的两组火焰传感器进行爆炸监测。
[0012]作为上述技术方案的进一步改进，所述的乏风输送管道在靠近乏风引风罩排气口的一侧设有乏风风源调节阀，乏风输送管道与抽放瓦斯连接管道的交汇点上游或附近设有压力传感器，该压力传感器通过监测乏风输送管道内掺混前的气体压力，对乏风风源调节阀进行闭环自动调节，使得抽放瓦斯连接管道内产生恒定负压，实现在抽放瓦斯排空管对大气开放的条件下，绝大部分瓦斯被抽放瓦斯连接管道内负压抽取至乏风输送管道内。
[0013]作为上述技术方案的进一步改进，所述的混合气体输送管道在混合器的下游设有测量仪，该测量仪通过显示的监测值，对引风机进行闭环变频控制，实现混合气体输送管道内气体流量的控制。
[0014]作为上述技术方案的进一步改进，所述的混合气体输送管道在靠近混合器出口的一侧设有甲烷浓度监测器，通过甲烷浓度连续在线监测，对抽放瓦斯连接管道上设有的抽放瓦斯调节阀进行闭环自动调节，控制掺混后甲烷浓度不超过1.5%。
[0015]作为上述技术方案的进一步改进，至少一个混合器设置于乏风输送管道和抽放瓦斯连接管道的交汇处下游或附近。所述的混合器为导流板，所述的导流板设置于乏风输送管道和抽放瓦斯连接管道的交汇处附近。
[0016]或者所述的混合器选择为静态掺混器，所述的静态掺混器设置于乏风输送管道和抽放瓦斯连接管道的交汇处的下游，使乏风与抽放瓦斯实现一次掺混，其后设置静态掺混器保证掺混后乏风与抽放瓦斯掺混均匀，不发生分层现象。所述的混合器还可选择为至少一个导流板和至少一个静态掺混器的组合，该混合器设置于乏风输送管道和抽放瓦斯连接管道的交汇处的下游或附近，另外，作为该组合中至少一个组件，如任意一个导流板或静态掺混器也可设置于乏风输送管道和抽放瓦斯连接管道的交汇处的上游。
[0017]作为上述技术方案的进一步改进，所述抽放瓦斯连接管道延伸至乏风输送管道内，并与其相对的乏风输送管道的管壁和抽放瓦斯连接管道的排气口各留有距离。
[0018]作为上述技术方案的进一步改进，所述的混合气体输送管道在混合器的下游设置有除雾脱水装置，所述的除雾脱水装置内通过平行排列的波纹板形成若干个供气流输送的通道，用于将脱除水滴后的气体送入蓄热式高温氧化装置内。提高蓄热式高温氧化装置热效率。
[0019]作为上述技术方案的进一步改进，所述的混合气体输送管道在靠近引风机入口的一侧设有隔离阀，该隔离阀通过甲烷浓度监测器的监测结果控制其开关，所述激光式甲烷浓度监测器与隔离阀之间的管道距离要求大于管道内气体经过甲烷浓度监测器的2秒反应时间、隔离阀2秒内关闭时间所输送的距离，以保证当甲烷浓度监测器在检测到甲烷浓度超过预设的阈值后，优选地阈值设置为超过爆炸下限值的40%，隔离阀紧急关闭，使得蓄热式高温氧化装置与混合气体输送管道彻底隔离，保证系统安全。
[0020]作为上述技术方案的进一步改进，所述混合气体输送管道在隔离阀的上游设有紧急排空管，所述的紧急排空管的上端口直接与大气连通，该紧急排空管上设有排空阀和排空风机；当蓄热式高温氧化装置停运后，通过闭环控制排空阀开启及排空风机启动，利用排空风机产生的负压从乏风引风罩抽取乏风吹扫混合气体输送管道后，将管道内残留的瓦斯经紧急排空管排入大气，保障系统安全。本发明全文中涉及的“蓄热式高温氧化装置停运”是指出现了各蓄热式高温氧化装置分别与混合气体输送管道或多路混合气体输送管道隔离，或者出现了蓄热式高温氧化装置停机的一种情况或状态。
[0021]作为上述技术方案的进一步改进，所述的乏风输送管道与抽放瓦斯连接管道的交汇点上游设有空气进气管，所述空气进气管的进气口直接与大气连通，该空气进气管上设有压力调节阀，当蓄热式高温氧化装置停运后，通过闭环控制压力调节阀开启，利用大气平衡乏风输送管道与抽放瓦斯连接管道内的负压。
[0022]作为上述技术方案的进一步改进，所述混合气体输送管道在隔离阀的上游设有排空进气管，所述的排空进气管的进气口直接与大气连通，该排空进气管上设有排空风机和进气阀；所述的乏风输送管道设有紧急排空管，所述紧急排空管设置于乏风输送管道与抽放瓦斯连接管道的交汇点的上游，该紧急排空管上设有排空阀；当蓄热式高温氧化装置停运后，通过闭环控制排空阀、进气阀开启以及排空风机的启动，利用排空风机从大气中抽取空气吹扫混合气体输送管道和乏风输送管道后，将管道内残留的瓦斯经紧急排空管排入大气。
[0023]作为上述技术方案的进一步改进，所述的乏风输送管道与抽放瓦斯连接管道的交汇点上游设有通气管，所述通气管的上端口直接与大气连通，该通气管上设有多功能阀；所述的混合气体输送管道上设有多路混合气体输送管道，所述的多路混合气体输送管道上并行连通若干个蓄热式高温氧化装置，该多路混合气体输送管道的末端设有排空进气管，所述的排空进气管的一端直接与大气连通，该排空进气管上设