3 矿井废气的资源化

    从井下排至地面的废气中，含有CH4,CO,CO2，NOx，H2S等有害气体，当井下空气中CH4的含量达到一定程度后，将有爆炸或燃烧的危险；当含有上述有害成分的矿井废气（废风）排至地表，则会污染矿区及其附近的空气，给矿区的生态环境及人们的健康带来危害。矿井废气是一种污染源，而其中所含的甲烷则是一种可贵的自然资料，既可用作高质量的燃料，又可作化工原料。虽然在矿井废气中有用成分（主要是CH4）的含量很低，然而这种废气的产生量即很大，如果能使之资源化，其意义十分重大。

    3.1 对煤层瓦斯实施抽放并使之资源化

    在我国相当多的煤矿区都富含煤层气（CH4），根据统计我国陆上埋藏在2000m以上的煤层气资源量达32×1012~35×1012m3，约与我国天然气的蕴藏量相当[4]。 煤层中所含的甲烷，在煤层的开采过程中有相当多随矿井废风而排放大气。据统计，1990年国有重点煤矿的高瓦斯矿井和低瓦斯矿井通风排出的瓦斯分别约为33亿m3与11亿m3。据初步估算：1m3的CH4所产生的热效率约相当于5kg的标准煤。如此众多的CH4气体资源白白地排放大气实属可惜。

    我国不少高瓦斯矿井，根据本矿井煤层瓦斯的赋存特征，相应采用了瓦斯的本煤层抽放、顶板或底板钻孔抽放、采空区抽放等，抽出的高浓度瓦斯直接作为发电或民用的洁净的高热值燃料。

    我国目前在CH4资源化方面存在的主要问题是抽放率低、利用率低。据统计，我国2001年煤矿井下瓦斯的抽放量近10亿m3，其抽出率仅为20％左右，这在很大程度上与我国各矿区煤层的透气性普遍低有关。为提高抽放效果，应在加大抽放资金投入、增强抽放力度、进一步完善抽放系统的同时、不断改进抽放方式，对低透气性的煤层，可考虑采用高压细射流、液压压裂、向煤层注氮、实行本煤层的长钻孔抽放及高压钻进技术等。

    关于抽出瓦斯的综合利用率，我国各矿区也有很大差异。据近期的统计资料介绍，我国抽出瓦斯的综合利用率约为30％，其主要原罪有的矿区抽出的瓦斯浓度偏低，有的则由于缺乏相应的奖金投入，或因设备不配套，或现有用户方需求量低于抽放量等。为此应采取相应的措施，不断提高抽出瓦斯综合利用率。

    3.2 矿井废风的利用

    在矿井的回风流中，O2通常仍有较高的比例（约为20％左右），同时还含有一定数量的可燃组分（CH4），对高瓦斯矿井来说一般接近1％，由此可见仍具有相当大的利用前景。

    1）CH4富集后加以利用。所谓CH4的富集，是指通过某种工艺，将低浓度的CH4变高浓度CH4，从而提高其利用价值。鉴于活性炭具有多孔性，拥有较好的吸附性能，可对矿井废气中的CH4进行吸附，然后加以解吸，从而提高CH4的浓度。原苏联曾在这方面做了一些有益的尝试，可以借鉴。另外，我国西南化工设计研究院采用变压吸附技术处理矿井煤层气，有效地提高了CH4的浓度及利用价值[5]。

    另外鉴于废风中CH4的密度比N2，O2小，易浮于废风流的上层，可考虑将矿井排出的废风经扩散器扩散后引入专用的气流通道，然后对浮于气流上层并汇聚于瓦斯聚集的高浓度CH4加以分离，回收及利用。

    2）直接利用矿井废气作燃料

    a．作辅助燃料或助燃剂，如澳大利亚有的公司就利用井下抽出的高浓度瓦斯作为内燃发电机的主要燃料，而用矿井回风流作辅助燃料进行发电或作为坑口电站燃煤锅炉的助燃剂，可节约10％的燃料，并同时降低了向大气排放的CH4量[6]。

    b.作主要燃料，如美国、瑞典、加拿大等国的一些公司所开发的热流转换反应器、催化流反应器，就是直接将矿井废风引入上述反应器，使废风中的CH4燃烧生成一定的热量，然后加以回收利用，作为发电或燃煤锅炉的主要燃料，目前上述装置已投入工业运行[6]。

    4 结语

    矿井生产过程中产生的“三废”，给矿区及其附近地域造成很大的污染，然而如能合理利用，变“废”为“宝”，则可为人类造福。过去，我国某些矿区在这方面虽然也做了一些工作，取得了一定的成绩，但“三废”资源化的程度还相当低，鉴于我国煤矿“三废”的生成量十分巨大，因此其开发利用使之资源化的发展前景也十分广阔。

    “三废”的资源化尽管需要一定的经费投入，不过，大量的生产实践表明：“三废”的资源化，不仅能获得良好的社会效益和生态环境效益，如能优选设备和优化工艺流程，还能取得良好的经济效益，从而实现社会、环境、企业的三赢局面。