聶百勝，宮婕，王曉彤，彭超

1.煤炭資源與安全開采國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083；2.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)應(yīng)急管理與安全工程學(xué)院，北京 100083

煤炭作為能源的主體構(gòu)成部分，是世界上分布最廣的化石燃料，支撐著我國經(jīng)濟(jì)與社會的發(fā)展[1-2]。煤炭在中國的能源結(jié)構(gòu)中占比高達(dá)59%。我國煤炭主要消費(fèi)量集中在電力行業(yè)，2018年我國能源消費(fèi)總量46.4×108t標(biāo)準(zhǔn)煤，其中，發(fā)電耗煤約20.52×108t。2018年底，我國發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)19.0×108kW，其中火電機(jī)組裝機(jī)容量10.79×108kW，占全國總裝機(jī)容量的57%，發(fā)電量6.8×1012kW·h，同比增長6.8%，其中，火電發(fā)電量5.1×1012kW·h，同比增長6%，煤炭發(fā)電占總發(fā)電量的73.23%。根據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，發(fā)電消耗的煤炭占全國煤炭總量的一半以上[3](圖1)。

圖1 全國原煤產(chǎn)量和發(fā)電煤炭消費(fèi)量

傳統(tǒng)的燃煤火力發(fā)電是利用煤炭燃燒產(chǎn)生的熱能對水進(jìn)行加熱，產(chǎn)生的蒸汽推動(dòng)渦輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電，是全世界應(yīng)用最為廣泛、最為成熟的發(fā)電方式，但其仍存在著環(huán)境污染、電能轉(zhuǎn)化效率不高等缺點(diǎn)?，F(xiàn)階段煤電行業(yè)主要是煤粉燃燒發(fā)電技術(shù)和循環(huán)流化床鍋爐發(fā)電技術(shù)。煤粉鍋爐發(fā)電技術(shù)主要包括燃燒系統(tǒng)和汽水系統(tǒng)[4-5]。目前，煤粉鍋爐汽輪機(jī)發(fā)電技術(shù)正朝著更高參數(shù)的超超臨界技術(shù)方向發(fā)展。600 ℃等級超超臨界發(fā)電技術(shù)已逐漸成熟，蒸汽溫度700 ℃以上的先進(jìn)超超臨界發(fā)電技術(shù)的研究計(jì)劃已經(jīng)啟動(dòng)。預(yù)計(jì)機(jī)組效率可升至50%[6]。循環(huán)流化床鍋爐發(fā)電技術(shù)具有清潔高效、污染排放量低、燃料適應(yīng)性廣、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大以及灰渣易于處理等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，循環(huán)流化床鍋爐也存在著一些問題，如連續(xù)運(yùn)行時(shí)間相對較短、廠用電耗相對較高、受熱面磨損與泄露，超溫爆管、風(fēng)帽磨損、給煤系統(tǒng)堵塞和冷渣器結(jié)焦等問題[7-8]。

無論是傳統(tǒng)的煤粉發(fā)電技術(shù)，還是超超臨界技術(shù)的共同特征都是利用煤粉燃燒釋放的熱量加熱水蒸氣推動(dòng)汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電。能量轉(zhuǎn)化過程中經(jīng)歷了化學(xué)能到蒸汽內(nèi)能再到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換，需要大量的水，對于缺水地區(qū)火力發(fā)電的發(fā)展受到一定限制，且反應(yīng)過程中能量損失較大，煤炭資源的能量利用效率相對較低，燃煤火力發(fā)電效率約為38%，超超臨界發(fā)電技術(shù)約為48%[6，8]。此外，煤礦井下煤炭開采過程中環(huán)境污染問題嚴(yán)重，存在著大量的煤粉，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，同時(shí)還存在著潛在的爆炸風(fēng)險(xiǎn)。若能將煤粉爆轟產(chǎn)生的能量用于發(fā)電，將促進(jìn)能量的高效利用，改善煤礦井下的工作環(huán)境。因此，本文提出了流態(tài)化開采過程中原位煤粉爆轟發(fā)電的技術(shù)構(gòu)想，從能量傳遞的角度，直接利用煤粉爆轟產(chǎn)生的能量驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，節(jié)省了煤燃燒放熱傳遞給高溫蒸汽，再推動(dòng)汽輪機(jī)做功這一工序，不需要水作為工質(zhì)，節(jié)約大量水源；由于爆轟瞬間釋放大量能量，直接做功轉(zhuǎn)化為電能，能量密度大。若能安全高效地利用煤粉爆轟產(chǎn)生的能量，將促進(jìn)煤炭資源能量利用率的提高。

1 深部流態(tài)化開采中原位煤粉爆轟發(fā)電技術(shù)構(gòu)想

隨著地球淺部煤炭資源的逐漸枯竭，向地球深部開發(fā)資源已成為未來煤礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢和急需攻克的技術(shù)難題。謝和平院士[9-11]于2014年6月在中國工程院國際工程科技大會上首次提出了固體資源流態(tài)化開采的學(xué)術(shù)構(gòu)想；2016年4月在“深地顛覆性技術(shù)”研討會上進(jìn)一步闡述了深地固體資源流態(tài)化開采的理論與技術(shù)構(gòu)想；2016年10月，在“煤炭綠色開發(fā)利用與煤基多元協(xié)同清潔能源技術(shù)革命研究”研討會上，提出了深部固態(tài)礦產(chǎn)資源流態(tài)化開采的科學(xué)定義。在煤礦井下對能源進(jìn)行原位利用，提高煤炭資源的開采與能量利用效率，實(shí)現(xiàn)安全、清潔、高效、智能的流態(tài)化開采與能源利用?；诖?，我們提出了流態(tài)化開采過程中原位煤粉爆轟發(fā)電的技術(shù)構(gòu)想(圖2)，主要思想是在煤礦井下流態(tài)化智能開采的同時(shí)，對煤炭資源進(jìn)行原位利用。在煤礦井下建立發(fā)電硐室，將開采的煤炭資源直接進(jìn)行破碎處理，篩選加工后輸送至發(fā)電硐室。針對不同種類的煤粉，采用合適的助燃劑誘發(fā)煤粉在爆轟室內(nèi)實(shí)現(xiàn)爆轟，利用煤粉-助燃劑爆轟產(chǎn)生的高溫高壓氣體驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電。該技術(shù)構(gòu)想突破了煤炭資源傳統(tǒng)的燃燒熱利用方式，推動(dòng)“邊開采、邊利用”的安全、高效、清潔化的煤炭資源利用方式的發(fā)展，促進(jìn)煤炭行業(yè)環(huán)境差、運(yùn)輸效率及發(fā)電效率低等現(xiàn)狀的改善和煤炭資源能量利用方式的多樣化。

深部流態(tài)化開采中原位煤粉爆轟發(fā)電技術(shù)構(gòu)想的關(guān)鍵是煤礦井下流態(tài)化智能開采技術(shù)的突破、煤粉爆轟發(fā)電系統(tǒng)的開發(fā)、爆轟產(chǎn)物凈化與處理系統(tǒng)的研發(fā)及余熱余能多級利用系統(tǒng)的研制。具體包括：

(1) 流態(tài)化智能開采技術(shù)?；诖髷?shù)據(jù)、云平臺等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及高精度定位導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展，建立深部礦井地質(zhì)構(gòu)造及煤炭資源儲量、煤質(zhì)參數(shù)等數(shù)據(jù)庫，研發(fā)智能化的煤礦勘探與開采技術(shù)。采用先進(jìn)的無人智能盾構(gòu)設(shè)備開采煤炭資源，在煤礦井下建立發(fā)電硐室，邊開采邊利用，將開采的煤塊粉碎處理后傳輸至發(fā)電硐室以備爆轟使用。

(2) 原位煤粉爆轟發(fā)電系統(tǒng)?；诿禾抠Y源智能化數(shù)據(jù)庫，根據(jù)不同煤樣的煤質(zhì)特性，分質(zhì)分級多樣化利用。優(yōu)選合適的助燃劑，研發(fā)煤粉燃燒轉(zhuǎn)爆轟的實(shí)現(xiàn)方法及裝備，實(shí)現(xiàn)煤粉-助燃劑摻混爆轟能量驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

(3) 爆轟產(chǎn)物凈化與處理系統(tǒng)。研發(fā)高效的煙氣凈化處理技術(shù)，固體殘留物經(jīng)處理后填充至采空區(qū)，實(shí)現(xiàn)廢棄物利用，降低煤炭開采過程中采空區(qū)的坍塌風(fēng)險(xiǎn)。

(4) 余熱余能多級利用。通過余熱回收利用系統(tǒng)，將余熱回收利用以供地表供暖，促進(jìn)能量的多級利用。

圖2 原位煤粉爆轟發(fā)電利用技術(shù)構(gòu)想

2 原位煤粉爆轟發(fā)電能量利用基本原理

借鑒連續(xù)爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)的原理，提出了煤礦井下原位煤粉爆轟發(fā)電的理念，基于煤礦井下流態(tài)化開采的基礎(chǔ)，在煤礦井下建立發(fā)電硐室，基于不同煤粉的理化性質(zhì)，優(yōu)選合適的助燃劑誘發(fā)煤粉爆轟，利用煤粉-助燃劑爆轟產(chǎn)生的能量，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，促進(jìn)煤炭資源能量的高效利用。

2.1 煤粉爆炸的基本條件

煤粉爆炸是一個(gè)氣固兩相相互作用的復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)過程，煤粉包含的可燃元素在外界能量的激發(fā)下發(fā)生快速的化學(xué)變化，并釋放大量的能量。煤粉爆炸一般需要滿足以下條件：

(1) 外界的能量刺激。煤粉一般具有最低著火溫度，需要外界給予一定的能量，使得煤粉達(dá)到最低著火溫度。在密閉空間內(nèi)給予煤粉足夠的點(diǎn)火能量，煤粉顆粒受熱后表面溫度升高，當(dāng)溫度積累到一定程度，便會被點(diǎn)燃。因此，合適的點(diǎn)火能量是煤粉爆炸的重要前提。

(2) 合適的煤粉濃度。煤粉均勻懸浮于密閉空間內(nèi)，當(dāng)體系內(nèi)煤粉的濃度達(dá)到爆炸下限濃度，可能會引發(fā)爆炸。

(3) 足夠的氧濃度。在混合體系中，氧濃度是保證和維持煤粉爆炸的關(guān)鍵因素，當(dāng)體系內(nèi)氧濃度低于17%時(shí)，煤粉就不會再發(fā)生爆炸[12]。當(dāng)體系內(nèi)煤粉和氧氣的燃空比處于化學(xué)計(jì)量比時(shí)，煤粉呈現(xiàn)出更強(qiáng)的爆炸性。

因此，煤粉爆炸須同時(shí)具備三個(gè)條件，探究煤粉的點(diǎn)火溫度、點(diǎn)火能量和最佳摻混比是煤粉爆炸能量利用的基礎(chǔ)。

2.2 煤粉的點(diǎn)火機(jī)理

我國煤炭資源種類齊全，包括了從褐煤到無煙煤等不同變質(zhì)程度的煤。不同的煤粉點(diǎn)火難易程度有很大的不同，與煤樣自身的揮發(fā)分含量有很大的關(guān)系。圖3展示了煤粉點(diǎn)火過程，主要包括：煤粉顆粒表面受熱升溫、熱分解、揮發(fā)分與空氣反應(yīng)燃燒等階段。當(dāng)煤粉顆粒在外界明火加熱或者其他點(diǎn)火源加熱時(shí)，顆粒表面的溫度快速升高，發(fā)生熱分解，釋放出可燃性的揮發(fā)分?？扇夹詺怏w與氧氣混合包裹在顆粒周圍，產(chǎn)生火焰后，通過輻射、傳導(dǎo)、對流等形式將熱量傳遞給周圍較大的煤粉顆粒，進(jìn)一步促進(jìn)更多煤粉顆粒的熱解，釋放出更多的揮發(fā)分并形成可燃性氣體混合物。經(jīng)過循環(huán)多次反應(yīng)，熱量積聚，可燃性混合氣體增多，反應(yīng)速度加快，最終形成持續(xù)的火焰?zhèn)鞑ゲl(fā)生爆炸[13]。

圖3 煤塵顆粒點(diǎn)火過程示意圖

不同種類的煤樣，其揮發(fā)分的種類及含量有所不同。一般來說，變質(zhì)程度低的煤粉揮發(fā)分含量較高，呈現(xiàn)出更強(qiáng)的爆炸性。煤的變質(zhì)程度越低，揮發(fā)分開始析出時(shí)的溫度越低，越容易著火。同時(shí)，灰分和水分等惰性成分的含量也是影響煤粉爆炸難易程度的關(guān)鍵因素?；曳趾退值暮吭礁撸悍墼讲蝗菀妆稽c(diǎn)燃，爆炸性越弱。因此，探究不同煤粉的理化特性對于確定煤粉的最佳點(diǎn)火方式具有重要的意義。

2.3 煤粉爆炸特性參數(shù)

煤粉爆炸的強(qiáng)弱程度通常通過爆炸特性參數(shù)來體現(xiàn)。煤粉爆炸特性參數(shù)主要包括最大爆炸壓力、壓力上升速率、最大爆炸指數(shù)等。國內(nèi)外學(xué)者通過實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬揭示了煤粉在管道內(nèi)爆炸的特性參數(shù)，為進(jìn)一步研究煤粉爆炸能量的利用提供了基礎(chǔ)參數(shù)。Gardner等[14]在內(nèi)徑0.6 m、長42 m的管道中進(jìn)行了煤粉爆炸實(shí)驗(yàn)，管道的一端連接20 m3的起爆室，最終實(shí)現(xiàn)了爆轟，最大爆炸壓力為8.1 MPa，沖擊波最大傳播速度為2 200 m/s。Liu等[15]在內(nèi)徑199 mm、長29.6 m的管道中研究了煤粉-空氣混合物爆炸沖擊波超壓和傳播速度。研究表明，煤粉能夠發(fā)生爆炸的最低濃度是120 g/m3。在弱點(diǎn)火的情況下，最大超壓為70 kPa，沖擊波最大傳播速度為370 m/s。范喜生[16]分析了管道內(nèi)可燃物爆炸問題，指出多數(shù)可燃粉塵的爆炸沖擊波超壓可以達(dá)到3～5 MPa。研究結(jié)果表明，煤粉爆炸產(chǎn)生的沖擊波超壓和傳播速度較大，若能夠?qū)⒈óa(chǎn)生的能量驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)組發(fā)電，將會提高煤炭資源的能量利用效率。因此，結(jié)合煤樣的理化特性，探究不同煤樣的爆炸特性參數(shù)是煤粉爆轟能量利用的基礎(chǔ)。

本課題組在爆炸管道內(nèi)進(jìn)行了不同煤樣爆炸特性的實(shí)驗(yàn)研究，采用濃度為9%的甲烷點(diǎn)火，測試了從褐煤到無煙煤等19種煤樣的爆炸特性，為進(jìn)一步探究煤粉在爆炸管道內(nèi)實(shí)現(xiàn)爆轟提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[17-19]。圖4展示了不同煤樣的爆炸特性參數(shù)，最大爆炸壓力和爆炸火焰?zhèn)鞑ニ俣扰c爆炸反應(yīng)傳播距離的關(guān)系，其中，R0表示煤樣的鏡質(zhì)組反射率。

2.4 煤粉燃燒轉(zhuǎn)爆轟的機(jī)理

傳統(tǒng)燃煤發(fā)電主要利用的是煤燃燒產(chǎn)生的熱能。燃燒是由擴(kuò)散現(xiàn)象主導(dǎo)的化學(xué)反應(yīng)支持的亞音速傳播過程，燃料的擴(kuò)散速度和熱擴(kuò)散速度比較低，放熱過程近似為熵增大的等壓放熱過程，熱效率相對較低。而爆轟則是由化學(xué)反應(yīng)支持的超音速?zèng)_擊波傳播過程，沖擊波壓縮前方未燃的可燃物，使得可燃物的溫度和壓力快速增加。同時(shí)，化學(xué)反應(yīng)釋放出的熱量維持沖擊波繼續(xù)向前傳播，反應(yīng)過程近似于等容放熱過程，熵增小，熱效率高。因此，安全合理地利用煤粉爆轟產(chǎn)生的能量將會促進(jìn)煤炭資源的能量利用效率的提高。

圖4 不同煤樣的爆炸特性參數(shù)與傳播距離的關(guān)系

燃料在一定的條件下，可以實(shí)現(xiàn)燃燒轉(zhuǎn)為爆轟。對于燃料-空氣混合物燃燒，在管道內(nèi)傳播實(shí)現(xiàn)燃燒轉(zhuǎn)爆轟的距離一般需要滿足100倍直徑的量級，即：L>100D[20]。因此，煤粉-空氣燃燒轉(zhuǎn)爆轟的實(shí)現(xiàn)需要很長的轉(zhuǎn)換距離。然而，若是在管道內(nèi)合理的設(shè)置障礙物，便可縮短轉(zhuǎn)換距離，彌補(bǔ)管道空間尺寸上的不足。Maeda[21]等在尺寸為85 mm×100 mm的矩形長直管中進(jìn)行了H2—O2混合物的燃燒轉(zhuǎn)爆轟實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)了障礙物的存在使得燃燒轉(zhuǎn)爆轟的距離由1.0～1.5 m縮短至140～200 mm。程關(guān)兵等[22]針對不同尺寸的激波管道，內(nèi)設(shè)Shchelkin螺旋結(jié)構(gòu)，分析了爆轟波傳播的過程，發(fā)現(xiàn)激波與螺旋障礙物之間的反射是形成爆轟的主要原因。喻健良等[23]在圓形爆轟管道內(nèi)設(shè)置了阻塞率為0.43的Shchelkin螺旋管，使得火焰加速傳播，燃燒轉(zhuǎn)為爆轟。

國內(nèi)外學(xué)者對于爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)原理和爆轟特性進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬，實(shí)現(xiàn)了液體和氣體燃料的連續(xù)穩(wěn)定爆轟，為固體燃料-煤粉的連續(xù)穩(wěn)定爆轟發(fā)電提供了研究方法和理論基礎(chǔ)[24-34]。本文借鑒連續(xù)爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)的基本原理，采用煤粉和相應(yīng)的助燃劑代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燃油/燃?xì)?，探索氣固兩相燃料連續(xù)穩(wěn)定爆轟的實(shí)現(xiàn)方法。

3 原位煤粉爆轟發(fā)電能量利用急需解決的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 煤粉點(diǎn)火方式

不同煤種的爆炸難易程度不同，解決煤粉能爆的技術(shù)難題是利用煤粉發(fā)電的關(guān)鍵。煤粉爆炸主要是揮發(fā)分的析出和燃燒。煤樣的揮發(fā)分和爆炸性的標(biāo)準(zhǔn)[12]見表1?；诓煌悍N的理化性質(zhì)，有針對性地制定不同的點(diǎn)火方式。對于難爆炸的煤種，通過添加易燃易爆助劑誘發(fā)其爆炸，根據(jù)儲運(yùn)安全性、爆炸參數(shù)及價(jià)格等因素優(yōu)選出最佳助劑；基于煤樣和易燃易爆助劑的理化特性，探究不同煤粉和對應(yīng)的易燃易爆助劑最佳摻混比例、點(diǎn)火能量、點(diǎn)火延遲時(shí)間等重要參數(shù)。煤粉在封閉空間內(nèi)能夠均勻分散以及助燃劑最佳摻混方式的確定是保證煤粉爆炸的前提。通過PIV粒子測速法獲得煤粉在不同位置、噴射角度、射流壓力、粒徑條件下的沉降速度時(shí)空分布規(guī)律，通過激光濃度分析儀測試煤粉和易燃易爆助劑摻混的濃度分布規(guī)律，最終確定最佳的噴射參數(shù)和摻混方式。

表1 煤粉的揮發(fā)分與爆炸難易程度關(guān)系[12]

3.2 煤粉燃燒轉(zhuǎn)爆轟

煤粉燃燒轉(zhuǎn)爆轟的實(shí)現(xiàn)是確保煤粉爆轟發(fā)電能量利用的關(guān)鍵，燃燒轉(zhuǎn)爆轟過程的實(shí)現(xiàn)需要一定的條件，一般采用強(qiáng)點(diǎn)火源或者在管道中設(shè)置障礙物等方式來實(shí)現(xiàn)在有限長度的爆轟管內(nèi)燃燒轉(zhuǎn)爆轟的過程。障礙物對爆炸火焰的激勵(lì)作用主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：

(1) 爆炸火焰在傳播過程中，爆炸腔體內(nèi)障礙物的存在使得火焰波陣面擴(kuò)大進(jìn)而發(fā)生褶皺，扭曲的爆炸火焰與未燃燒的混合氣體充分接觸，極大地提高了燃料的燃燒速率，腔體內(nèi)放熱速率增大，促進(jìn)了爆炸火焰的傳播。

(2) 爆炸腔體內(nèi)障礙物與腔體壁面形成半封閉空間，沖擊波在其中多次反射使得預(yù)混燃料充分壓縮，提高了鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速率，使得爆炸火焰強(qiáng)度增大。

因此，在密閉管道內(nèi)，障礙物的存在對于爆炸火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊挠绊懨黠@，重復(fù)布設(shè)障礙物時(shí)爆炸火焰?zhèn)鞑ニ俣瓤蛇_(dá)空管道時(shí)的24倍[35]。

目前，大量的研究表明障礙物阻塞比為43%時(shí)，障礙物對爆炸火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊募?lì)作用最為明顯[20]。在小型脈沖爆震發(fā)動(dòng)機(jī)研究過程中，采用了大量的強(qiáng)化DDT措施，其中最為常見的是Shchelkin螺旋和多孔板障礙物(圖5)，Shchelkin螺旋可使DDT過程縮短10倍。因此，爆轟管道的設(shè)計(jì)及燃燒轉(zhuǎn)爆轟方法的優(yōu)選是爆轟能量利用的關(guān)鍵。

圖5 障礙物示意圖

3.3 爆轟管道冷卻和除塵技術(shù)

煤粉爆轟過程會產(chǎn)生高溫高壓氣體，造成爆轟管道內(nèi)的溫度快速升高。因此，研發(fā)高效的循環(huán)冷卻裝置對于爆轟管道的降溫十分重要。建立爆轟管道的溫度動(dòng)態(tài)監(jiān)測平臺，實(shí)時(shí)監(jiān)測溫度動(dòng)態(tài)變化，反饋至控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)冷卻循環(huán)系統(tǒng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)動(dòng)態(tài)智能化監(jiān)測和控制，避免煤粉連續(xù)爆轟造成爆轟管道過熱。另一方面，爆轟管道在長期使用過程中，內(nèi)壁會出現(xiàn)腐蝕和磨損，探究高效的除塵凈化技術(shù)和優(yōu)選耐腐蝕、耐高溫的陶瓷內(nèi)襯噴管材料，對于保證煤粉爆轟發(fā)電系統(tǒng)的長期運(yùn)行十分重要。

3.4 能量多級利用

在煤礦井下建立發(fā)電硐室，將開采的煤炭粉碎后作為燃料，直接利用煤粉爆轟產(chǎn)生的能量進(jìn)行發(fā)電，爆轟反應(yīng)物通過管道排至采空區(qū)，降低開采過程中采空區(qū)的塌陷風(fēng)險(xiǎn)；礦井水經(jīng)過凈化處理去除水中有害雜質(zhì)和砂土等物質(zhì)后作為爆轟管道降溫的冷卻介質(zhì)[36-38]；爆炸產(chǎn)生的余熱余能通過高效煙氣余熱回收裝置回收，減少煙氣排放量，降低煙氣內(nèi)的污染氣體含量。借鑒先進(jìn)的熱泵技術(shù)和礦用長距離分離式熱管換熱系統(tǒng)，研發(fā)適用于深部井下的長距離熱量傳輸系統(tǒng)，研制一套余熱回收利用系統(tǒng)[39-41]?；厥盏臒崃坑糜诩訜崂渌?，為工廠和居民的暖氣和熱水提供熱源，促進(jìn)了煤炭資源的能量多級利用，熱電聯(lián)產(chǎn)的一體化發(fā)展。

4 結(jié) 語

近年來，脈沖爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)和旋轉(zhuǎn)爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)的成功研制和應(yīng)用，為煤粉爆轟發(fā)電的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)思路。針對煤礦井下煤粉環(huán)境污染嚴(yán)重、煤炭資源能量利用效率低等問題，提出了在煤礦井下流態(tài)化開采的同時(shí)，利用原位煤粉爆轟產(chǎn)生的能量對外做功驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，減少能量傳遞與轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)，與傳統(tǒng)燃煤發(fā)電技術(shù)相比，在能量利用方式上實(shí)現(xiàn)了技術(shù)創(chuàng)新；針對不同種類的煤粉，根據(jù)其爆炸難易程度，采用不同的助燃劑誘發(fā)難爆炸的煤粉爆炸進(jìn)而轉(zhuǎn)為爆轟，促進(jìn)煤炭資源的高效利用；利用礦井水作為爆轟管道的冷卻介質(zhì)，爆轟反應(yīng)物處理后通過管道排至采空區(qū)，實(shí)現(xiàn)污染物的零排放；爆轟能量發(fā)電經(jīng)電力傳輸系統(tǒng)向工廠企業(yè)和居民住宅供電，余熱經(jīng)回收用于居民供熱，實(shí)現(xiàn)能量的多級利用。深部流態(tài)化開采中原位煤粉爆轟發(fā)電技術(shù)構(gòu)想不需要建立大型燃煤鍋爐，占地空間較小，便于在煤礦井下推廣應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)小型化生產(chǎn)，為原位煤粉的高效利用提供了方案。