平煤股份八礦己五采區(qū)瓦斯治理綜合優(yōu)化

胡海峰 付向朝/平頂山平煤設(shè)計(jì)院有限公司

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平煤股份八礦己五采區(qū)瓦斯治理綜合優(yōu)化

胡海峰 付向朝/平頂山平煤設(shè)計(jì)院有限公司

【摘 要】瓦斯作為煤礦的主要危害，長(zhǎng)期制約著礦井的安全生產(chǎn)，同時(shí)其作為一種高熱能源往往直接或者間接最終排放進(jìn)入大氣，不僅造成了資源浪費(fèi)也加重溫室效應(yīng)。本文根據(jù)礦井瓦斯實(shí)際情況，合理制定抽采方案，在保證礦井安全生產(chǎn)的前提下，實(shí)現(xiàn)效益最大化。

【關(guān)鍵詞】瓦斯抽采系統(tǒng)；瓦斯發(fā)電

平煤股份八礦隸屬于中國(guó)平煤神馬集團(tuán)公司,井田位于平頂山礦區(qū)東部，始建于1966年10月12日，是我國(guó)自行設(shè)計(jì)和施工的第一座特大型礦井，設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力300萬(wàn)噸，1981年2月13日一期工程投產(chǎn)，1984年12月30日二期工程投產(chǎn)。

己五采區(qū)位于礦井井田東部，開(kāi)采標(biāo)高-430m～-600m，煤層露頭長(zhǎng)約2.75km，深部邊界長(zhǎng)約3.95km，平均走向長(zhǎng)3.3km，傾斜寬平均2.55km，面積約8.2km2，可采儲(chǔ)量約2000萬(wàn)t，可采煤層為己15、己16-17煤層。

1.瓦斯治理現(xiàn)狀

八礦為突出礦井，現(xiàn)建有北山瓦斯抽采泵站和北風(fēng)井瓦斯抽采泵站兩個(gè)地面瓦斯抽采泵站，北山瓦斯抽采泵站安裝2BEP60-02BG3E型和2BEC-60型水環(huán)真空泵各1臺(tái)，1用1備，兩臺(tái)泵標(biāo)稱抽采量分別為250m3/min和290m3/min，北風(fēng)井瓦斯抽采泵站安裝三臺(tái)CBF710型水環(huán)真空泵，2臺(tái)工作一臺(tái)備用，標(biāo)稱抽采量為500m3/min。

北山瓦斯抽采泵站附近建有一座瓦斯發(fā)電站，安裝四臺(tái)500GF1-3RW低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組，現(xiàn)由于瓦斯含量較小實(shí)際僅2臺(tái)瓦斯發(fā)電機(jī)組工作。

2.瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)及抽采方法

2.1瓦斯含量及瓦斯壓力

根據(jù)八礦實(shí)測(cè)資料，礦井百米瓦斯含量梯度2.34m3/t，己15煤層最大瓦斯含量為16.49m3/t最大瓦斯壓力為2.0MPa，己16-17煤層最大瓦斯含量為10.7m3/t最大瓦斯壓力1.8MPa。

根據(jù)瓦斯來(lái)源、開(kāi)采技術(shù)條件、瓦斯基礎(chǔ)參數(shù)及采面實(shí)際情況等因素，設(shè)計(jì)掘進(jìn)工作面采用底板瓦斯抽采巷穿層鉆孔；采煤工作面采用機(jī)、回巷順層鉆孔預(yù)抽本煤層瓦斯，上隅角埋管預(yù)抽采空區(qū)瓦斯。

2.2瓦斯來(lái)源及瓦斯涌出量計(jì)算

根據(jù)《礦井瓦斯涌出預(yù)測(cè)方法》（AQ1018-2006），礦井瓦斯涌出主要由生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出和已采采區(qū)采空區(qū)瓦斯涌出構(gòu)成，其中生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出主要有回采工作面瓦斯涌出、掘進(jìn)工作面瓦斯涌出、工作面采空區(qū)瓦斯涌出以及其他部分構(gòu)成，回采工作面瓦斯涌出和掘進(jìn)工作面瓦斯涌出所占比例最大。

2.2.1回采工作面相對(duì)瓦斯涌出量預(yù)測(cè).

回采工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)用相對(duì)瓦斯涌出量表達(dá)，以24h為一個(gè)預(yù)測(cè)圓班，采用式（1）計(jì)算。

式中：

q采——回采工作面相對(duì)瓦斯涌出量，m3/t；

q1——開(kāi)采層相對(duì)瓦斯涌出量，m3/t；

q2——鄰近層相對(duì)瓦斯涌出量，m3/t。

2.2.2掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè).

掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量預(yù)測(cè)用絕對(duì)瓦斯涌出量表達(dá)，采用式（2）計(jì)算。

式中：

q掘——掘進(jìn)工作面絕對(duì)瓦斯涌出量，m3/min；

q3——掘進(jìn)工作面巷道煤壁絕對(duì)瓦斯涌出量，m3/min；

q4——掘進(jìn)工作面落煤絕對(duì)瓦斯涌出量，m3/min。

q1、q2、q3、q4計(jì)算方法參照《礦井瓦斯涌出預(yù)測(cè)方法》（AQ1018-2006）相關(guān)內(nèi)容。

2.2.3采區(qū)瓦斯涌出量.

根據(jù)AQ1018-2006生產(chǎn)采區(qū)瓦斯涌出量采用式（3）計(jì)算。

式中：

q區(qū)——生產(chǎn)采區(qū)相對(duì)瓦斯涌出量，m3/t；

K′——生產(chǎn)采區(qū)內(nèi)采空區(qū)瓦斯涌出系數(shù)；

q采i——第i個(gè)回采工作面相對(duì)瓦斯涌出量；

Ai——第i個(gè)回采工作面的日產(chǎn)量；

q掘i——第i個(gè)掘進(jìn)工作面絕對(duì)瓦斯涌出量；

Ao——生產(chǎn)采區(qū)平均日產(chǎn)量。

2.2.4瓦斯來(lái)源及瓦斯涌出量計(jì)算

己五采區(qū)共布置兩個(gè)掘進(jìn)工作面、一個(gè)回采工作面，各地點(diǎn)瓦斯抽采量見(jiàn)表1。

表1　

3.瓦斯抽采系統(tǒng)

北山瓦斯抽采泵站現(xiàn)流量為100m3/min，目前有150m3/min的富裕能力，同時(shí)現(xiàn)在瓦斯量?jī)H滿足2臺(tái)瓦斯發(fā)電機(jī)組工作，為了充分利用現(xiàn)有系統(tǒng)，減少系統(tǒng)投資，己五采區(qū)本煤層高濃度瓦斯利用北山瓦斯抽采泵站擔(dān)負(fù)。

采空區(qū)低濃度瓦斯抽采濃度僅為5%左右，目前瓦斯發(fā)電設(shè)備一般要求抽采濃度達(dá)到7%，因此該濃度瓦斯并不適合瓦斯發(fā)電，結(jié)合己五采區(qū)實(shí)際情況，己五采區(qū)新建瓦斯抽采硐室擔(dān)負(fù)采空區(qū)低濃度瓦斯的抽采任務(wù)。

根據(jù)該原則對(duì)井上瓦斯抽采泵站進(jìn)行校核，對(duì)井下瓦斯抽采泵站進(jìn)行選型。

瓦斯抽采管路按照式（4）計(jì)算、管路摩擦阻力損失按照式（5）計(jì)算

抽采泵工況壓力按式（6）計(jì)算

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下抽采泵流量按式（7）計(jì)算

抽采泵工況流量按式（8）計(jì)算

相關(guān)代號(hào)含義見(jiàn)《煤礦瓦斯抽放規(guī)范》（GB50471-2008）

經(jīng)過(guò)計(jì)算高負(fù)壓工況流量為232m3/min，現(xiàn)有北山瓦斯抽泵滿足要求。低濃度瓦斯抽采泵工況流量為96m3/min，選擇兩臺(tái)2BEF42型水環(huán)真空泵，一臺(tái)工作一臺(tái)備用，瓦斯泵標(biāo)稱抽采量為150m3/min。

4．瓦斯發(fā)電利用

現(xiàn)北山瓦斯發(fā)電站，安裝四臺(tái)500GF1-3RW低濃度瓦斯發(fā)電機(jī)組，實(shí)際2m3瓦斯可以產(chǎn)生1度電，己五采區(qū)高濃度瓦斯每分鐘抽采量為18.67m3，年發(fā)電總量可以達(dá)到488萬(wàn)度，年產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益約340萬(wàn)元。

5．結(jié)論

當(dāng)前煤礦效益普遍較差，瓦斯作為礦井的首要危害在困難時(shí)期顯得尤為重要，而我國(guó)受瓦斯影響較大的礦井絕大多數(shù)為老礦井，在當(dāng)前形勢(shì)下如何保證瓦斯治理安全可靠的前提下合理利用礦井現(xiàn)有系統(tǒng)，具有明顯的實(shí)際意義。本文根據(jù)八礦瓦斯抽采系統(tǒng)的特點(diǎn)，合理優(yōu)化布局，實(shí)現(xiàn)己五采區(qū)高濃度瓦斯通過(guò)地面北山瓦斯抽站擔(dān)負(fù)，并最終進(jìn)行發(fā)電利用，不僅減少了投資，也實(shí)現(xiàn)了瓦斯資源的利用，己五采區(qū)低濃度瓦斯由于濃度及含量均較小采用直接風(fēng)排的方式處理，該方案在保證礦井安全生產(chǎn)的前提下做到了投資最小、效益最大，具有一定的推廣意義。

作者簡(jiǎn)介：胡海峰（1986— ），男，河南長(zhǎng)葛人，助理工程師，本科，畢業(yè)于河南理工大學(xué)，現(xiàn)從事工程設(shè)計(jì)工作。