某煤礦瓦斯抽放系統(tǒng)技改設(shè)備設(shè)計(jì)選型

摘 要：隨著煤礦開(kāi)采深度的延伸造成礦井瓦斯涌出量也大大增加，僅靠通風(fēng)方法難以解決瓦斯超限問(wèn)題，因而對(duì)礦井進(jìn)行瓦斯抽采系統(tǒng)技改勢(shì)在必行。本文通過(guò)計(jì)算礦井瓦斯涌出量，確定了抽采管路系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)；在計(jì)算抽放系統(tǒng)的管道阻力和瓦斯泵的流量與壓力的基礎(chǔ)上，選擇了合適的瓦斯泵型號(hào)。

關(guān)鍵詞：瓦斯涌出；瓦斯抽放；瓦斯抽放系統(tǒng)；瓦斯抽放工藝

中圖分類(lèi)號(hào)：TD712.63 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）36-0208-02

前 言

2000年時(shí)我國(guó)共有141個(gè)礦井建立了地面永久瓦斯泵站進(jìn)行抽放瓦斯，年抽放量達(dá)866Mm3；到2010我國(guó)年抽放礦井?dāng)?shù)達(dá)到310個(gè)，抽放量達(dá)到2432Mm3；而瓦斯抽放技術(shù)是瓦斯治理工作的治本之策。大力發(fā)展煤礦井下瓦斯抽放技術(shù)是當(dāng)務(wù)之急，關(guān)系到煤礦安全生產(chǎn)。

1 礦井瓦斯概況

通風(fēng)與瓦斯：

礦井通風(fēng)系統(tǒng)采用分區(qū)式通風(fēng)方式，主通風(fēng)機(jī)為防爆抽出式對(duì)旋流通風(fēng)機(jī)FBCDZ№.28/2×400型。

該礦井有三個(gè)進(jìn)風(fēng)井和一個(gè)回風(fēng)井，三個(gè)進(jìn)風(fēng)井分別為主斜井、副斜井和進(jìn)風(fēng)斜井，在2009年，礦井回采期間，工作面瓦斯涌出量為7.5m3/min，礦井瓦斯涌出量為18.3m3/min。

2 礦井瓦斯涌出量

2.1 礦井瓦斯涌出量計(jì)算

根據(jù)公式計(jì)算出礦井瓦斯涌出結(jié)果如下：①布置一個(gè)回采工作面時(shí)，礦井相對(duì)瓦斯涌出量為23.65m3/t，礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為41.94m3/min。②布置二個(gè)回采工作面時(shí)，礦井相對(duì)瓦斯涌出量為41.13m3/t，礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為80.33m3/min。

2.2 瓦斯涌出分析結(jié)果

經(jīng)計(jì)算，礦井一采兩掘達(dá)產(chǎn)1.20Mt/a時(shí)，回采工作面瓦斯涌出量為62.23m3/min，掘進(jìn)工作面瓦斯涌量為9.90m3/min，采空區(qū)瓦斯涌量為31.73m3/min。礦井一采兩掘達(dá)產(chǎn)1.20Mt/a時(shí)，另一回采工作面本煤層瓦斯涌出量為34.55m3/min，掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量為21.24m3/min，采空區(qū)瓦斯涌出量為24.54。礦井兩采四掘達(dá)產(chǎn)1.20Mt/a時(shí)，回采工作面本煤層瓦斯涌出量為37.66m3/min，掘進(jìn)工作面瓦斯涌出量為34.20m3/min，采空區(qū)瓦斯涌出量為31.62m3/min。

2.3 瓦斯抽采的必要性

按計(jì)算結(jié)果，該煤礦符合國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局于2009年頒布的《煤礦安全規(guī)程》第145條規(guī)定，屬于高瓦斯礦井，必須建立瓦斯抽采系統(tǒng)。

3 抽放管路系統(tǒng)選擇

3.1 抽采管路系統(tǒng)的選擇原則

礦井瓦斯抽放管路系統(tǒng)的選擇中應(yīng)滿(mǎn)足以下原則：

（1）瓦斯抽放管路要敷設(shè)在曲線(xiàn)最少、距離最短的巷道中；

（2）瓦斯抽放管路應(yīng)敷設(shè)在不易被礦車(chē)或者其他物體撞壞的巷道或位置上；

（3）瓦斯抽放管路的敷設(shè)應(yīng)考慮到運(yùn)輸、安裝和維修上的方便；

（4）抽放設(shè)備或者管路發(fā)生故障時(shí)，抽放管路內(nèi)的瓦斯應(yīng)不會(huì)倒流返回采掘工作面、機(jī)房或者硐室中；

（5）瓦斯抽放管路中必須安裝防爆、調(diào)節(jié)、控制、測(cè)定、防回火等裝置。

3.2 抽放管路敷設(shè)

按照管路選擇原則，并結(jié)合礦井實(shí)際的采掘部署、通風(fēng)設(shè)計(jì)、瓦斯泵站等因素，設(shè)計(jì)使用兩套抽放系統(tǒng)。其中一套抽放系統(tǒng)為低負(fù)壓系統(tǒng)，主要用于采空區(qū)、鄰近層的抽放，另一套抽放系統(tǒng)為高負(fù)壓系統(tǒng)，用于回采工作面本煤層預(yù)抽瓦斯和邊采邊抽。

3.3 抽采瓦斯管管徑計(jì)算及瓦斯管材選擇

3.3.1 抽放瓦斯管徑計(jì)算

根據(jù)公式（2）和瓦斯流量參數(shù)計(jì)算可得瓦斯管徑，其結(jié)果如下：①預(yù)抽系統(tǒng)主管內(nèi)徑522mm，支管內(nèi)徑330mm。②采空區(qū)抽采系統(tǒng)主管內(nèi)徑486mm，支管內(nèi)徑344mm。

3.3.2 抽采管材的選擇和管徑確定

地面抽采主管選用螺旋焊縫鋼管，瓦斯抽采管路選用具有煤礦安全標(biāo)志準(zhǔn)用證的瓦斯抽采塑料管，管路型號(hào)如下：地面抽采主管為D630×9mm，井下抽采主管D630×38mm。

3.4 抽采管路阻力計(jì)算

3.5 附屬裝置

地面管路采用埋地（或架空）敷設(shè)，連接方式為焊接連接。井下管路沿巷道壁敷設(shè)，采用法蘭連接。支管連接方式為法蘭連接或快速管接頭連接。

設(shè)計(jì)在各主、干、支管路上分別安設(shè)閥門(mén)、流量計(jì)和放水器。

在瓦斯管路靠近水環(huán)泵前方還安設(shè)有防爆、防回火裝置及放空管等。

4 抽采設(shè)備選型

4.1 選型原則

瓦斯抽放泵的選型原則主要有：

（1）抽放泵的流量應(yīng)滿(mǎn)足礦井抽放預(yù)計(jì)最大瓦斯抽放量的要求；

（2）抽放泵的負(fù)壓必須能克服抽放管網(wǎng)最大的阻力值；

（3）抽放泵必須要有足夠的氣密性；

（4）抽放泵必須是防爆的。

4.2 瓦斯泵流量計(jì)算

瓦斯抽采設(shè)計(jì)總規(guī)模為65m3/min，預(yù)抽系統(tǒng)設(shè)計(jì)抽采規(guī)模為45m3/min，采空區(qū)抽采系統(tǒng)設(shè)計(jì)抽采規(guī)模為20m3/min。抽采系統(tǒng)采用2臺(tái)泵，一臺(tái)運(yùn)行，一臺(tái)備用，瓦斯泵流量計(jì)算結(jié)果如下：①預(yù)抽系統(tǒng)抽采規(guī)模為47m3/min，瓦斯?jié)舛葹?6%，泵流量為210m3/min。②采空區(qū)抽采系統(tǒng)抽采規(guī)模為20.5m3/min，瓦斯?jié)舛葹?6%，泵流量為218m3/min。

4.3 瓦斯泵抽放壓力

4.4 抽采泵選型

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，查有關(guān)廠家的真空泵曲線(xiàn)，即可確定抽采泵的型號(hào)。因目前我國(guó)的真空泵曲線(xiàn)都是按工況狀態(tài)下的流量繪制的，所以還需按下式把標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的抽采泵流量換算成工況狀態(tài)下的流量。

取瓦斯泵入口溫度t=20℃，瓦斯抽采站標(biāo)高+1820m，則瓦斯泵工況下瓦斯流量計(jì)算如下：①預(yù)抽系統(tǒng)標(biāo)況下瓦斯流量210m3/min，泵入口絕對(duì)壓力44800Pa，工況下瓦斯流量470m3/min。②采空區(qū)標(biāo)況下瓦斯流量217m3/min，泵入口絕對(duì)壓力53770Pa，工況下瓦斯流量40803/min。

通過(guò)市場(chǎng)調(diào)查，決定選用山東淄博水環(huán)真空泵廠生產(chǎn)的水環(huán)式真空泵。從廠家提供的水環(huán)式真空泵性能曲線(xiàn)查知，預(yù)抽系統(tǒng)和采空區(qū)抽采系統(tǒng)均選擇2BEC72型水環(huán)式真空泵，泵的轉(zhuǎn)速為70r/min，電壓6kV，電機(jī)選用佳木斯YB560M1355M-4-630KW型防爆電機(jī)，減速機(jī)：1C355N+壓力潤(rùn)滑。水環(huán)式真空泵的有關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：極限吸氣壓16kPa，工況狀態(tài)吸氣壓力56kPa，工況狀態(tài)下抽氣量505m3/min，供水量30m3/h。

5 結(jié) 語(yǔ)

本次設(shè)計(jì)的方案可以降低X礦井瓦斯涌出量，但還不完善，還要在瓦斯監(jiān)測(cè)及控制方面進(jìn)一步深入的研究。

參考文獻(xiàn)

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[3]國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.防治煤與瓦斯突出規(guī)定[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2007.

收稿日期：2018-11-12

作者簡(jiǎn)介：陸干學(xué)（1978-），男，漢族，廣西象州人，工程師，本科，主要從事機(jī)電方面的工作。