工作面瓦斯抽采設(shè)備選型研究

楊海平

(陽(yáng)煤集團(tuán)通風(fēng)部， 山西 陽(yáng)泉市 045000)

礦井瓦斯災(zāi)害為當(dāng)今煤礦非常關(guān)注且重點(diǎn)防治的問(wèn)題，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，礦井瓦斯已被各煤礦廣泛利用。主要是對(duì)瓦斯集聚區(qū)進(jìn)行瓦斯抽采，抽取的瓦斯可供礦井鍋爐房和食堂使用，同時(shí)，可以供給當(dāng)?shù)鼐用裼脷?。不僅解決了開(kāi)采難題，還可以給礦井帶來(lái)利益。某煤礦為保證回采工作面瓦斯降到規(guī)定限度下，對(duì)其工作面進(jìn)行瓦斯抽采。本文運(yùn)用理論分析及計(jì)算，對(duì)其抽采設(shè)備進(jìn)行選型研究。

1 礦井狀況

某煤礦為多個(gè)煤礦整合而成，現(xiàn)采用一對(duì)斜井開(kāi)拓15號(hào)煤層，15號(hào)煤位于太原組下段中部，上距12號(hào)煤層平均67.96 m。煤層厚度2.70～8.44 m，平均5.84 m，全井田可采，為井田穩(wěn)定可采煤層。

15號(hào)煤回采工作面的需要風(fēng)量，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于工作面允許通過(guò)的最大風(fēng)量，工作面允許通過(guò)的最大風(fēng)量不能把瓦斯降到規(guī)定限度以下，因此需要對(duì)回采工作面瓦斯和采空區(qū)瓦斯進(jìn)行綜合抽放。目前，礦方已確定抽采方法：

(1) 回采工作面鄰近層卸壓抽放；

(2) 回采工作面本煤層瓦斯抽采。在回風(fēng)井工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)，建有瓦斯抽采泵站，瓦斯抽采系統(tǒng)為本煤層抽采和鄰近層抽采2個(gè)系統(tǒng)。

2 鄰近層瓦斯抽采設(shè)備選型

2.1 瓦斯抽采設(shè)備選型

(1) 設(shè)計(jì)依據(jù)。瓦斯最大混合量為135.98 m3/min，濃度為30%；井下抽采管路總阻力12977 Pa；抽采泵站大氣壓約為94 kPa。

(2) 瓦斯泵參數(shù)計(jì)算。目前常用的瓦斯泵主要有水環(huán)真空泵和濕式羅茨真空泵2種，由于2種泵結(jié)構(gòu)不同，故需用不同的方法對(duì)2種泵進(jìn)行選型計(jì)算。

瓦斯泵壓力即抽采系統(tǒng)總阻力為：

H=(Hr+Hc)×K=

[(hrm+hrj+hk)+(hcm+hcj+hz)]×K

式中，H為瓦斯泵壓力，kPa；Hr為抽采設(shè)備入口側(cè)(負(fù)壓段)10～15年內(nèi)管路最大阻力損失，Hr取12977 Pa；Hc為抽采設(shè)備出口側(cè)(正壓段)管路阻力損失，Hc值為4500 Pa；K為抽采能力富裕系數(shù)，K取1.5；hrm+hrj+hk為負(fù)壓段管路最大總阻力與井下抽采鉆孔孔口負(fù)壓之和，值為12977 Pa；hcm+hcj+hz為正壓段管路最大總阻力與出口進(jìn)入瓦斯儲(chǔ)氣罐壓力之和，值為4500 Pa。

抽采泵工況壓力：

Pg=Pd-H=94-26.2=67.8 kPa

式中，Pg為抽采泵工況壓力；Pd為抽采泵站的大氣壓力。

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的瓦斯泵流量為：

Qb=K∑Qc/X/η

式中，Qb為瓦斯泵額定流量，m3/min；∑Qc為抽采最大混合瓦斯量之和，Qc=135.98 m3/min；η為瓦斯泵的機(jī)械效率，水環(huán)真空泵采用減速器傳動(dòng)方式η取0.8，濕式羅茨真空泵采用電機(jī)直聯(lián)傳動(dòng)方式，η取0.95。

計(jì)算得，當(dāng)采用水環(huán)真空泵時(shí)Qb=255 m3/min；當(dāng)濕式采用羅茨真空泵時(shí)Qb=208 m3/min。

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的抽放泵流量換算成工況狀態(tài)下流量(分別為364.6， 297.4 m3/min)后,查產(chǎn)品樣本選擇ARG-450W型濕式羅茨真空泵(Q=310.1 m3/min，ΔP=-26.6 KPa，密封水量3 m3/h,選擇配套防爆電機(jī)185 kW，轉(zhuǎn)速為590 r/min。水環(huán)真空泵選擇2BEC67：吸氣量Q=400 m3/min；轉(zhuǎn)速300 r/min；配500 kW防爆電機(jī)；工作循環(huán)水量30 m3/h。

(3) 瓦斯泵選型。根據(jù)礦井瓦斯抽放量及2種真空泵的優(yōu)缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)采用2種不同方法分別進(jìn)行選型計(jì)算，依據(jù)計(jì)算結(jié)果及2種泵的性能特點(diǎn)，并考慮設(shè)備運(yùn)行的安全與節(jié)能，設(shè)計(jì)選擇ARG-450W濕式羅茨真空泵1臺(tái)及2BEC67型水環(huán)真空泵1臺(tái)，正常抽放時(shí)濕式羅茨泵工作，水環(huán)泵備用，瓦斯?jié)舛炔环€(wěn)定時(shí)使用水環(huán)泵，可以滿足礦井鄰近層的瓦斯抽放要求。

3 本煤層瓦斯抽采設(shè)備選型

(1) 設(shè)計(jì)依據(jù)。瓦斯最大混合量為26 m3/min，濃度14%；井下抽放管路總阻力25693 Pa；抽放泵站大氣壓約為94 kPa。

(2) 瓦斯泵參數(shù)計(jì)算。礦井本煤層瓦斯?jié)舛葹?4%，由于濕式羅茨泵受濃度限制，抽放濃度不得小于25%，故本煤層抽采泵按水環(huán)泵進(jìn)行計(jì)算選型。

與鄰近層瓦斯泵參數(shù)計(jì)算相同，經(jīng)過(guò)計(jì)算得出瓦斯泵壓力為45.3 kPa，抽采泵工況壓力為48.7 kPa，標(biāo)準(zhǔn)狀況瓦斯泵流量為48.8 m3/min，水環(huán)真空泵工況流量為5622 m3/h，

(3) 瓦斯泵選型。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)選2臺(tái)2BEC40型水環(huán)真空泵，1臺(tái)工作，1臺(tái)備用。2BEC40型水環(huán)真空泵：吸氣量Q=105 m3/min；轉(zhuǎn)速440 r/min；配132 kW防爆電機(jī)；密封水量9 m3/h。

4 抽放設(shè)備布置及應(yīng)用

瓦斯抽放站由抽放泵房、輔助間、值班室、三防裝置間及配套設(shè)施構(gòu)成。在瓦斯泵房?jī)?nèi)安裝4臺(tái)瓦斯泵，其中1臺(tái)2BEC67型水環(huán)真空泵及1臺(tái)ARG-450W型濕式羅茨真空泵，1臺(tái)工作，1臺(tái)備用，服務(wù)于鄰近層瓦斯抽放；2臺(tái)2BEC40型水環(huán)真空泵服務(wù)于本煤層瓦斯抽放。另設(shè)配套防爆電機(jī)、汽水分離器、管路、控制閥門、循環(huán)水泵、軟化水設(shè)備等裝置，服務(wù)于整個(gè)礦井的瓦斯抽放。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，瓦斯抽放效果良好。