胡底煤業(yè)瓦斯泵站系統(tǒng)改造方案與應(yīng)用

韓 葶

(山西晉煤集團(tuán) 沁水胡底煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048200)

0 引言

瓦斯是影響煤礦井下安全生產(chǎn)的重大風(fēng)險(xiǎn)隱患，尤其對于煤與瓦斯突出礦井，該類型煤礦井下的安全隱患更為巨大。通過抽采瓦斯可以降低煤炭資源開采過程中的瓦斯涌出量、防止瓦斯超限和瓦斯積聚，是預(yù)防瓦斯爆炸和煤與瓦斯突出事故的重要措施，還可變害為利，將瓦斯作為煤炭伴生的資源加以開發(fā)利用。瓦斯泵站作為礦井瓦斯抽采系統(tǒng)的核心部分，必須保證礦井瓦斯抽采工作的安全高效穩(wěn)定運(yùn)行，從而達(dá)到保障礦井正常生產(chǎn)的目的。目前胡底煤業(yè)瓦斯泵站在運(yùn)行中存在運(yùn)行不穩(wěn)定、瓦斯利用率低等情況。因此，需要對瓦斯泵站系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，從而達(dá)到瓦斯泵站安全高效穩(wěn)定運(yùn)行的目的。

1 瓦斯泵站基本情況

胡底煤業(yè)隸屬山西晉煤集團(tuán)，地處山西省沁水縣西部約40 km的胡底鄉(xiāng)一帶，交通較為便利，井田面積25.345 9 km2，產(chǎn)能0.60 Mt/a。礦井采用主斜副立的開拓方式，布置有4個(gè)井筒。主要開采煤層為3號(hào)煤層和15號(hào)煤層，目前開采3號(hào)煤層。井田整體為一單斜構(gòu)造，斷層無炭柱等構(gòu)造較為發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造整體上屬于簡單類型，水文地質(zhì)整體上屬于中等類型。礦井通風(fēng)方式采用三進(jìn)一回，屬煤與瓦斯突出礦井，3號(hào)煤層瓦斯含量范圍為23.2 m3/t～25.8 m3/t。

目前，胡底煤業(yè)布置有一座瓦斯泵站，抽采系統(tǒng)為本煤層抽采，瓦斯抽放泵站布置6臺(tái)2BEC72型水環(huán)真空泵，配套電機(jī)功率為710 kW，分為高濃度瓦斯抽采系統(tǒng)和低濃度瓦斯抽采系統(tǒng)兩套瓦斯抽采系統(tǒng)。其中，高濃度瓦斯抽采系統(tǒng)的瓦斯?jié)舛燃s40%，低濃度瓦斯抽采系統(tǒng)的瓦斯?jié)舛燃s7%。布置有兩趟進(jìn)氣管路和兩趟利用管路，均安裝GD3型礦用多參數(shù)瓦斯傳感器進(jìn)行瓦斯計(jì)量。瓦斯利用分為兩個(gè)方面：一部分為礦井自用瓦斯，用于胡底煤業(yè)的鍋爐房、食堂、空調(diào)機(jī)組等，在鍋爐房的進(jìn)氣側(cè)安裝GD3型礦用多參數(shù)瓦斯傳感器進(jìn)行瓦斯計(jì)量；另外一部分輸送銷售給銘石公司和胡底金駒瓦斯電廠，安裝有TBQZ-300C型渦輪流量計(jì)和GD3型礦用多參數(shù)瓦斯傳感器進(jìn)行瓦斯計(jì)量。2018年底，胡底煤業(yè)井下瓦斯抽采量為84 991 789 m3，瓦斯利用量為60 776 208 m3，瓦斯排空量為24 215 581 m3，瓦斯利用率約71.12%。

瓦斯泵站在當(dāng)前運(yùn)行過程中存在著以下兩方面的問題：①高濃度瓦斯抽采系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，由于部分鉆場瓦斯?jié)舛认陆抵髸?huì)導(dǎo)致瓦斯整體濃度下降至30%以下，進(jìn)而影響到瓦斯自用、外輸，并造成瓦斯電廠發(fā)電機(jī)組停機(jī)等情況；②低濃度瓦斯抽采系統(tǒng)的低濃度瓦斯被全部排空，不能將該部分瓦斯進(jìn)行有效利用，因此瓦斯利用效率較低。

2 瓦斯泵站系統(tǒng)改造方案

2.1 改造后的瓦斯泵站系統(tǒng)組成

改造后的瓦斯泵站又增設(shè)2臺(tái)2BEC100型水環(huán)真空泵，共6臺(tái)2BEC72型水環(huán)真空泵和2臺(tái)2BEC100型水環(huán)真空泵。優(yōu)化改造為高濃度瓦斯抽采系統(tǒng)、中濃度瓦斯抽采系統(tǒng)和低濃度瓦斯抽采系統(tǒng)共三套瓦斯抽采系統(tǒng)。圖1為改造后的瓦斯泵站系統(tǒng)示意圖。

如圖1所示的改造后瓦斯泵站三套瓦斯抽采系統(tǒng)中，高濃度瓦斯抽采系統(tǒng)的氣源來自于井下定向千米區(qū)域模塊抽采及普鉆區(qū)域抽采的高濃瓦斯，其瓦斯?jié)舛戎颠_(dá)50%左右，用于供往瓦斯電廠高濃度瓦斯發(fā)電、外輸銷售銘石公司以及胡底煤業(yè)鍋爐房、食堂、空調(diào)機(jī)組等本礦自用；中濃度瓦斯抽采系統(tǒng)的氣源來自于井下工作面采空區(qū)、各打鉆地點(diǎn)及本煤層鉆孔抽采濃度低于20%的區(qū)域，其混合瓦斯?jié)舛戎颠_(dá)10%～30%，用于供往瓦斯電廠低濃度瓦斯發(fā)電；低濃度瓦斯抽采系統(tǒng)的氣源來自于井下工作面上隅角區(qū)域，瓦斯?jié)舛戎颠_(dá)3%左右，直接將該抽采系統(tǒng)的瓦斯排空。

圖1 改造后的瓦斯泵站系統(tǒng)示意圖

2.2 改造后的瓦斯泵站設(shè)備布置

圖2為改造后的瓦斯泵站設(shè)備布置示意圖。

由于改造前的瓦斯泵站抽采系統(tǒng)中井下進(jìn)氣管路有兩趟高濃度瓦斯進(jìn)氣管路和一趟低濃度瓦斯進(jìn)氣管路，為實(shí)現(xiàn)高、中、低濃度瓦斯抽采系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行，因此將一趟高濃度瓦斯進(jìn)氣管路改造為中濃度瓦斯進(jìn)氣管路，如圖2所示。在中濃度瓦斯抽采系統(tǒng)中增加一趟抽采系統(tǒng)的出氣側(cè)安全保障排空系統(tǒng)(防回火、防回氣、防爆炸)，新建在現(xiàn)有瓦斯泵房的西側(cè)，并根據(jù)三趟抽采系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行需要進(jìn)行局部改造：將兩趟DN1000進(jìn)氣管位置AB和位置CD間管路斷開，將位置AD用D1020×10螺旋卷焊鋼管連接，位置B封口；位置CE用D1020×10螺旋卷焊鋼管連接；并在泵房內(nèi)大循環(huán)管路上增加7個(gè)DN1000電動(dòng)閥門，以便控制氣體流向。

圖2 改造后的瓦斯泵站設(shè)備布置示意圖

2.3 改造后的瓦斯泵站技術(shù)優(yōu)勢

瓦斯泵站在改造后較改造前具有以下三個(gè)方面的技術(shù)優(yōu)勢：①高濃度瓦斯抽采系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，終端連接管路均為順槽抽采點(diǎn)，從而保證瓦斯?jié)舛确€(wěn)定；②能夠有效利用濃度降低的瓦斯，當(dāng)瓦斯抽采點(diǎn)的瓦斯?jié)舛冉档蜁r(shí)，在井下?lián)饺牖旌蠞舛容^低的瓦斯，從而實(shí)現(xiàn)中濃度瓦斯的抽采利用；③兩套瓦斯抽采系統(tǒng)優(yōu)化為三套瓦斯抽采系統(tǒng)，不僅提高了技術(shù)層面上的可靠性，而且也可以有效提高瓦斯利用率。

3 瓦斯泵站系統(tǒng)改造效益

通過對瓦斯泵站系統(tǒng)進(jìn)行改造，所產(chǎn)生的效益主要包括以下兩個(gè)方面：

(1) 經(jīng)濟(jì)效益：通過將瓦斯泵站的高濃度瓦斯抽采系統(tǒng)和低濃度瓦斯抽采系統(tǒng)兩套瓦斯抽采系統(tǒng)優(yōu)化改造為高濃度瓦斯抽采系統(tǒng)、中濃度瓦斯抽采系統(tǒng)和低濃度瓦斯抽采系統(tǒng)三套瓦斯抽采系統(tǒng)，瓦斯利用率由2018年改造前的71.12%提高到2019年改造后的86.28%，瓦斯利用率得到了顯著的提高，胡底煤業(yè)因此而增加了瓦斯銷售和補(bǔ)貼收入。

(2) 社會(huì)效益：瓦斯泵站改造后運(yùn)行穩(wěn)定良好，在取得了顯著經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，瓦斯排空率由2018年改造前的28.88%降低到2019年改造后的13.72%，瓦斯排空率的降低在很大程度上對于環(huán)境保護(hù)可以起到積極的作用，并且在增加瓦斯泵站的水環(huán)真空泵后還可以提高瓦斯抽采量，從而在一定程度上降低了井下發(fā)生相關(guān)瓦斯事故災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)語

胡底煤業(yè)瓦斯泵站優(yōu)化改造后，高、中、低濃度三套瓦斯抽采系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定良好，提高了瓦斯利用率，降低了瓦斯排空率，有利于礦井的安全生產(chǎn)和長治久安，并取得了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，對其他煤與瓦斯突出礦井的瓦斯抽采利用具有積極的推廣應(yīng)用意義。