胡海峰 付向朝/平頂山平煤設計院有限公司

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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/平頂山平煤設計院有限公司

【摘 要】瓦斯作為煤礦的主要危害，長期制約著礦井的安全生產(chǎn)，同時其作為一種高熱能源往往直接或者間接最終排放進入大氣，不僅造成了資源浪費也加重溫室效應。本文根據(jù)礦井瓦斯實際情況，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平煤神馬集團公司,井田位于平頂山礦區(qū)東部，始建于1966年10月12日，是我國自行設計和施工的第一座特大型礦井，設計年生產(chǎn)能力300萬噸，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，開采標高-430m～-600m，煤層露頭長約2.75km，深部邊界長約3.95km，平均走向長3.3km，傾斜寬平均2.55km，面積約8.2km2，可采儲量約2000萬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井瓦斯抽采泵站兩個地面瓦斯抽采泵站，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，1用1備，兩臺泵標稱抽采量分別為250m3/min和290m3/min，北風井瓦斯抽采泵站安裝三臺CBF710型水環(huán)真空泵，2臺工作一臺備用，標稱抽采量為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500GF1-3RW低濃度瓦斯發(fā)電機組，現(xiàn)由于瓦斯含量較小實際僅2臺瓦斯發(fā)電機組工作。

2.瓦斯基礎參數(shù)及抽采方法

2.1瓦斯含量及瓦斯壓力

根據(jù)八礦實測資料，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)瓦斯來源、開采技術(shù)條件、瓦斯基礎參數(shù)及采面實際情況等因素，設計掘進工作面采用底板瓦斯抽采巷穿層鉆孔；采煤工作面采用機、回巷順層鉆孔預抽本煤層瓦斯，上隅角埋管預抽采空區(qū)瓦斯。

2.2瓦斯來源及瓦斯涌出量計算

根據(jù)《礦井瓦斯涌出預測方法》（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工作面瓦斯涌出所占比例最大。

2.2.1回采工作面相對瓦斯涌出量預測.

回采工作面瓦斯涌出量預測用相對瓦斯涌出量表達，以24h為一個預測圓班，采用式（1）計算。

式中：

q采——回采工作面相對瓦斯涌出量，m3/t；

q1——開采層相對瓦斯涌出量，m3/t；

q2——鄰近層相對瓦斯涌出量，m3/t。

2.2.2掘進工作面瓦斯涌出量預測.

掘進工作面瓦斯涌出量預測用絕對瓦斯涌出量表達，采用式（2）計算。

式中：

q掘——掘進工作面絕對瓦斯涌出量，m3/min；

q3——掘進工作面巷道煤壁絕對瓦斯涌出量，m3/min；

q4——掘進工作面落煤絕對瓦斯涌出量，m3/min。

q1、q2、q3、q4計算方法參照《礦井瓦斯涌出預測方法》（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）計算。

式中：

q區(qū)——生產(chǎn)采區(qū)相對瓦斯涌出量，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個回采工作面相對瓦斯涌出量；

Ai——第i個回采工作面的日產(chǎn)量；

q掘i——第i個掘進工作面絕對瓦斯涌出量；

Ao——生產(chǎn)采區(qū)平均日產(chǎn)量。

2.2.4瓦斯來源及瓦斯涌出量計算

己五采區(qū)共布置兩個掘進工作面、一個回采工作面，各地點瓦斯抽采量見表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，同時現(xiàn)在瓦斯量僅滿足2臺瓦斯發(fā)電機組工作，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負。

采空區(qū)低濃度瓦斯抽采濃度僅為5%左右，目前瓦斯發(fā)電設備一般要求抽采濃度達到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)實際情況，己五采區(qū)新建瓦斯抽采硐室擔負采空區(qū)低濃度瓦斯的抽采任務。

根據(jù)該原則對井上瓦斯抽采泵站進行校核，對井下瓦斯抽采泵站進行選型。

瓦斯抽采管路按照式（4）計算、管路摩擦阻力損失按照式（5）計算

抽采泵工況壓力按式（6）計算

標準狀態(tài)下抽采泵流量按式（7）計算

抽采泵工況流量按式（8）計算

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

經(jīng)過計算高負壓工況流量為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2BEF42型水環(huán)真空泵，一臺工作一臺備用，瓦斯泵標稱抽采量為150m3/min。

4．瓦斯發(fā)電利用

現(xiàn)北山瓦斯發(fā)電站，安裝四臺500GF1-3RW低濃度瓦斯發(fā)電機組，實際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)電總量可以達到488萬度，年產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益約340萬元。

5．結(jié)論

當前煤礦效益普遍較差，瓦斯作為礦井的首要危害在困難時期顯得尤為重要，而我國受瓦斯影響較大的礦井絕大多數(shù)為老礦井，在當前形勢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)，具有明顯的實際意義。本文根據(jù)八礦瓦斯抽采系統(tǒng)的特點，合理優(yōu)化布局，實現(xiàn)己五采區(qū)高濃度瓦斯通過地面北山瓦斯抽站擔負，并最終進行發(fā)電利用，不僅減少了投資，也實現(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。

作者簡介：胡海峰（1986— ），男，河南長葛人，助理工程師，本科，畢業(yè)于河南理工大學，現(xiàn)從事工程設計工作。