滎鞏礦區采面增建抽放泵設計

高國強，鄭彥濤，李 帥，李福玲，李騰飛，軒苗偉

滎鞏礦區采面增建抽放泵設計

高國強1，鄭彥濤1，李 帥1，李福玲1，李騰飛2，軒苗偉3

（1.內蒙古科技大學礦業工程學院，內蒙古 包頭 014010；2.中國平煤神馬集團十三礦，河南 平頂山 467000；3.山東肥城集團，山東 肥城 271600）

以滎鞏礦井建立瓦斯抽放系統的實踐為例，介紹了瓦斯抽放系統中瓦斯抽放管路系統的設計，即管路敷設路線的設計、瓦斯抽放管徑的選擇、管路阻力的計算；并根據管路阻力的計算結果及瓦斯抽放泵的選型原則，給出了瓦斯抽放泵的選型設計。通過實際操作的驗證，設計能滿足正常生產的需要。

瓦斯抽放；抽放管網；技術管理

1 概 況

滎鞏礦井位于河南省鞏義市境內，井口東距鄭州市54 km，北距鄭州市上街區18 km，西北距鞏義市中心城20 km。井田東西長10 km，南北寬3.25 km，面積31.96 km2。設計生產能力為60萬t／年，服務年限87年。谷山井田二煤地質儲量1.390 4億t，可采儲量0.732 2億t。

瓦斯抽放是防治煤礦瓦斯災害事故的根本措施，研制和應用相關的裝備［1］，建立瓦斯抽采監測系統，提高瓦斯抽采率，保證瓦斯安全抽采及輸送，是確保井下安全生產的基礎。下面就滎鞏礦井概況，設計一套與之相匹配的抽放管路［2］。

2 抽放瓦斯的管道

2.1 本煤層抽放管徑的選取

本煤層順層平行孔抽放鉆孔的百米抽出量根據河南省煤研所和新中礦業公司一起對二1煤層瓦斯抽放參數測定的結果為0.114 7 m3／min。按照最大兩個抽放區段考慮，每個抽放區段頂分層順層平行孔布置15 000 m，合計順層平行孔抽放鉆孔總長度為30 000 m，則本煤層抽放管道的直徑按照下述公式計算：

式中：

D—管徑，mm；

Qc—管內氣體流量，m3／min；

v—管內氣體流速，m／s。

Qc＝30 000×0.114 7 m3／min÷100＝34.41

管內瓦斯流速v：5 m／s＜v＜20 m／s，一般取10～15 m／s，這樣才能使選擇的管徑有足夠的通過能力和較低的阻力。

將相關數據代入，則有：

根據上述計算，兼顧經濟效益，本煤層頂分層順層平行孔抽放管徑選取200 mm的鋼管或抗靜電的聚乙烯管。

2.2 底板穿層抽放管徑的選取

根據本礦頂分層工作面穿層抽放設計，穿層抽放鉆孔的有效抽放長度為17 000 m（兩個抽放地區的穿層抽放鉆孔），采用百米抽出量0.114 7 m3／min帶入公式（1），得：D＝166 mm。根據上述計算，本煤層穿層抽放管徑選取200 mm的鋼管或抗靜電的聚乙烯管。

2.3 頂板高位裂隙及采空區抽放管徑的選取

目前，根據成熟的抽放經驗，頂板高位裂隙抽放的管徑一般采用d200的聚乙烯管道，因此，建議采用d200的聚乙烯管道。

2.4 并網抽放的選擇

由于本煤層順層平行孔及頂板高位裂隙鉆孔所抽放的混合氣體均為高濃度瓦斯［3］，如果一臺抽放泵能滿足兩者的抽放混量之和，可并網用同一臺泵抽放；如果一臺泵不能滿足要求，則應使用各自不同的管網進行抽放；本煤層穿層抽放的管網可以和本煤層順層平行孔的管網并網抽放。

本設計把本煤層順層平行孔和本煤層穿層的抽放管網并網抽放，高位裂隙鉆孔獨立管網抽放，采空區抽放的混合氣體濃度較低，不能直接被利用，可采用單獨的抽放管網進行抽放［4］。

如果本煤層順層平行孔和本煤層穿層或高位裂隙鉆孔抽放的瓦斯濃度高，抽出的瓦斯可用于發電，采空區抽放管網所抽瓦斯亦可作為配氣而并網抽放。

2.5 抽放管網的管理

1）每個鉆場（每組鉆孔）必須安設閥門、測嘴；全部實現掛牌管理，牌上內容包括地點、鉆場號、孔號、孔徑、孔深、帶抽時間、濃度、負壓、觀測人及日期等。每個鉆孔封孔管外必須焊接測嘴，保證測定參數時能順利打開，正常情況下嚴密不漏氣，不帶抽的鉆孔，用堵頭封堵嚴密。

2）為了便于抽放管路系統的管理，各抽放地區必須安設閥門、孔板，頂板高位鉆場的每個鉆孔都須安設孔板，安設孔板處掛牌管理，內容包括地點、孔板系數、孔板壓差、濃度、流量、觀測人及日期。

3）管路敷設每根抽放管要有一個懸掛點，保證抽放管路吊掛平直；管路低凹處安裝合適的放水器，高位鉆場和有水的地區每個鉆場都必須安裝自動放水器，并能做到不停泵放水；涌水量大的地區可以安裝人工放水器，容量不小于鉆孔1～2天的涌水量。

4）加強鉆孔封孔質量管理，確保鉆孔抽放效果。保證煤孔封孔深度不小于6 m，巖孔封孔長度不小于3 m；針對不同地點，不同鉆孔實際情況，采取合理的封孔方式和封孔長度；該礦要制定封孔質量管理辦法，每月對鉆孔封孔質量進行抽查，抽查數量不小于本月鉆孔數的1／5，并有記錄可查。

5）加強管路系統的巡查，防止管路積水、漏氣影響抽放。每旬至少對抽放系統進行一次巡查。

3 瓦斯抽放泵的選取

抽放泵的選取主要根據其所在管網的阻力的大小及所擔負抽放地區流量的大小而定［5］。抽放地區的流量上面已經闡述，本節主要對抽放管網的阻力進行計算。

3.1 抽放管網的布置

抽放管網可以布置在四條上山中的任意一條上，本設計中抽放管網布置如下：

兩個區段（1101區段、1108區段）本煤層順層平行孔和穿層鉆孔的抽放管網設計長度為2 450 m；頂板高位裂隙抽放的管網1 450 m；采空區抽放的管網1 518 m。

3.2 抽放管網的阻力計算

管網阻力計算選擇阻力最大時期的管網進行阻力計算，分別計算各段的摩擦阻力和局部阻力，累加起來即為整個抽放管網的總阻力。

1）本煤層順層平行孔的抽放管網的摩擦阻力采用下式計算：

式中：

hf—抽放管網的摩擦阻力，Pa；

C—混合氣體中的瓦斯濃度，%；

L—抽放管網的長度，m；

Qc—抽放管網內的混合氣體的流量，m3／h；

k—系數；

D—抽放管網的管徑，cm。

抽放管網中混合氣體的瓦斯濃度依照30%計算，管網長度2 450 m，混合氣體中的瓦斯流量為34.41 m3／h，混合氣體的總流量為1 184 m3／h，抽放管網所選的管徑均大于150 mm，因此，k值取0.072。則有：

管網的總阻力：

2）本煤層頂板高位裂隙抽放管網的摩擦阻力。根據目前成熟的本煤層頂板高位裂隙抽放的經驗，一個本煤層頂板高位裂隙抽放鉆場設計抽出純瓦斯15 m3／min，抽出瓦斯濃度按30%計算，折合抽出混合氣體流量為3 000 m3／h，抽放管網的長度為1 450 m，按照式（2）則有：

管網的總阻力：

3）本煤層穿層鉆孔抽放管網的摩擦阻力。

抽放管網中混合氣體的瓦斯濃度依照30%計算，管網長度2 450 m，混合氣體中的瓦斯流量為19.50 m3／h，混合氣體的總流量為381 m3／h，抽放管網所選的管徑均大于150 mm，因此，k值取0.072。則有：

管網的總阻力：

4）采空區抽放管網的摩擦阻力。

各種抽放管網的抽出量及管網阻力匯總見表1。

表1 各種抽放管網的抽出量及管網阻力匯總表

3.3 瓦斯抽放泵的選取

順層平行孔抽放和穿層抽放使用一臺瓦斯泵，兩類型抽放孔口抽放負壓均大于100 mmHg，瓦斯泵應提供的真空度為32 092 Pa，考慮到1.5倍的富裕系數，選擇2BEC405－1型水環式真空泵，最大抽氣量：125.8 m3／min，配套電機型號：YB2315L14隔爆型三相異步電動機，功率160 kW。

穿層抽放單獨使用一臺瓦斯泵，抽放孔口抽放負壓大于100 mmHg，瓦斯泵應提供的真空度為32 023 Pa，考慮到1.5倍的富裕系數，亦選擇2BEC405－1型水環式真空泵，最大抽氣量：125.8 m3／min，配套電機型號：YB2315L14隔爆型三相異步電動機，功率160 kW。

采空區瓦斯抽放泵選取2BE1253－0型水環式真空泵，其配套電機功率75 kW。

為了提前進行瓦斯抽放可先行安裝一臺小流量的瓦斯泵進行抽放工作。

4 抽放技術管理

1）煤與瓦斯突出礦井在開采二1煤層的年度作業計劃及月作業計劃中必須明確瓦斯抽放工程計劃。

2）煤與瓦斯突出礦井必須根據該礦的年度作業計劃在安技措資金及維檢工程中排足瓦斯抽放工程計劃所需的瓦斯抽放資金。

3）規范瓦斯抽放設計。根據不同地點的地質情況，采取措施，消除瓦斯抽放空白帶。

4）合理安排瓦斯抽采巖巷工程。突出礦井每個采煤工作面可布置一條底板巖巷，作為瓦斯抽放巷，也可根據煤層賦存情況布置在頂板巖石中，沿煤層傾向、走向，實施區域性穿層鉆孔，網格式預抽采面瓦斯，抽放鉆孔的終孔間距不大于10 m，控制在頂分層工作面上、下順槽輪廓線以外8～10 m的范圍以內。

5）石門揭突出煤層前，必須按規定報批施工設計和防突措施。鉆孔控制范圍、數量達到《煤礦瓦斯抽采基本指標》和《防突細則》要求。

6）煤巷掘進工作面巷道兩幫布置上、下向抽放鉆孔，且突出地區煤巷掘進工作面必須采取邊掘邊抽措施，做到應抽盡抽。

7）新投產的頂層采煤工作面及工作面傾斜長度大于80 m，必須在上、下順槽布置抽放鉆孔，且上順槽鉆孔與下順槽鉆孔搭接，無抽放空白帶。

8）所有頂層采煤工作面要實施本煤層、頂板高位裂隙、采空區埋管等綜合抽放措施。工作面瓦斯涌出量較大時，還應考慮采用淺孔抽放或頂板低位鉆孔抽放。

9）新投產的頂層工作面必須實施工作面下順槽向下山布置瓦斯抽放鉆孔，提前抽放下一區段的瓦斯，增加下一區段工作面的預抽時間，提高礦井瓦斯抽放量。

10）針對松軟突出煤層易塌孔、衰減較快的現象，實行穿層鉆孔套花管措施，延長鉆孔抽放時間。通過加大供風管路直徑不得小于100 mm，風壓達到5 kg／cm2，風量不低于30 m3／min。

11）加強抽放系統維護管理。抽放管路要吊掛平直，在通往各抽放地區的抽放支管分岔處必須安設閥門、孔板；低凹處應安裝放水器；鉆場、鉆孔等地點實行掛牌管理，定期測量負壓、流量、瓦斯濃度等參數，并及時進行調整。各抽放地區放水、管路維修、參數觀測等工作責任到人，實行工作目標與工資掛鉤制度。

12）針對不同地點的情況，采取合理的封孔方式，保證抽放鉆孔的封孔質量，本煤層鉆孔封孔長度不小于6 m，采用的聚氨酯－水泥砂漿聯合封孔技術，或壓注馬麗散封孔技術；在裂隙較發育或有淋水的地點，盡量不單純采用聚氨酯封孔。為便于考察封孔質量和抽放效果，每個封孔管外必須焊接測嘴，保證測定參數時能順利打開，正常情況下嚴密不漏氣。

［1］ 李國雄，孫德寧，王洪存，等.瓦斯抽放管路系統的設計及其設備的配套選型［J］.工礦自動化，2012（2）：79.

［2］ 劉志平，張景松.瓦斯抽放管路多參數在線檢測系統設計［J］.江蘇煤炭，2003（1）：28－29.

［3］ 秦 博，馬憲勝.煤礦低濃度瓦斯抽采泵站設計研究［J］.煤炭工程，2012（1）：61－62.

［4］ 哈明潔.井下瓦斯管路的簡化計算［J］.煤礦安全，1982（2）：57.

［5］ 宋慶堯.改造礦井瓦斯抽放系統提高瓦斯抽放率［J］.礦業安全與環保，2004（4）：22.

Design of Build out Drainage Pump in Mining Face of Xinggong Mining Area

Gao Guo－qiang，Zheng Yan－tao，Li Shuai，Li Fu－ling，Li Teng－fei，Xuan Miao－Wei

Takes the practice of establishing gas drainage systems in Xinggongmine for example，introduces the systeMdesign of gas drainage pipeline in the gas drainage system，namely the design of the pipeline laying line，the selection of gas drainage pipe diameter，the calculation of pipeline resistance.And according to the calculation results of pipeline resistance and the selection principle of gas drainage pump，gives the design of gas drainage pump selection.Verified by the actual operation，the design can meet the needs of normal production.

Gas Drainage；Drainage pipe network；Technologymanagement

TD712＋.6

B

1672－0652（2013）04－0017－04

2013－02－06

高國強（1988—），男，河南新鄭人，2011級內蒙古科技大學在讀碩士研究生，主要從事礦業系統工程、礦井瓦斯抽放方面的研究（E－mail）yinyuanbaby＠qq.com