平煤股份八礦己五采區瓦斯治理綜合優化

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瓦斯治理綜合優化

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，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的前提下，實現效益最大化。

【關鍵詞】瓦斯抽采系統；瓦斯發電

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，設計年生產能力300萬噸，1981年2月13日一期工程投產，1984年12月30日二期工程投產。

己五采區位于礦井井田東部，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.瓦斯治理現狀

八礦為突出礦井，現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電站，安裝四臺500GF1-3RW低濃度瓦斯發電機組，現由于瓦斯含量較小實際僅2臺瓦斯發電機組工作。

2.瓦斯基礎參數及抽采方法

2.1瓦斯含量及瓦斯壓力

根據八礦實測資料，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。

根據瓦斯來源、開采技術條件、瓦斯基礎參數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瓦斯。

2.2瓦斯來源及瓦斯涌出量計算

根據《礦井瓦斯涌出預測方法》（AQ1018-2006），礦井瓦斯涌出主要由生產采區瓦斯涌出和已采采區采空區瓦斯涌出構成，其中生產采區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、工作面采空區瓦斯涌出以及其他部分構成，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）相關內容。

2.2.3采區瓦斯涌出量.

根據AQ1018-2006生產采區瓦斯涌出量采用式（3）計算。

式中：

q區——生產采區相對瓦斯涌出量，m3/t；

K′——生產采區內采空區瓦斯涌出系數；

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量；

q掘i——第i個掘進工作面絕對瓦斯涌出量；

Ao——生產采區平均日產量。

2.2.4瓦斯來源及瓦斯涌出量計算

己五采區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

北山瓦斯抽采泵站現流量為100m3/min，目前有150m3/min的富裕能力，同時現在瓦斯量僅滿足2臺瓦斯發電機組工作，為了充分利用現有系統，減少系統投資，己五采區本煤層高濃度瓦斯利用北山瓦斯抽采泵站擔負。

采空區低濃度瓦斯抽采濃度僅為5%左右，目前瓦斯發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電，結合己五采區實際情況，己五采區新建瓦斯抽采硐室擔負采空區低濃度瓦斯的抽采任務。

根據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

相關代號含義見《煤礦瓦斯抽放規范》（GB50471-2008）

經過計算高負壓工況流量為232m3/min，現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．瓦斯發電利用

現北山瓦斯發電站，安裝四臺500GF1-3RW低濃度瓦斯發電機組，實際2m3瓦斯可以產生1度電，己五采區高濃度瓦斯每分鐘抽采量為18.67m3，年發電總量可以達到488萬度，年產生直接經濟效益約340萬元。

5．結論

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有系統，具有明顯的實際意義。本文根據八礦瓦斯抽采系統的特點，合理優化布局，實現己五采區高濃度瓦斯通過地面北山瓦斯抽站擔負，并最終進行發電利用，不僅減少了投資，也實現了瓦斯資源的利用，己五采區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，畢業于河南理工大學，現從事工程設計工作。