胡底煤業瓦斯泵站系統改造方案與應用

韓 葶

(山西晉煤集團 沁水胡底煤業有限公司，山西 晉城 048200)

0 引言

瓦斯是影響煤礦井下安全生產的重大風險隱患，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利用。瓦斯泵站作為礦井瓦斯抽采系統的核心部分，必須保證礦井瓦斯抽采工作的安全高效穩定運行，從而達到保障礦井正常生產的目的。目前胡底煤業瓦斯泵站在運行中存在運行不穩定、瓦斯利用率低等情況。因此，需要對瓦斯泵站系統進行優化改造，從而達到瓦斯泵站安全高效穩定運行的目的。

1 瓦斯泵站基本情況

胡底煤業隸屬山西晉煤集團，地處山西省沁水縣西部約40 km的胡底鄉一帶，交通較為便利，井田面積25.345 9 km2，產能0.60 Mt/a。礦井采用主斜副立的開拓方式，布置有4個井筒。主要開采煤層為3號煤層和15號煤層，目前開采3號煤層。井田整體為一單斜構造，斷層無炭柱等構造較為發育，地質構造整體上屬于簡單類型，水文地質整體上屬于中等類型。礦井通風方式采用三進一回，屬煤與瓦斯突出礦井，3號煤層瓦斯含量范圍為23.2 m3/t～25.8 m3/t。

目前，胡底煤業布置有一座瓦斯泵站，抽采系統為本煤層抽采，瓦斯抽放泵站布置6臺2BEC72型水環真空泵，配套電機功率為710 kW，分為高濃度瓦斯抽采系統和低濃度瓦斯抽采系統兩套瓦斯抽采系統。其中，高濃度瓦斯抽采系統的瓦斯濃度約40%，低濃度瓦斯抽采系統的瓦斯濃度約7%。布置有兩趟進氣管路和兩趟利用管路，均安裝GD3型礦用多參數瓦斯傳感器進行瓦斯計量。瓦斯利用分為兩個方面：一部分為礦井自用瓦斯，用于胡底煤業的鍋爐房、食堂、空調機組等，在鍋爐房的進氣側安裝GD3型礦用多參數瓦斯傳感器進行瓦斯計量；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型渦輪流量計和GD3型礦用多參數瓦斯傳感器進行瓦斯計量。2018年底，胡底煤業井下瓦斯抽采量為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%。

瓦斯泵站在當前運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運行不穩定，由于部分鉆場瓦斯濃度下降之后會導致瓦斯整體濃度下降至30%以下，進而影響到瓦斯自用、外輸，并造成瓦斯電廠發電機組停機等情況；②低濃度瓦斯抽采系統的低濃度瓦斯被全部排空，不能將該部分瓦斯進行有效利用，因此瓦斯利用效率較低。

2 瓦斯泵站系統改造方案

2.1 改造后的瓦斯泵站系統組成

改造后的瓦斯泵站又增設2臺2BEC100型水環真空泵，共6臺2BEC72型水環真空泵和2臺2BEC100型水環真空泵。優化改造為高濃度瓦斯抽采系統、中濃度瓦斯抽采系統和低濃度瓦斯抽采系統共三套瓦斯抽采系統。圖1為改造后的瓦斯泵站系統示意圖。

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

圖1 改造后的瓦斯泵站系統示意圖

2.2 改造后的瓦斯泵站設備布置

圖2為改造后的瓦斯泵站設備布置示意圖。

由于改造前的瓦斯泵站抽采系統中井下進氣管路有兩趟高濃度瓦斯進氣管路和一趟低濃度瓦斯進氣管路，為實現高、中、低濃度瓦斯抽采系統同時運行，因此將一趟高濃度瓦斯進氣管路改造為中濃度瓦斯進氣管路，如圖2所示。在中濃度瓦斯抽采系統中增加一趟抽采系統的出氣側安全保障排空系統(防回火、防回氣、防爆炸)，新建在現有瓦斯泵房的西側，并根據三趟抽采系統獨立運行需要進行局部改造：將兩趟DN1000進氣管位置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；并在泵房內大循環管路上增加7個DN1000電動閥門，以便控制氣體流向。

圖2 改造后的瓦斯泵站設備布置示意圖

2.3 改造后的瓦斯泵站技術優勢

瓦斯泵站在改造后較改造前具有以下三個方面的技術優勢：①高濃度瓦斯抽采系統運行狀態穩定，終端連接管路均為順槽抽采點，從而保證瓦斯濃度穩定；②能夠有效利用濃度降低的瓦斯，當瓦斯抽采點的瓦斯濃度降低時，在井下摻入混合濃度較低的瓦斯，從而實現中濃度瓦斯的抽采利用；③兩套瓦斯抽采系統優化為三套瓦斯抽采系統，不僅提高了技術層面上的可靠性，而且也可以有效提高瓦斯利用率。

3 瓦斯泵站系統改造效益

通過對瓦斯泵站系統進行改造，所產生的效益主要包括以下兩個方面：

(1) 經濟效益：通過將瓦斯泵站的高濃度瓦斯抽采系統和低濃度瓦斯抽采系統兩套瓦斯抽采系統優化改造為高濃度瓦斯抽采系統、中濃度瓦斯抽采系統和低濃度瓦斯抽采系統三套瓦斯抽采系統，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，胡底煤業因此而增加了瓦斯銷售和補貼收入。

(2) 社會效益：瓦斯泵站改造后運行穩定良好，在取得了顯著經濟效益的同時，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境保護可以起到積極的作用，并且在增加瓦斯泵站的水環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生相關瓦斯事故災害的風險。

4 結語

胡底煤業瓦斯泵站優化改造后，高、中、低濃度三套瓦斯抽采系統運行穩定良好，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和長治久安，并取得了顯著的社會效益和經濟效益，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用意義。