胡海峰 付向朝/平顶山平煤设计院有限公司



平煤股份八矿己五采区瓦斯治理综合优化

胡海峰 付向朝/平顶山平煤设计院有限公司

【摘 要】瓦斯作为煤矿的主要危害，长期制约着矿井的安全生产，同时其作为一种高热能源往往直接或者间接最终排放进入大气，不仅造成了资源浪费也加重温室效应。本文根据矿井瓦斯实际情况，合理制定抽采方案，在保证矿井安全生产的前提下，实现效益最大化。

【关键词】瓦斯抽采系统；瓦斯发电

平煤股份八矿隶属于中国平煤神马集团公司,井田位于平顶山矿区东部，始建于1966年10月12日，是我国自行设计和施工的第一座特大型矿井，设计年生产能力300万吨，1981年2月13日一期工程投产，1984年12月30日二期工程投产。

己五采区位于矿井井田东部，开采标高-430m～-600m，煤层露头长约2.75km，深部边界长约3.95km，平均走向长3.3km，倾斜宽平均2.55km，面积约8.2km2，可采储量约2000万t，可采煤层为己15、己16-17煤层。

1.瓦斯治理现状

八矿为突出矿井，现建有北山瓦斯抽采泵站和北风井瓦斯抽采泵站两个地面瓦斯抽采泵站，北山瓦斯抽采泵站安装2BEP60-02BG3E型和2BEC-60型水环真空泵各1台，1用1备，两台泵标称抽采量分别为250m3/min和290m3/min，北风井瓦斯抽采泵站安装三台CBF710型水环真空泵，2台工作一台备用，标称抽采量为500m3/min。

北山瓦斯抽采泵站附近建有一座瓦斯发电站，安装四台500GF1-3RW低浓度瓦斯发电机组，现由于瓦斯含量较小实际仅2台瓦斯发电机组工作。

2.瓦斯基础参数及抽采方法

2.1瓦斯含量及瓦斯压力

根据八矿实测资料，矿井百米瓦斯含量梯度2.34m3/t，己15煤层最大瓦斯含量为16.49m3/t最大瓦斯压力为2.0MPa，己16-17煤层最大瓦斯含量为10.7m3/t最大瓦斯压力1.8MPa。

根据瓦斯来源、开采技术条件、瓦斯基础参数及采面实际情况等因素，设计掘进工作面采用底板瓦斯抽采巷穿层钻孔；采煤工作面采用机、回巷顺层钻孔预抽本煤层瓦斯，上隅角埋管预抽采空区瓦斯。

2.2瓦斯来源及瓦斯涌出量计算

根据《矿井瓦斯涌出预测方法》（AQ1018-2006），矿井瓦斯涌出主要由生产采区瓦斯涌出和已采采区采空区瓦斯涌出构成，其中生产采区瓦斯涌出主要有回采工作面瓦斯涌出、掘进工作面瓦斯涌出、工作面采空区瓦斯涌出以及其他部分构成，回采工作面瓦斯涌出和掘进工作面瓦斯涌出所占比例最大。

2.2.1回采工作面相对瓦斯涌出量预测.

回采工作面瓦斯涌出量预测用相对瓦斯涌出量表达，以24h为一个预测圆班，采用式（1）计算。

式中：

q采——回采工作面相对瓦斯涌出量，m3/t；

q1——开采层相对瓦斯涌出量，m3/t；

q2——邻近层相对瓦斯涌出量，m3/t。

2.2.2掘进工作面瓦斯涌出量预测.

掘进工作面瓦斯涌出量预测用绝对瓦斯涌出量表达，采用式（2）计算。

式中：

q掘——掘进工作面绝对瓦斯涌出量，m3/min；

q3——掘进工作面巷道煤壁绝对瓦斯涌出量，m3/min；

q4——掘进工作面落煤绝对瓦斯涌出量，m3/min。

q1、q2、q3、q4计算方法参照《矿井瓦斯涌出预测方法》（AQ1018-2006）相关内容。

2.2.3采区瓦斯涌出量.

根据AQ1018-2006生产采区瓦斯涌出量采用式（3）计算。

式中：

q区——生产采区相对瓦斯涌出量，m3/t；

K´——生产采区内采空区瓦斯涌出系数；

q采i——第i个回采工作面相对瓦斯涌出量；

Ai——第i个回采工作面的日产量；

q掘i——第i个掘进工作面绝对瓦斯涌出量；

Ao——生产采区平均日产量。

2.2.4瓦斯来源及瓦斯涌出量计算

己五采区共布置两个掘进工作面、一个回采工作面，各地点瓦斯抽采量见表1。

表1　

3.瓦斯抽采系统

北山瓦斯抽采泵站现流量为100m3/min，目前有150m3/min的富裕能力，同时现在瓦斯量仅满足2台瓦斯发电机组工作，为了充分利用现有系统，减少系统投资，己五采区本煤层高浓度瓦斯利用北山瓦斯抽采泵站担负。

采空区低浓度瓦斯抽采浓度仅为5%左右，目前瓦斯发电设备一般要求抽采浓度达到7%，因此该浓度瓦斯并不适合瓦斯发电，结合己五采区实际情况，己五采区新建瓦斯抽采硐室担负采空区低浓度瓦斯的抽采任务。

根据该原则对井上瓦斯抽采泵站进行校核，对井下瓦斯抽采泵站进行选型。

瓦斯抽采管路按照式（4）计算、管路摩擦阻力损失按照式（5）计算

抽采泵工况压力按式（6）计算

标准状态下抽采泵流量按式（7）计算

抽采泵工况流量按式（8）计算

相关代号含义见《煤矿瓦斯抽放规范》（GB50471-2008）

经过计算高负压工况流量为232m3/min，现有北山瓦斯抽泵满足要求。低浓度瓦斯抽采泵工况流量为96m3/min，选择两台2BEF42型水环真空泵，一台工作一台备用，瓦斯泵标称抽采量为150m3/min。

4．瓦斯发电利用

现北山瓦斯发电站，安装四台500GF1-3RW低浓度瓦斯发电机组，实际2m3瓦斯可以产生1度电，己五采区高浓度瓦斯每分钟抽采量为18.67m3，年发电总量可以达到488万度，年产生直接经济效益约340万元。

5．结论

当前煤矿效益普遍较差，瓦斯作为矿井的首要危害在困难时期显得尤为重要，而我国受瓦斯影响较大的矿井绝大多数为老矿井，在当前形势下如何保证瓦斯治理安全可靠的前提下合理利用矿井现有系统，具有明显的实际意义。本文根据八矿瓦斯抽采系统的特点，合理优化布局，实现己五采区高浓度瓦斯通过地面北山瓦斯抽站担负，并最终进行发电利用，不仅减少了投资，也实现了瓦斯资源的利用，己五采区低浓度瓦斯由于浓度及含量均较小采用直接风排的方式处理，该方案在保证矿井安全生产的前提下做到了投资最小、效益最大，具有一定的推广意义。

作者简介：胡海峰（1986— ），男，河南长葛人，助理工程师，本科，毕业于河南理工大学，现从事工程设计工作。