矿井瓦斯抽采系统优化与利用
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摘要：2012年是河南煤化集团瓦斯综合治理完善系统年。主焦公司根据集团针对井下抽采量严重不足，抽采浓度不达标，影响瓦斯利用率的实际情况，通过采取优化瓦斯抽采系统抽放能力，各项瓦斯抽采指标、瓦斯利用指标均得到全面提升。
0 引言
主焦煤矿位于豫、冀两省交界，行政区划分属河北省磁县观台镇和河南省安阳县伦掌乡管辖。矿井相对瓦斯涌出量：9.20～29.76m3/t；绝对瓦斯涌出量：0.87～20.06m3/min；鉴定等级为高瓦斯矿井。由于2009年以前矿井不具备专用回风井，不符合建立瓦斯抽放系统的要求，因此未建立完善的瓦斯抽放系统。2009年主焦矿对通风系统合理改造完成后，矿井具备建立瓦斯抽放系统的条件，先后安装并投入运行了井下移动瓦斯抽放泵站、地面瓦斯抽放泵站及瓦斯发电项目，填补了主焦矿瓦斯抽放方面的空白。
1 瓦斯利用率低存在的问题及原因分析
主焦公司安装有四台500IF-3PWW型燃气发动机组，三台正常运转，一台瓦斯发电机组备用和检修。瓦斯发电浓度达到9%瓦斯发电机组发电效率最高，按照每立方米纯瓦斯可发2.4电度。近年来，随着开采深度递增，煤层的瓦斯含量及涌出量都呈现递增趋势，瓦斯压力也有所增加。由于瓦斯抽采浓度不稳定，导致机组运行不稳定，常常发生故障，维修量大，瓦斯利用率低、发电量低。
1.1 钻孔布局不合理
随着开采深度递增，煤层的瓦斯含量及涌出量都呈现递增趋势，瓦斯压力也有所增加。主焦公司采用“两浅一深”进行钻孔布局，浅孔深度为50m，深空深度为105m孔间距4.5m。经过长时间使用部分浅孔失效抽放能力，使工作面产生抽采空白带。
1.2 抽采技术落后
由于煤层顶板裂隙带瓦斯含量较高，采区平面抽放布置不能有效的进行利用。工作面开采时由于裂隙带的变化，引发上隅角瓦斯超限。
1.3 钻封设备落后
“钻”即钻孔的深度及孔径，“封”即封孔深度及封孔质量。钻机设备落后、封孔效果差是制约钻孔质量的关键问题。
1.4 瓦斯抽放参数测定不及时混合比调整不达标
当瓦斯浓度超过或低于9%时就需要进行混成比调整，人工进行混合比调整容易导致混合比调整不达标，影响瓦斯发电机组运行，造成发电机组损坏。
2 瓦斯抽采系统优化措施
2.1 调整钻孔布局
针对“两浅一深”容易照成钻孔失效，使工作面产生空白带问题。通过采用深空短间距钻孔布置方法进行布局，孔深全部调整为105m，孔间距改为4.2m。该工艺在很大程度上提高了瓦斯抽采效果。
2.2 邻近工作面瓦斯抽采技术应用
利用已有掘进工作面边掘边抽钻场，穿煤进入煤层顶板后落平，作为相邻工作面抽放钻孔施工的钻场，利用大功率钻机向邻近工作面煤层顶板裂隙带内进行钻孔布置。通过煤层顶板裂隙带内钻孔进行上隅角瓦斯抽放，使工作面上隅角低浓度瓦斯通过移动抽放系统排出，保证工作面上隅角瓦斯不超限。
2.3 应用先进钻封设备
主焦公司2012年初先后购置了CMSI-6200/80、ZY-4000、CMSI-3200/58型深孔钻机，通过大功率深孔钻机解决了深孔问题。为加强封孔施工速度，由原来的人工封孔改为机械封孔，提高瓦斯抽采钻孔封孔质量，保证瓦斯发电气源充足。
2.4 流量监测及混成比调控系统应用
瓦斯抽采在线监测系统采用V锥流量计量方式，减少了在线监测的测量阻力，能准确计量瓦斯抽采管路、瓦斯抽放泵站以及瓦斯发电站的瓦斯参数，并对各地区的瓦斯抽放情况进行及时调节。瓦斯自动混合调节系统，根据瓦斯流量在线监测系统监测数据进行同步调整空气进气量，使发电机组内瓦斯浓度始终保持在9%的最佳发电状态。
2.5 加强监督管理
主焦公司按照集团公司瓦斯区域治理纲要以及相关文件的要求，积极开展瓦斯区域治理工作，制定符合公司实际情况的特制定《瓦斯区域治理管理制度以及考核办法》按照规定对瓦斯抽放时间进行确定，除正常检修外影响打钻、抽放以及瓦斯发电时间，对造成影响时间的单位和个人进行分析追查和责任追究。并建立瓦斯指标信息快速专递平台，每天把瓦斯抽采量、钻孔量、发电量等指标通过飞信形式，及时发送公司领导及相关管理人员手机上，使公司领导对瓦斯治理各项指标的完成情况及时掌握，促进了瓦斯治理利用工作的有序开展。
3 优化后的效果分析
2012年初对矿井瓦斯抽采系统进行优化完毕以后，解决了瓦斯抽放浓度低，影响瓦斯发电机组正常运行的现象，提高了瓦斯的利用效率，取得了良好的效果。
3.1 瓦斯抽采量、瓦斯抽采利用量、瓦斯发电量比较
2011年瓦斯抽采量为40万m3/月；瓦斯抽采利用量20万m3/月；瓦斯发电量40万度/月；2012年初优化后1月至3月平均瓦斯抽采量为52.33万m3/月；瓦斯抽采利用量31万m3/月；瓦斯发电量75万度/月。瓦斯抽采量、瓦斯抽采利用量、瓦斯发电量完成情况相比2011年取得了明显提高。
3.2 经济效益
2011年每月发电量40万度，经过系统优化后每月发电量75万度，发电量增加了35万度。按照目前平均电价0.7元/度，瓦斯发电每年增加收入约为294万元。
3.3 社会效益
瓦斯的主要成分是CH4，其是一种清洁能源，又是一种温室气体，对地球大气层的温室效应为CO2的21倍。通过瓦斯抽采系统优化提高了瓦斯的利用效率，进而提升了矿井区域瓦斯治理水平，在很大程度上降低了瓦斯对矿井安全生产的危害程度，确保了矿井安全生产，促进生态建设，由此产生的社会效益无法用金钱估量。
4 结语
主焦煤业公司通过瓦斯抽采系统的优化，带动了企业技术、经济等各项管理工作再上新的台阶，实现了矿井持续稳定安全发展。主焦公司瓦斯发电技术应用产生了良好的环保、经济社会效益。随着煤矿技术装备水平的不断提高，一定会实现煤矿瓦斯“零”排放的目标。
参考文献：
[1]张铁岗.矿井瓦斯综合治理技术[M].北京：煤炭工业出版社，2001.
[2]周世宁.煤层瓦斯赋存与流动理论[M].北京：煤炭工业出版社，1999.
[3]郭丽锋.浅谈登封矿区瓦斯治理现状对安全生产的影响及对策[J].价值工程，2012（27.）.
作者简介：徐振信（1986-），男，河南省长垣人，助理工程师，2012年毕业于河南理工大学，现从事机电技术管理工作。