余吾煤业南风井井下移动式瓦斯抽采工程设计

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【摘 要】余吾煤业为高瓦斯矿井。由于南风井地面永久泵站的建成还需要较长的时间，同时又要解决基建期间巷道掘进时的瓦斯抽采问题。对矿井开拓、开采、瓦斯、通风等进行综合分析的基础上，提出了在南风井井下建立移动式瓦斯抽采系统，先期解决开拓巷道的掘进瓦斯抽采问题。经工程实践表明，该系统能够满足要求，为矿井的安全、高效生产提供了根本保障；也为其他矿井移动式瓦斯抽采系统的设计提供了一定的参考价值。

【关键词】高瓦斯 抽采系统 阻力损失

中图分类号：TD 文献标识码：A 文章编号：1009―914X（2013）35―385―01

1.引言

余吾煤业自2006年试生产以来矿井瓦斯涌出量逐年增大[1]。随着南风井工程的开工建设，矿井瓦斯涌出量会进一步增大，且矿井地质构造复杂，给矿井采掘衔接和生产安全造成了较大影响。由于南风井地面永久泵站的建成还需要较长的时间，同时又要解决基建期间巷道掘进时的瓦斯抽采问题。为此，通过对矿井瓦斯涌出情况、抽采的必要性及可行性、开采系统现状等分析研究，提出了在南风井井下建立移动式瓦斯抽采系统，先期解决开拓巷道的掘进瓦斯抽采问题。待地面泵站建成后采用地面泵站抽采瓦斯。

2.抽采瓦斯规模

2.1从通风角度初步确定抽采规模

现场测得1#总回风大巷混合风量在1500～1700m3/min之间。根据规定掘进工作面回风流中瓦斯含量不得超过1%，所以1#总回风大巷中，通过局部风机供风能够排出的最大瓦斯量不得超过15m3/min。由《南风井3#煤层井下瓦斯抽采工程初步设计》得知南风井大巷综掘工作面瓦斯涌出量为15.96m3/min，下山综掘工作面瓦斯涌出量为17.28m3/min[1]。所以，在局部通风机提供风量的前提下，大巷综掘工作面和下山综掘工作面，需要通过临时抽采系统抽取的纯瓦斯量分别在0～0.96m3/min和0.28～2.28m3/min之间。

2.2从抽采规范确定抽采规模

根据《煤矿瓦斯抽采基本指标》规定，如没能考察出煤层始突深度的煤层瓦斯含量或压力，则必须将煤层瓦斯含量降到8m3/t以下，或将煤层瓦斯压力降到0.74MPa以下。同时由《南风井3#煤层井下瓦斯抽采工程初步设计》得知南风井3#煤层原始瓦斯含量为15.87m3/t，在预抽时间为1.5个月的情况下，计算得出在控制范围内瓦斯含量降8m3/t以下时，需要抽采的瓦斯流量为2.43m3/min。

综合以上情况，预计每个掘进工作面平均瓦斯抽采量为3m3/min，共2个掘进工作面，则抽采规模预计为6m3/min纯瓦斯。

3.抽采瓦斯方法

3.1掘进预抽

采用双巷掘进方式，一条巷道掘进期间另一条巷道施工8个150～200m深的钻孔，预抽工作面前方煤体，两条巷道掘进与预抽工作交替进行，预抽时间为1.5个月，1.5个月后对前方煤体进行含量测定，如果瓦斯含量没达到8m3/t以下则继续预抽，直到瓦斯含量降到8m3/t以下方可进行掘进。

3.2边掘边抽

在巷道两帮呈迈步式布置钻场，单侧钻场间距60m，两侧钻场间距30m，钻场断面尺寸：宽*高*深=4.5m*3.2m*4m。每个钻场布置6个钻孔，即在钻场一侧帮煤体向巷道掘进方向呈三排两列钻进。钻孔直径94mm，长度水平投影为100m。第一排钻孔开口位置距底板高度1.2m，第二排钻孔开口位置距底板高度1.5m，第三排钻孔开口位置距底板高度1.8m，第一列钻孔开孔点距巷帮2.5m，终孔点距巷帮4.5m；第二列钻孔开孔点距巷帮3.0m，终孔点距巷帮6.0m；第一排钻孔开孔倾角为“煤层倾角+2°”（煤层倾角实测确定），第二排钻孔开孔倾角为“煤层倾角+4°”，第三排钻孔开孔倾角为“煤层倾角+6°”。

4.抽采管径计算

4.1瓦斯管径计算

设计时移动瓦斯抽采泵站按两个综掘工作面，总瓦斯抽采量6m3/min计算，抽采瓦斯浓度按50%计算。按照大管径流速取大值、小管径流速取小值，管路系统较长者流速取小值、管路系统较短者流速取大值的原则选取经济流速，抽采瓦斯管径的计算结果如下：（1）主管纯瓦斯流量6m3/min；瓦斯浓度45%；混合瓦斯流量24m3/min；气体流速10m/s；管道内径0.226m。支管纯瓦斯流量3m3/min；瓦斯浓度50%；混合瓦斯流量10.8m3/min；气体流速5m/s；管道内径0.214m。

4.2管路阻力损失计算

4.2.1直管阻力损失计算

抽采管路阻力损失计算应选择抽采系统服务范围内一条最长的抽采管路进行计算，根据余吾煤业公司提供的3#煤层采掘工程平面图，从抽采站到达+400m水平南翼回风大巷边缘的瓦斯管路最长，所以按该抽采管路系统计算直管阻力损失。主管瓦斯流量按最终规模计算，以满足抽采泵选型的要求。抽采管道直管阻力损失计算见表1。

2093

4.2.2局部阻力损失计算

管路局部阻力损失按直管阻力损失的15%计算，则管路系统的局部阻力损失为：H局总=H直总×0.15=2093×0.15=313.95Pa

4.2.3总阻力损失计算

H总=H直总+H局总=2093+313.95=2406.95Pa

5.抽采泵选型

5.1瓦斯泵流量计算

瓦斯泵流量按下式计算：Qb= K

式中Qb—标准状态下抽采泵的计算流量（m3/min）；Q—10～15年内最大的设计瓦斯抽采量（m3/min）；X—抽采泵入口处预计的瓦斯浓度（%）；η—泵的机械效率（%），可取80%；K—抽采能力富余系数，可取1.2～1.8。

移动式瓦斯抽采泵站，抽采纯瓦斯量为6m3/min，则代入上式计算：Q=20m3/min。

5.2瓦斯泵压力计算

根据前面的管路阻力损失计算得知，抽采管路系统的总阻力损失为2406.95Pa，则：H泵=（H总+H孔+H正）·K=22088.35Pa

根据当地气象资料，井下移动式瓦斯抽采站的压力为90650Pa，因此泵站入口绝对压力为90650-22088.35=68561.65Pa。则实际泵入口压力为69KPa。

根据上述计算结果，查有关厂家的真空泵曲线，即可确定抽采泵的型号。因目前我国的真空泵曲线都是按工况状态下的流量绘制的，所以还需把标准状态下的抽采泵流量换算成工况状态下的流量。取瓦斯泵入口温度t=20℃，则算得工况状态下流量Qg=29.37m3/min。

通过国内市场调查，建议选用ZWY-33/55-G型矿用移动式瓦斯抽放泵站。设计安装2台ZWY-33/55-G型矿用移动式瓦斯抽放泵站，1台运行，1台备用。

6.结语

提出了矿井基建期间巷道掘进时移动式瓦斯抽采系统方案，在抽采方法的选择，以及抽采系统阻力、管径的计算、抽采设备的选型等方面做了深入的分析和设计，给出了明确要求；并对移动式瓦斯抽采系统的管材的选择提出了建议；根据余吾煤业现有的地质资料，计算预测了南风井每分钟矿井瓦斯涌出量，分析了移动式瓦斯抽采系统抽采规模。

参考文献：

[1]余吾煤业瓦斯地质报告[R].山西潞安集团余吾煤业有限责任公司.2012.12.

[2]袁光明、.逢春煤矿扩建后瓦斯抽采系统设计与应用[J].现代商贸工业2012.4

[3]王德明.矿井通风与安全[M].徐州：中国矿业大学出版社，2007.10.

作者简介：

袁光明，男，硕士，讲师，现就职于重庆工程职业技术学院，主要从事采矿工程专业教学与科研工作。