淺談高瓦斯礦井瓦斯抽采設備選型

王彥敏

（潞安集團余吾煤業有限責任公司，山西 長治 046103）

1 概況

余吾煤業有限責任公司是潞安礦業（集團）公司所屬的大型煤炭企業，礦井的年設計生產能力為6.00 Mt.我們知道，礦井高瓦斯區綜放面的相對瓦斯涌出量為19.03m3/t·d，絕對瓦斯涌出量達到127.75 m3/min，高瓦斯區礦井相對瓦斯涌出量為34.06 m3/t·d.余吾煤業有限責任公司的礦井就按年設計生產能力為6.0 Mt計算，則礦井絕對瓦斯涌出量為473.06 m3/min，屬于高瓦斯礦井。現開采3號煤層，該煤層厚度5.00～7.25 m，平均采厚5.99 m，煤層傾角 3°～5°，平均 4°，特低硫、中灰、低磷、高發熱量、高熔點灰分貧煤占大多數，只有礦井西部邊界處存在無煙煤。通風方式為混合式（中央并列和中央分列）通風。

根據國家規定，高瓦斯礦井必須建立瓦斯抽采系統。瓦斯抽采系統主要由瓦斯抽采泵站、抽采管路、抽采鉆孔三部分組成。其中，瓦斯抽采泵站是整個瓦斯抽采系統的動力源，是制約瓦斯抽采能力的關鍵因素。因此，進行合理的瓦斯抽采泵站設備選型是瓦斯抽采系統正常運行的前提。

2 瓦斯抽采泵站設備選型應用

瓦斯抽采泵站設備選型主要需進行瓦斯泵流量計算、瓦斯泵壓力計算、抽采泵選型等系列步驟，余吾煤業公司瓦斯抽采泵站設備選型具體情況如下：

2.1 確定瓦斯泵流量

在抽放瓦斯系統服務年限內，瓦斯泵流量一定要滿足最大抽放量的需要。瓦斯泵流量按下式計算：

式中：Q泵——瓦斯泵的流量，m3/min；

Qz——預計的最大瓦斯抽出量，m3/min；

K——瓦斯抽放綜合系數，取1.2；

X——瓦斯泵入口的瓦斯濃度，m3/min，取50%；

η——瓦斯泵的機械效率，取80%.

瓦斯抽放設計規模為280 m3/min，擬采用4臺泵并聯抽放，則每臺泵擔負的抽放純量為70.0 m3/min，將數據分別代入公式（1）得：

Q泵＝70×1.2÷（0.5×0.8）=210 m3/min.

2.2 確定瓦斯泵壓力

瓦斯泵壓力一定要克服抽放管網系統總阻力損失和保證鉆孔有足夠的負壓，以及能滿足泵出口正壓之需求。瓦斯泵壓力按下式計算：

式中：H泵——瓦斯泵的壓力，Pa；

H總——抽放管路總阻力損失，Pa；

H孔——抽放鉆孔孔口負壓，Pa；

H正——瓦斯泵出口正壓，Pa；

K——抽放備用系數，K=1.15.

計算管路阻力損失可以得知（具體計算過程略），礦井抽放管路系統的最大阻力損失為22 114 Pa，取抽放鉆孔孔口負壓H孔=13 000 Pa、瓦斯泵出口正壓H正=3 500 Pa（進罐壓力），則瓦斯泵的壓力為：

H泵=（22 114+13 000+3 500）×1.15＝44 406 Pa.

泵入口的絕對壓力：92 000-44 406=47 594 Pa（抽放站的大氣壓力為92 000 Pa）。實際取泵入口的絕對壓力為48 kPa.

2.3 抽放泵選型

根據上述計算結果，查有關廠家的真空泵曲線，即可確定抽放泵的型號。因目前我國的真空泵曲線都是按工況狀態下的流量繪制的，所以還需按下式把標準狀態下的抽放泵流量換算成工況狀態下的流量。

式中：Q泵工——工況狀態下的瓦斯泵流量，m3/min；

Q泵——標準狀態下的瓦斯流量，m3/min；

P0——標準大氣壓力（P0=101 325），Pa；

T0——按瓦斯抽放行業標準規定的標準狀態絕對溫度（T0=273+20），K；

T——瓦斯泵入口瓦斯的絕對溫度（T=273+t），K；

t——瓦斯泵入口瓦斯的溫度，℃.

取瓦斯泵入口溫度t=20℃，則：Q泵工=210×101 325×293÷（48 000×293）=447.96 m3/min.通過調查國內市場發現，山東淄博水環真空泵廠生產的水環式真空泵符合要求。從淄博水環式真空泵廠提供的水環式真空泵性能曲線查知，選擇2BEC72水環式真空泵，泵的轉速為240r/min，在48 kPa壓力狀態下，該泵的工況流量為450 m3/min.

依據以上數據結果，設計安裝5臺2BEC 72水環式真空泵，4臺運轉，1臺備用。

2BEC 72水環式真空泵配用佳木斯電機廠生產的YB630S－6/560 kW防爆電機，電壓10 kV.

3 結束語

余吾煤業有限責任公司西風井工業場地瓦斯抽放系統于2004年10月開始進行初步設計，2005年3月開工建設，2006年4月建成運行至今。抽放系統設計抽放規模為280 m3/min純瓦斯，滿足礦井初期（6.0 Mt/a）生產要求。目前，泵站抽采濃度20%，抽采負壓約40 kPa，抽采純量約126 m3/min，有效地解決了余吾煤業瓦斯問題。