淺談高瓦斯礦井瓦斯抽采設(shè)備選型

王彥敏

（潞安集團(tuán)余吾煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 長(zhǎng)治 046103）

1 概況

余吾煤業(yè)有限責(zé)任公司是潞安礦業(yè)（集團(tuán)）公司所屬的大型煤炭企業(yè)，礦井的年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為6.00 Mt.我們知道，礦井高瓦斯區(qū)綜放面的相對(duì)瓦斯涌出量為19.03m3/t·d，絕對(duì)瓦斯涌出量達(dá)到127.75 m3/min，高瓦斯區(qū)礦井相對(duì)瓦斯涌出量為34.06 m3/t·d.余吾煤業(yè)有限責(zé)任公司的礦井就按年設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為6.0 Mt計(jì)算，則礦井絕對(duì)瓦斯涌出量為473.06 m3/min，屬于高瓦斯礦井。現(xiàn)開(kāi)采3號(hào)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(fā)熱量、高熔點(diǎn)灰分貧煤占大多數(shù)，只有礦井西部邊界處存在無(wú)煙煤。通風(fēng)方式為混合式（中央并列和中央分列）通風(fēng)。

根據(jù)國(guó)家規(guī)定，高瓦斯礦井必須建立瓦斯抽采系統(tǒng)。瓦斯抽采系統(tǒng)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(gè)瓦斯抽采系統(tǒng)的動(dòng)力源，是制約瓦斯抽采能力的關(guān)鍵因素。因此，進(jìn)行合理的瓦斯抽采泵站設(shè)備選型是瓦斯抽采系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提。

2 瓦斯抽采泵站設(shè)備選型應(yīng)用

瓦斯抽采泵站設(shè)備選型主要需進(jìn)行瓦斯泵流量計(jì)算、瓦斯泵壓力計(jì)算、抽采泵選型等系列步驟，余吾煤業(yè)公司瓦斯抽采泵站設(shè)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(tǒng)服務(wù)年限內(nèi)，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(jì)算：

式中：Q泵——瓦斯泵的流量，m3/min；

Qz——預(yù)計(jì)的最大瓦斯抽出量，m3/min；

K——瓦斯抽放綜合系數(shù)，取1.2；

X——瓦斯泵入口的瓦斯?jié)舛龋琺3/min，取50%；

η——瓦斯泵的機(jī)械效率，取80%.

瓦斯抽放設(shè)計(jì)規(guī)模為280 m3/min，擬采用4臺(tái)泵并聯(lián)抽放，則每臺(tái)泵擔(dān)負(fù)的抽放純量為70.0 m3/min，將數(shù)據(jù)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(wǎng)系統(tǒng)總阻力損失和保證鉆孔有足夠的負(fù)壓，以及能滿足泵出口正壓之需求。瓦斯泵壓力按下式計(jì)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(fù)壓，Pa；

H正——瓦斯泵出口正壓，Pa；

K——抽放備用系數(shù)，K=1.15.

計(jì)算管路阻力損失可以得知（具體計(jì)算過(guò)程略），礦井抽放管路系統(tǒng)的最大阻力損失為22 114 Pa，取抽放鉆孔孔口負(fù)壓H孔=13 000 Pa、瓦斯泵出口正壓H正=3 500 Pa（進(jìn)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(duì)壓力：92 000-44 406=47 594 Pa（抽放站的大氣壓力為92 000 Pa）。實(shí)際取泵入口的絕對(duì)壓力為48 kPa.

2.3 抽放泵選型

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，查有關(guān)廠家的真空泵曲線，即可確定抽放泵的型號(hào)。因目前我國(guó)的真空泵曲線都是按工況狀態(tài)下的流量繪制的，所以還需按下式把標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的抽放泵流量換算成工況狀態(tài)下的流量。

式中：Q泵工——工況狀態(tài)下的瓦斯泵流量，m3/min；

Q泵——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的瓦斯流量，m3/min；

P0——標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力（P0=101 325），Pa；

T0——按瓦斯抽放行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)絕對(duì)溫度（T0=273+20），K；

T——瓦斯泵入口瓦斯的絕對(duì)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(guò)調(diào)查國(guó)內(nèi)市場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，山東淄博水環(huán)真空泵廠生產(chǎn)的水環(huán)式真空泵符合要求。從淄博水環(huán)式真空泵廠提供的水環(huán)式真空泵性能曲線查知，選擇2BEC72水環(huán)式真空泵，泵的轉(zhuǎn)速為240r/min，在48 kPa壓力狀態(tài)下，該泵的工況流量為450 m3/min.

依據(jù)以上數(shù)據(jù)結(jié)果，設(shè)計(jì)安裝5臺(tái)2BEC 72水環(huán)式真空泵，4臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)，1臺(tái)備用。

2BEC 72水環(huán)式真空泵配用佳木斯電機(jī)廠生產(chǎn)的YB630S－6/560 kW防爆電機(jī)，電壓10 kV.

3 結(jié)束語(yǔ)

余吾煤業(yè)有限責(zé)任公司西風(fēng)井工業(yè)場(chǎng)地瓦斯抽放系統(tǒng)于2004年10月開(kāi)始進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，2005年3月開(kāi)工建設(shè)，2006年4月建成運(yùn)行至今。抽放系統(tǒng)設(shè)計(jì)抽放規(guī)模為280 m3/min純瓦斯，滿足礦井初期（6.0 Mt/a）生產(chǎn)要求。目前，泵站抽采濃度20%，抽采負(fù)壓約40 kPa，抽采純量約126 m3/min，有效地解決了余吾煤業(yè)瓦斯問(wèn)題。