基于能量理論的瓦斯抽采系統優化研究

魏少勛

山西冀中能源集團礦業有限責任公司

基于能量理論的瓦斯抽采系統優化研究

魏少勛

山西冀中能源集團礦業有限責任公司

當前在全國總儲量中高瓦斯礦井、突出礦井煤炭儲量幾乎占到了一半以上，但是多數煤層的透氣性比較差，高瓦斯煤層低滲透性成為嚴重制約瓦斯抽采的瓶頸。低透氣性煤對瓦斯的吸附能力很強，對于瓦斯抽采來說非常不利，雖然很多高瓦斯礦井中紛紛建立瓦斯抽采系統，但是從整體上來看抽采效果不佳，因此很多企業在生產過程中出現一系列事故。據此，本文基于基于能量理論的優化瓦斯抽采系統。

能量理論；瓦斯抽采系統；優化

在采掘之前，需要預先將煤層瓦斯抽出來，這時當前眾多瓦斯災害防治措施中比較有效的一種，應用這種措施可以從最大程度上降低瓦斯事故的發生率，瓦斯事故率是否降低通常以瓦斯抽放系統能力作為一項重要指標。隨著近年來煤礦開采技術的快速發展，突出礦井、瓦斯很多技術上的難題得到了解決，然而從總體上來看我國瓦斯抽采始終存在很多問題，例如抽采系統不匹配、煤層透氣性低、地質條件復雜、抽采鉆孔不達標等，其中抽采系統不匹配是最為關鍵的一項因素，然而目前尚未形成一套有效的評價方法，這種情況下建立起一套方法科學核定礦井瓦斯抽采系統能力顯得尤為重要。

1 工程背景

某煤礦為該地區一座大型現代化礦井，現在3號煤層開采工作正如火如荼的進行，煤礦升級工作在2008年完成，核定生產能力為3.00Mt/a，3號煤層為主采，為氣煤層，原始地面系統為天然氣開采高、低負壓混合開采的模式。礦井瓦斯開采工程的設計與相關標準并不是一致的，純瓦斯抽采為35m/min，整個抽采效率很低，不能滿足當前煤礦安全生產的需要，而且對瓦斯的利用也非常不利。3號煤層7607運輸巷抽樣，原地面天然氣開采系統的服務范圍是76年，78個礦區，最大相對瓦斯涌出量為50.76 m / t，同時最大絕對瓦斯涌出量為321m/min。

該煤礦現有瓦斯抽采站2個，井下移動式抽采站、老地面瓦斯抽采站，二者均為76，78礦區服務，瓦斯抽采井下移動抽采站位于在回風巷76采區中，目前抽采瓦斯的純量是10m3/min，舊地面瓦斯抽采站在工業場地中，現在抽采瓦斯純量是35m3/min，其泵站抽采的濃度是12.5%，混合流量為280m3/min。目前該系統的抽采能力幾乎已經達到了飽和程度，高低負壓混合抽采同時進行，從瓦斯利用角度來看，這是非常不利的。當前井下瓦斯主要抽采地點有7602、7806、7607，共有回采工作面采前預抽、掘進工作面邊掘邊抽等抽采方法。

2 能量理論條件下的瓦斯抽采系統升級改造

目前該瓦斯抽采泵站改擴建工程已經正式安全調試投運，新泵站初期投入開放1臺高和低負壓，為了滿足礦山生產的實際需要，后期還要在煤層增加排水鉆孔，同時運行2個高負壓泵，當前高負壓1運行時，監測混合氣體流量是253m/min，這時抽采負壓58kpa，抽采純量是53m/min，提取濃度是21%;低負壓1運行，混合氣體流量的監測值是146m/min，這時抽采負壓是43kpa，抽采純量為22m/ min，提取濃度為15%。新泵站項目正式投入生產運營，總氣體混合流量約為400m/min，為舊站的1.5倍，抽采瓦斯量明顯提升。

井下管路采用瓦斯強化抽采技術，改擴建過程中進行提壓處理，對前后節頭負壓的道路進行實際測試，管提壓系統區段主管路D點區域抽采負壓值并未增加，為- 136 pa，單孔抽采量基本上0 m / min后，管道壓力系統修改及改造之后，CD段主管路部分共布置了四個點，對抽采負壓與單孔抽采量進行監測，從監測結果中可以看出，增壓管路系統改造之后，區段主管路低效、無效抽采區域中抽采負壓、單孔抽采量均顯著提升。角度測量氣體濃度可以控制在0.56% ~ 0.75%之間，基本上沒有超限的情況。大量的實踐表明，該技術的應用大大增加瓦斯抽采量、排水時間明顯減少，煤層氣體排放量也明顯降低。

地面瓦斯抽采系統經過系統升級之后，其平均瓦斯濃度顯著升高，目前實測其瓦斯濃度已經超過18.9%，同時針對高低負壓進行了加壓與脫水等處理方式，并網利用的目標得到了實現。瓦斯抽采系統升級優化之后，低濃度瓦斯發電系統于工業區建造，系統中一共配備了機組4臺、2備2臺，其平均日利用量、平均日發電量均達到了相關要求。

結語：

通過現場測試、數據處理及分析可見，工業區瓦斯抽采系統升級優化以后，不僅節約了大量瓦斯治理成本，同時對原有管路、發電設備進行了很好的利用，極大的避免了資源浪費與重復性建設，礦井瓦斯超限問題得到了很好的解決，從整體上來看瓦斯抽采率顯著提升。升級優化過程中分別建立了高低負壓雙瓦斯抽采系統，礦井瓦斯分支抽采量達到了標準，應用程序得到優化以后，瓦斯抽放量大大提高、同時首次擴張系統容量達到了原來的1.5倍，舊系統質量顯著提升，煤層氣排水時間顯著縮短，透氣性煤層開采工作面的瓦斯突出、不標準等相關問題都得到了解決。此外，高低濃度瓦斯分源抽采實現以后，瓦斯的利用更加具有針對性，高濃度瓦斯并網利用以后，低濃度瓦斯用來發電，從整體上來看，瓦斯利用效果大大提升，還體現了一定的環保價值。

[1]李曉紅，王曉川，康勇，袁波，方珍龍，李登，胡毅.煤層水力割縫系統過渡過程能量特性與耗散[J].煤炭學報，2014，(08)：1404-1408.

[2]潘紅宇，索亮，李樹剛，林海飛，李志梁.不同采高上保護層開采卸壓效應的UDEC數值模擬研究[J].湖南科技大學學報(自然科學版)，2013，(03)：6-11.

[3]邸學勤，梁躍強，李超群，董露鋼.大寧煤礦瓦斯地質規律及防治措施研究[J].中國煤炭，2013，(05)：97-100.

[4]商登瑩，董露鋼，呂鵬飛，趙樹德.松樹鎮煤礦瓦斯地質規律及瓦斯防治措施研究[J].煤炭科學技術，2012，(11)：61-65.