工作面瓦斯抽采設備選型研究

楊海平

(陽煤集團通風部， 山西 陽泉市 045000)

礦井瓦斯災害為當今煤礦非常關注且重點防治的問題，隨著技術的不斷進步，礦井瓦斯已被各煤礦廣泛利用。主要是對瓦斯集聚區進行瓦斯抽采，抽取的瓦斯可供礦井鍋爐房和食堂使用，同時，可以供給當地居民用氣。不僅解決了開采難題，還可以給礦井帶來利益。某煤礦為保證回采工作面瓦斯降到規定限度下，對其工作面進行瓦斯抽采。本文運用理論分析及計算，對其抽采設備進行選型研究。

1 礦井狀況

某煤礦為多個煤礦整合而成，現采用一對斜井開拓15號煤層，15號煤位于太原組下段中部，上距12號煤層平均67.96 m。煤層厚度2.70～8.44 m，平均5.84 m，全井田可采，為井田穩定可采煤層。

15號煤回采工作面的需要風量，已遠遠大于工作面允許通過的最大風量，工作面允許通過的最大風量不能把瓦斯降到規定限度以下，因此需要對回采工作面瓦斯和采空區瓦斯進行綜合抽放。目前，礦方已確定抽采方法：

(1) 回采工作面鄰近層卸壓抽放；

(2) 回采工作面本煤層瓦斯抽采。在回風井工業場地內，建有瓦斯抽采泵站，瓦斯抽采系統為本煤層抽采和鄰近層抽采2個系統。

2 鄰近層瓦斯抽采設備選型

2.1 瓦斯抽采設備選型

(1) 設計依據。瓦斯最大混合量為135.98 m3/min，濃度為30%；井下抽采管路總阻力12977 Pa；抽采泵站大氣壓約為94 kPa。

(2) 瓦斯泵參數計算。目前常用的瓦斯泵主要有水環真空泵和濕式羅茨真空泵2種，由于2種泵結構不同，故需用不同的方法對2種泵進行選型計算。

瓦斯泵壓力即抽采系統總阻力為：

H=(Hr+Hc)×K=

[(hrm+hrj+hk)+(hcm+hcj+hz)]×K

式中，H為瓦斯泵壓力，kPa；Hr為抽采設備入口側(負壓段)10～15年內管路最大阻力損失，Hr取12977 Pa；Hc為抽采設備出口側(正壓段)管路阻力損失，Hc值為4500 Pa；K為抽采能力富裕系數，K取1.5；hrm+hrj+hk為負壓段管路最大總阻力與井下抽采鉆孔孔口負壓之和，值為12977 Pa；hcm+hcj+hz為正壓段管路最大總阻力與出口進入瓦斯儲氣罐壓力之和，值為4500 Pa。

抽采泵工況壓力：

Pg=Pd-H=94-26.2=67.8 kPa

式中，Pg為抽采泵工況壓力；Pd為抽采泵站的大氣壓力。

標準狀態下的瓦斯泵流量為：

Qb=K∑Qc/X/η

式中，Qb為瓦斯泵額定流量，m3/min；∑Qc為抽采最大混合瓦斯量之和，Qc=135.98 m3/min；η為瓦斯泵的機械效率，水環真空泵采用減速器傳動方式η取0.8，濕式羅茨真空泵采用電機直聯傳動方式，η取0.95。

計算得，當采用水環真空泵時Qb=255 m3/min；當濕式采用羅茨真空泵時Qb=208 m3/min。

標準狀態下的抽放泵流量換算成工況狀態下流量(分別為364.6， 297.4 m3/min)后,查產品樣本選擇ARG-450W型濕式羅茨真空泵(Q=310.1 m3/min，ΔP=-26.6 KPa，密封水量3 m3/h,選擇配套防爆電機185 kW，轉速為590 r/min。水環真空泵選擇2BEC67：吸氣量Q=400 m3/min；轉速300 r/min；配500 kW防爆電機；工作循環水量30 m3/h。

(3) 瓦斯泵選型。根據礦井瓦斯抽放量及2種真空泵的優缺點，設計采用2種不同方法分別進行選型計算，依據計算結果及2種泵的性能特點，并考慮設備運行的安全與節能，設計選擇ARG-450W濕式羅茨真空泵1臺及2BEC67型水環真空泵1臺，正常抽放時濕式羅茨泵工作，水環泵備用，瓦斯濃度不穩定時使用水環泵，可以滿足礦井鄰近層的瓦斯抽放要求。

3 本煤層瓦斯抽采設備選型

(1) 設計依據。瓦斯最大混合量為26 m3/min，濃度14%；井下抽放管路總阻力25693 Pa；抽放泵站大氣壓約為94 kPa。

(2) 瓦斯泵參數計算。礦井本煤層瓦斯濃度為14%，由于濕式羅茨泵受濃度限制，抽放濃度不得小于25%，故本煤層抽采泵按水環泵進行計算選型。

與鄰近層瓦斯泵參數計算相同，經過計算得出瓦斯泵壓力為45.3 kPa，抽采泵工況壓力為48.7 kPa，標準狀況瓦斯泵流量為48.8 m3/min，水環真空泵工況流量為5622 m3/h，

(3) 瓦斯泵選型。根據計算結果，設計選2臺2BEC40型水環真空泵，1臺工作，1臺備用。2BEC40型水環真空泵：吸氣量Q=105 m3/min；轉速440 r/min；配132 kW防爆電機；密封水量9 m3/h。

4 抽放設備布置及應用

瓦斯抽放站由抽放泵房、輔助間、值班室、三防裝置間及配套設施構成。在瓦斯泵房內安裝4臺瓦斯泵，其中1臺2BEC67型水環真空泵及1臺ARG-450W型濕式羅茨真空泵，1臺工作，1臺備用，服務于鄰近層瓦斯抽放；2臺2BEC40型水環真空泵服務于本煤層瓦斯抽放。另設配套防爆電機、汽水分離器、管路、控制閥門、循環水泵、軟化水設備等裝置，服務于整個礦井的瓦斯抽放。

經現場實際應用，瓦斯抽放效果良好。