東峰煤礦瓦斯抽采系統管網優化

王大軍

（山西蘭花集團東峰煤礦有限公司，山西 晉城 048001）

1 工程概況

東峰煤礦位于山西省高平市，由《東峰煤礦2013～2016年瓦斯等級鑒定情況表》可以得知該礦屬于高瓦斯礦井。東峰煤礦現開采3號煤層，全井田劃分為4個采區，3號煤層采用綜采放頂煤開采工藝，現開采二采區，設計布置一個長205m的長壁綜放工作面。經兩次瓦斯含量現場測定，煤層瓦斯含量范圍為3.33～8.72m3/t，瓦斯含量變化較大。

東峰煤礦3號煤層采用順層平行鉆孔進行預抽及邊采邊抽，為了更好地提高抽采瓦斯效果，現針對3號煤層二采區進行瓦斯抽采系統管網管徑確定。

2 瓦斯管路敷設現狀及方案比較

2.1 瓦斯抽采系統方案比較

按照礦井的開采規劃，東峰煤礦通風系統采用分區對角式通風。一采區由良戶風井服務，二采區和三采區由中期進、回風井服務，四采區由后期的回風井服務。目前良戶風井瓦斯抽采泵站服務于一采區生產，泵站運行情況良好。若利用良戶風井回風井服務于二采區，將來通風路線較長，管路阻力損失較大，且良戶風井泵站內瓦斯抽采泵不能滿足二采區和三采區安全生產的需要，同時一采區結束后還要維護一采區的巷道，按照計劃一采區回采結束后，良戶風井將關閉。同時根據礦井規劃，中期回風井將在2017年施工到位，在中期回風井安設瓦斯抽放系統能夠實現，既縮短了管路鋪設長度，減小了設備的投入，同時減小了管路阻力損失。

綜合以上分析，本次設計在中期回風井工業廣場建立瓦斯抽采泵站，與原設計一致，服務于二采區和三采區。本次設計泵站具備兩套系統，一套為高負壓系統，用于回采工作面的抽采；另一套為低負壓系統，用于采空區瓦斯抽采。

2.2 二采區管路敷設

（1）低負壓系統

現采空區→工作面運輸順槽→回風上山→總回風巷→中期回風立井→地面泵站→放空（或儲氣罐）

老采空區→工作面軌道順槽→回風上山→總回風巷→中期回風立井→地面泵站→放空（或儲氣罐）

高位鉆孔→工作面運輸順槽→回風上山→總回風巷→中期回風立井→地面泵站→放空（或儲氣罐）

（2）高負壓系統

回采工作面瓦斯抽采鉆孔→工作面運輸順槽→回風上山→總回風巷→中期回風立井→地面泵站→放空（或儲氣罐）

備用工作面預抽鉆孔→工作面回風順槽→回風上山→總回風巷→中期回風立井→地面泵站→放空（或儲氣罐）

掘進工作面邊掘邊抽預抽鉆孔→回風上山→總回風巷→中期回風立井→地面泵站→放空（或儲氣罐）

3號煤層二采區瓦斯管路敷設系統如圖1所示。

圖1 二采區瓦斯抽采瓦斯管路敷設系統圖

3 瓦斯抽采管徑選擇

3.1 瓦斯管路計算

管路尺寸選擇與設計的瓦斯抽采流量有關，瓦斯抽采管徑計算如式（1）：

式中：

D-瓦斯抽采管內徑，m；

Q-抽采管內混合瓦斯流量，m3/min；

V-抽采管內瓦斯平均流速，取經濟流速為5～12m/s。

本礦井3號煤層二采區主要瓦斯管路系統如下：

高負壓抽采系統：

（1）地面瓦斯抽采管路、中期回風立井管路為主管高；

（2）二采區回風上山瓦斯抽采管路為干管高；

（3）回采工作面瓦斯抽采管路為支管高1；

（4）備用工作面瓦斯抽采管路為支管高2；

（5）掘進工作面瓦斯抽采管路為支管高3、支管高4；

低負壓抽采系統：

（1）地面瓦斯抽采管、中期回風立井管路為主管低；

（2）二采區回風上山瓦斯抽采管路為干管低；

（3）采空區埋管瓦斯抽采為支管路低1；

（4）兩個老采空區埋管瓦斯抽采分別為支管路低2、支管低3。

依據二采區工作面的瓦斯抽采量結果，低負壓系統主要進行現采空區、工作面采空區和老采空區抽采，抽采濃度為15%，最大抽采純量為8.59m3/min；高負壓系統抽采濃度為20%，最大抽采純量為11.43m3/min。可由上式計算得到瓦斯抽采管路的管徑見表1和表2所示。

表1 二采區高負壓預抽瓦斯管徑計算表

表2 二采區低負壓預抽瓦斯管徑計算表

3.2 管材的管徑確定

井下抽采管道多選用鋼管和鍍鋅螺旋管，根據不同的地點選用不同規格的管材。設計二采區生產時期選用的管材及規格為表3和表4所示。

表3 二采區高負壓預抽瓦斯管材、規格選擇表

表4 二采區低負壓預抽瓦斯管材、規格選擇表

4 瓦斯抽采管網安裝

4.1 井下管路安裝

（1）工作面瓦斯抽采管路安裝

采取側幫吊掛方式進行工作面管路安裝，在運輸巷道敷設管路時，應將管路固定在支架上，在巷道人行道支架高度應不小于1.8m，與巷道壁橫向距離大于0.1m。

（2）回風大巷管路安裝

在回風大巷內安裝管路需用0.5m高的混凝土墩支撐，間距6m，管路與回風巷壁側向距離0.2m，每隔12m在混凝土墩上對管路進行固定，防止側滑。

（3）鉆孔連接裝置

鉆孔與管路相連的部分稱連接裝置，連接裝置所用的膠管多選用輸氣膠管和吸水膠管。

4.2 地面管路安裝

東峰煤礦生產中期泵站位于中期回風井工業廣場，地面平坦，管路敷設比較容易。抽采管路從井下到地面后，全部敷設于地溝內至抽采站。泵站周圍的管路考慮維修的方便，敷設于地面。

5 現場應用

東峰煤礦采用如上瓦斯抽采管網系統后，提高了瓦斯抽采效果。二采區生產時期工作面預抽后煤的可解吸瓦斯含量為3.45m3/t，小于6m3/t，符合《煤礦瓦斯抽放基本指標》規定，減少了工作面瓦斯涌出量，提高了礦井安全生產程度和原煤產量。二采區生產時期年可抽出純瓦斯10.5Mm3，抽出瓦斯可作為煤的伴生能源利用。1m3的瓦斯相當于1.5kg的煤，而采取可折算為原煤15.75t，直接獲利約945萬元，不但保證了工作面的安全回采，也提高了礦井經濟效益。

6 結 語

針對東峰煤礦3號煤層二采區瓦斯含量較高等問題，介紹了3號煤層二采區管路布置現狀，進行了兩種方案的比較。對二采區抽采管網進行了布置，并通過理論計算選取了合適的管路管材與管徑，制定了管路安裝技術措施。瓦斯抽采管網系統的建成取得了良好的應用效果。