地面瓦斯抽采泵站三防系統(tǒng)改造優(yōu)化

［摘 要］地面瓦斯泵站是高突礦井的核心必備設(shè)施，為保證瓦斯泵站系統(tǒng)的安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)實(shí)時(shí)保護(hù)、實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)、實(shí)時(shí)檢修、維修的目標(biāo)，對現(xiàn)有抽采管路改造優(yōu)化合并成并聯(lián)的上隅角瓦斯抽采管路系統(tǒng)，新增了1 套并聯(lián)的預(yù)抽瓦斯抽采管路系統(tǒng)，完成了地面泵站3 套抽采系統(tǒng)三防保護(hù)裝置的雙系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行，達(dá)到了并行工作、互為備用的效果。

［關(guān)鍵詞］地面瓦斯泵站；三防裝置；改造優(yōu)化；并聯(lián)系統(tǒng)

［中圖分類號］TD712.6 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）03–0024–03

對于高突礦井瓦斯抽采是重中之重，作為瓦斯抽采核心設(shè)施的地面瓦斯泵站，其安全穩(wěn)定運(yùn)行是礦井的重要保障，而管路三防（阻爆、泄爆、抑爆）設(shè)施是保證瓦斯泵站安全的關(guān)鍵裝備。為有效阻止瓦斯抽采管路中爆炸火焰向管路進(jìn)口方向傳播，保障地面和井下抽放泵站設(shè)備的安全，在瓦斯抽采管路上不同位置安裝阻火泄爆裝置。當(dāng)爆炸火焰到達(dá)時(shí)，通過泄放爆炸能量和水路封鎖，能阻斷火焰?zhèn)鞑1]。實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)裝置運(yùn)行穩(wěn)定可靠，安裝在瓦斯泵站的進(jìn)氣端，可實(shí)現(xiàn)自動補(bǔ)水、防回火、防回氣、防爆的作用[2]。在地面瓦斯泵站的實(shí)際運(yùn)行中，會根據(jù)載荷能力、設(shè)備換代以及能力不足等原因進(jìn)行優(yōu)化改造。文獻(xiàn)[3] 對瓦斯抽放泵站管道間排氣管路進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，對管道間排氣管路進(jìn)行改造并加裝自動噴粉抑爆裝置、水封阻火泄爆裝置和火焰?zhèn)鞲衅鞯龋员ＷC瓦斯輸送管路、設(shè)備和人員的安全。文獻(xiàn)[4] 針對目前瓦斯泵站運(yùn)行中所存在的問題，將由高、低濃度兩套瓦斯抽采系統(tǒng)優(yōu)化改造為高、中、低濃度3 套瓦斯抽采系統(tǒng)，通過現(xiàn)場應(yīng)用，結(jié)果表明改造后瓦斯泵站3 套瓦斯抽采系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定良好，可提高瓦斯利用率，降低瓦斯排空率。地面瓦斯泵站系統(tǒng)不是建成后一勞永逸，而是根據(jù)行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的完善、技術(shù)裝備的升級以及礦井自身的抽采系統(tǒng)安全的需要進(jìn)行不斷的升級改造，以保證瓦斯抽采系統(tǒng)安全性萬無一失。

1 地面瓦斯泵站系統(tǒng)背景

A 煤礦設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力0.90 Mt/a，地面建有永久瓦斯泵站，布置了3 套瓦斯抽采系統(tǒng)：①本煤層預(yù)抽高負(fù)壓瓦斯抽采系統(tǒng)，用于本煤層預(yù)抽瓦斯；②采空區(qū)低負(fù)壓抽采系統(tǒng)，用于現(xiàn)采空區(qū)和老采空區(qū)瓦斯抽采；③上隅角瓦斯低負(fù)壓抽采系統(tǒng)，用于回采工作面上隅角瓦斯抽采。

1.1 高負(fù)壓預(yù)抽系統(tǒng)

預(yù)抽泵型號為2BEC72 型水環(huán)真空泵，單機(jī)額定抽采量為375 m3/min，單機(jī)功率為450 kW，目前運(yùn)行負(fù)壓38 kPa，預(yù)抽泵站地面管路為D 920 mm×10 mm螺旋卷焊鋼管。

1.2 低負(fù)壓抽采系統(tǒng)

采空區(qū)泵型號為2BEC72 型水環(huán)真空泵，單機(jī)功率為450 kW。其中一部分用于老采空區(qū)抽采，目前運(yùn)行負(fù)壓18 kPa。另一部分為綜采工作面上隅角尾部采空區(qū)專用抽采系統(tǒng)，目前運(yùn)行負(fù)壓24 kPa。采空區(qū)泵站地面抽采管路為D 720 mm×10 mm 螺旋卷焊鋼管，上隅角地面瓦斯抽采管路D 920 mm×10 mm螺旋卷焊鋼管）。

泵站內(nèi)6 臺瓦斯泵，為預(yù)抽系統(tǒng)和上隅角系統(tǒng)，泵站建有循環(huán)水泵房給泵站內(nèi)瓦斯泵及三防裝置供水，采空區(qū)泵站建有循環(huán)水泵房向采空區(qū)泵站內(nèi)瓦斯泵及三防裝置供水。泵站場地內(nèi)建有500 m3消防水池，消防泵房內(nèi)有4臺消防泵為泵站場地內(nèi)提供消防用水。

2 瓦斯抽采三防系統(tǒng)存在的問題及改造目標(biāo)

2.1 地面抽放泵站瓦斯抽采三防裝置系統(tǒng)存在的問題

共2 座抽放泵，采空區(qū)抽放泵站進(jìn)、出氣三防裝置為雙系統(tǒng)并聯(lián)，即在進(jìn)氣管路和出氣管路的安全設(shè)施段，進(jìn)、出氣管路各并聯(lián)了兩套抑爆裝置、阻爆裝置和雙筒水封泄爆裝置，每套三防可單獨(dú)運(yùn)行，一用一備，也可以并聯(lián)同時(shí)運(yùn)行，增加系統(tǒng)的可靠性，當(dāng)有1 套三防裝置需要檢修或更換時(shí)，可關(guān)閉此趟管路，開啟另一個(gè)支路，不需要關(guān)閉抽放泵就能保持系統(tǒng)的正常運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的連續(xù)抽采。

另一座泵站內(nèi)安設(shè)了6 臺2BEC72 型瓦斯抽放泵，6 臺泵可互為切換，按需分配分為本煤層預(yù)抽抽采系統(tǒng)和回采面上隅角瓦斯抽采系統(tǒng)，預(yù)抽高負(fù)壓系統(tǒng)有一趟進(jìn)氣和出氣管路，每趟進(jìn)、出氣管路連接了1 套抑爆、阻爆、泄爆三防裝置；上隅角低負(fù)壓系統(tǒng)有1趟進(jìn)氣和出氣管路，每趟進(jìn)、出氣管路連接了1套抑爆、阻爆、泄爆三防裝置；每趟抽采管路對應(yīng)安裝1 套三防裝置，即單趟管路單三防系統(tǒng)模式，單系統(tǒng)模式優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡單，缺點(diǎn)就是系統(tǒng)抗風(fēng)險(xiǎn)能力和持續(xù)性能力較弱，只要三防裝置其中的任何一個(gè)設(shè)備發(fā)生故障或損耗需要維修或者更換時(shí)，必須停掉整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)救，而系統(tǒng)停止對于高突礦井來說會帶來無法承受的瓦斯風(fēng)險(xiǎn)隱患。

2.2 瓦斯泵站三防裝置系統(tǒng)改造目標(biāo)

（1）盡量利用現(xiàn)有系統(tǒng)及附屬設(shè)施，降低成本不浪費(fèi)。

（2）采空區(qū)三防裝置系統(tǒng)符合要求，維持現(xiàn)狀。

（3）上隅角抽采系統(tǒng)利用現(xiàn)有的4 趟DN900 管路進(jìn)行改造，形成進(jìn)、出氣的三防裝置的雙系統(tǒng)布置方式。

（4）新增2 趟預(yù)抽系統(tǒng)DN900 進(jìn)氣管路及三防裝置，形成雙系統(tǒng)；新增2 趟預(yù)抽系統(tǒng)DN900 出氣管路及三防裝置，形成雙系統(tǒng)，新增管路管徑同原管路一致。

2.3 抽放泵站三防裝置改造的可行性

2.3.1改造工程基本不影響現(xiàn)有系統(tǒng)運(yùn)行

預(yù)抽系統(tǒng)室外安全設(shè)施段布置在泵房廣場內(nèi)，有足夠的空間和時(shí)間進(jìn)行管路及附屬裝置安設(shè)工作；對上隅角抽采系統(tǒng)進(jìn)行改造對接，可短時(shí)間內(nèi)完成，同時(shí)實(shí)現(xiàn)預(yù)抽系統(tǒng)主管路與新系統(tǒng)的對接，完成最終的改造。

2.3.2并聯(lián)雙系統(tǒng)后安全、維修有保障

并聯(lián)兩趟帶有三防管路的進(jìn)、出氣主管后，兩趟并聯(lián)管路可單獨(dú)運(yùn)行，也可同時(shí)運(yùn)行，同時(shí)運(yùn)行時(shí)，可降低管網(wǎng)阻力，降低管路流量流速，有利于雙筒水封泄爆裝置保持水位，安全運(yùn)行。

并聯(lián)管路上的三防裝置如需維修、保養(yǎng)或者更換時(shí)，此管路兩側(cè)閥門關(guān)閉，另一并聯(lián)支路開啟，實(shí)現(xiàn)無縫切換，對抽采系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行無任何影響。

3 地面瓦斯泵站抽采管路三防系統(tǒng)改造優(yōu)化方案

3.1 上隅角低負(fù)壓抽采管路三防系統(tǒng)改造優(yōu)化

上隅角低負(fù)壓抽采系統(tǒng)和預(yù)抽高負(fù)壓抽采系統(tǒng)各有獨(dú)自的管道間，管道間都各敷設(shè)1 趟DN900 mm 管徑的進(jìn)氣和出氣抽采管路，即兩個(gè)管道間4 趟相同的抽采管路，且每趟抽采管路都安設(shè)有抑爆、阻爆和泄爆三防裝置，即4 套三防裝置。將上隅角低負(fù)壓抽采系統(tǒng)改造成雙系統(tǒng)并聯(lián)管路連接，即需要4 趟支路以及4 套三防裝置，其中兩趟支路用于進(jìn)氣管路，兩趟支路用于出氣管路。根據(jù)上述現(xiàn)有的兩個(gè)管道間管路和三防裝置數(shù)量，按照盡量利用現(xiàn)有設(shè)施的原則，將上隅角低負(fù)壓管道間的兩趟抽采管路改造成上隅角系統(tǒng)的進(jìn)氣管路，原上隅角進(jìn)、出氣管路安全設(shè)施段前端合并，原出氣管路連接上隅角進(jìn)氣管路，安全設(shè)施段后端合并，原出氣管路連接上隅角進(jìn)氣管路，形成新的上隅角進(jìn)氣管路三防雙系統(tǒng)，即1 趟進(jìn)氣管路中間并聯(lián)兩趟支路分支的三防系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，三防裝置的重新布局以后，將相應(yīng)位置的電動閥門進(jìn)行移位即可。上隅角管路系統(tǒng)管道間布置如圖1 所示。

將現(xiàn)有的本煤層預(yù)抽高負(fù)壓系統(tǒng)管道間的兩趟抽采管路改造成上隅角系統(tǒng)的兩趟出氣管路，原預(yù)抽高負(fù)壓系統(tǒng)的進(jìn)、出氣管路安全設(shè)施段前端合并，原進(jìn)氣管路連接預(yù)抽系統(tǒng)出氣管路，安全設(shè)施段后端合并，原進(jìn)氣管路連接預(yù)抽系統(tǒng)出氣管路，形成新的預(yù)抽系統(tǒng)出氣管路三防雙系統(tǒng)，即1 趟出氣管路中間并聯(lián)兩趟支路分支的三防系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，三防裝置的重新布局以后，將相應(yīng)位置的電動閥門進(jìn)行移位即可。同時(shí)也要對放空管進(jìn)行縮減，由原來的4 趟管路4 個(gè)放空管改造成2 趟管路2 個(gè)放空管，改造放空管時(shí)需要拆除相應(yīng)位置屋頂，安裝后恢復(fù)。

3.2 預(yù)抽高負(fù)壓抽采系統(tǒng)三防裝置改造優(yōu)化方案

上隅角高負(fù)壓抽采系統(tǒng)利用現(xiàn)有設(shè)施改造完成后，已經(jīng)沒有管路和設(shè)備供預(yù)抽高負(fù)壓系統(tǒng)所用，只能選擇一處位置進(jìn)行預(yù)抽系統(tǒng)改造，新系統(tǒng)管路繼續(xù)沿用原來的DN900 mm 管路，新增預(yù)抽管路系統(tǒng)采用一主管兩支路并聯(lián)的雙系統(tǒng)三防裝置布置模式，根據(jù)GB40881—2021《煤礦瓦斯安全輸送保障系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》，地面瓦斯抽采管路及三防裝置布置方式有兩種，分別為有旁通管設(shè)計(jì)和無旁通管設(shè)計(jì)，按照三防裝置雙系統(tǒng)改造目標(biāo)的要求，分別按兩種方案進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，一種為有旁通管的方案一，另一種為無旁通管的方案二。通過設(shè)計(jì)方案可知，方案二的無旁通管模式進(jìn)氣管路不用安裝三防裝置，節(jié)省了設(shè)備采購成本，同時(shí)不用安裝設(shè)備也節(jié)省了空間，因此從成本低、空間小的角度考慮，方案二優(yōu)于方案一。方案一由于進(jìn)、出氣側(cè)采用并聯(lián)支路的三防裝置雙系統(tǒng)，增加了系統(tǒng)的成本投入，但并聯(lián)雙系統(tǒng)的三防系統(tǒng)模式具有高度的安全性，可互為備用，維修、更換三防裝置不影響系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行，而方案二一旦旁通管閥門等問題需要更換、維修則影響抽采系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，因此，從安全可靠性角度看，方案一優(yōu)于方案二。根據(jù)GB50471—2018《煤礦瓦斯抽采工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，地面瓦斯抽采泵房入口、出口應(yīng)分別設(shè)放空管，考慮設(shè)置放空管的要求、礦井抽采管路三防裝置安全可靠性及瓦斯利用，確定選擇方案一的布置方式。

根據(jù)方案一要求，新增的預(yù)抽高負(fù)壓管路并聯(lián)三防雙系統(tǒng)在進(jìn)氣管路安全設(shè)施段安裝一主管兩支路的并聯(lián)三防系統(tǒng)，其中阻爆裝置1 臺，選用DN900型管道阻爆裝置， 管道抑爆裝置1 臺選用GY2-2型，水封泄爆裝置兩臺選用DN1400 mm 型。新增的預(yù)抽高負(fù)壓管路并聯(lián)三防雙系統(tǒng)在出氣管路安全設(shè)施段安裝一主管兩支路的并聯(lián)三防系統(tǒng)，其中阻爆裝置1 臺，選用DN900 型管道阻爆裝置，管道抑爆裝置1 臺選用GY2-2 型，水封泄爆裝置兩臺選用DN1400 mm 型，形成一趟進(jìn)氣兩套三防，一趟出氣兩套三防的雙系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行模式。同時(shí)安裝孔板流量計(jì)人工計(jì)量裝置、管道自動計(jì)量裝置、進(jìn)氣管路布置配氣管，出氣管路布置放空管，新增的預(yù)抽高負(fù)壓系統(tǒng)三防設(shè)施段和配氣管、防空管進(jìn)行防雷保護(hù)，通過避雷針?biāo)姆绞礁采w被保護(hù)區(qū)域。

4 結(jié)束語

文章從高突礦井地面抽采系統(tǒng)的安全可靠性出發(fā)，分析了已有抽采系統(tǒng)存在的管路三防裝置單系統(tǒng)運(yùn)行存在不停泵難以檢修、維修的問題，存在管路氣體流速過高可能造成水封泄爆裝置無法存水，進(jìn)而造成保護(hù)失效的問題。針對以上問題，利用現(xiàn)有的抽采管路系統(tǒng)合并改造成1 套并聯(lián)的上隅角瓦斯抽采管路系統(tǒng)，通過方案比較，在工業(yè)場地內(nèi)新增了1 套并聯(lián)的預(yù)抽瓦斯抽采管路系統(tǒng)，優(yōu)化改造后地面三套瓦斯抽采系統(tǒng)的管路三防保護(hù)都具備了雙系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行能力，對瓦斯抽采系統(tǒng)的保護(hù)能力、實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)能力、實(shí)時(shí)檢修維修能力都有了提升，有效保障了抽采系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定性，為其他礦井抽采系統(tǒng)改造提供了借鑒的思路。

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