魏少勛

山西冀中能源集團礦業(yè)有限責任公司

基于能量理論的瓦斯抽采系統(tǒng)優(yōu)化研究

魏少勛

山西冀中能源集團礦業(yè)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(shù)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(tǒng)，但是從整體上來看抽采效果不佳，因此很多企業(yè)在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)一系列事故。據(jù)此，本文基于基于能量理論的優(yōu)化瓦斯抽采系統(tǒng)。

能量理論；瓦斯抽采系統(tǒng)；優(yōu)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(fā)生率，瓦斯事故率是否降低通常以瓦斯抽放系統(tǒng)能力作為一項重要指標。隨著近年來煤礦開采技術(shù)的快速發(fā)展，突出礦井、瓦斯很多技術(shù)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(tǒng)不匹配、煤層透氣性低、地質(zhì)條件復雜、抽采鉆孔不達標等，其中抽采系統(tǒng)不匹配是最為關(guān)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(tǒng)能力顯得尤為重要。

1 工程背景

某煤礦為該地區(qū)一座大型現(xiàn)代化礦井，現(xiàn)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(chǎn)能力為3.00Mt/a，3號煤層為主采，為氣煤層，原始地面系統(tǒng)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(shè)計與相關(guān)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(chǎn)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(tǒng)的服務范圍是76年，78個礦區(qū)，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(xiàn)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(qū)服務，瓦斯抽采井下移動抽采站位于在回風巷76采區(qū)中，目前抽采瓦斯的純量是10m3/min，舊地面瓦斯抽采站在工業(yè)場地中，現(xiàn)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(tǒng)的抽采能力幾乎已經(jīng)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(tǒng)升級改造

目前該瓦斯抽采泵站改擴建工程已經(jīng)正式安全調(diào)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(chǎn)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(jiān)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(jiān)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(chǎn)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(shù)，改擴建過程中進行提壓處理，對前后節(jié)頭負壓的道路進行實際測試，管提壓系統(tǒng)區(qū)段主管路D點區(qū)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(tǒng)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(jiān)測，從監(jiān)測結(jié)果中可以看出，增壓管路系統(tǒng)改造之后，區(qū)段主管路低效、無效抽采區(qū)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(shù)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(tǒng)經(jīng)過系統(tǒng)升級之后，其平均瓦斯?jié)舛蕊@著升高，目前實測其瓦斯?jié)舛纫呀?jīng)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(wǎng)利用的目標得到了實現(xiàn)。瓦斯抽采系統(tǒng)升級優(yōu)化之后，低濃度瓦斯發(fā)電系統(tǒng)于工業(yè)區(qū)建造，系統(tǒng)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(fā)電量均達到了相關(guān)要求。

結(jié)語：

通過現(xiàn)場測試、數(shù)據(jù)處理及分析可見，工業(yè)區(qū)瓦斯抽采系統(tǒng)升級優(yōu)化以后，不僅節(jié)約了大量瓦斯治理成本，同時對原有管路、發(fā)電設(shè)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(shè)，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(yōu)化過程中分別建立了高低負壓雙瓦斯抽采系統(tǒng)，礦井瓦斯分支抽采量達到了標準，應用程序得到優(yōu)化以后，瓦斯抽放量大大提高、同時首次擴張系統(tǒng)容量達到了原來的1.5倍，舊系統(tǒng)質(zhì)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(guān)問題都得到了解決。此外，高低濃度瓦斯分源抽采實現(xiàn)以后，瓦斯的利用更加具有針對性，高濃度瓦斯并網(wǎng)利用以后，低濃度瓦斯用來發(fā)電，從整體上來看，瓦斯利用效果大大提升，還體現(xiàn)了一定的環(huán)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(tǒng)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(shù)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(zhì)規(guī)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(zhèn)煤礦瓦斯地質(zhì)規(guī)律及瓦斯防治措施研究[J].煤炭科學技術(shù)，2012，(11)：61-65.