浅谈高瓦斯矿井瓦斯抽采设备选型

王彦敏

（潞安集团余吾煤业有限责任公司，山西 长治 046103）

1 概况

余吾煤业有限责任公司是潞安矿业（集团）公司所属的大型煤炭企业，矿井的年设计生产能力为6.00 Mt.我们知道，矿井高瓦斯区综放面的相对瓦斯涌出量为19.03m3/t·d，绝对瓦斯涌出量达到127.75 m3/min，高瓦斯区矿井相对瓦斯涌出量为34.06 m3/t·d.余吾煤业有限责任公司的矿井就按年设计生产能力为6.0 Mt计算，则矿井绝对瓦斯涌出量为473.06 m3/min，属于高瓦斯矿井。现开采3号煤层，该煤层厚度5.00～7.25 m，平均采厚5.99 m，煤层倾角 3°～5°，平均 4°，特低硫、中灰、低磷、高发热量、高熔点灰分贫煤占大多数，只有矿井西部边界处存在无烟煤。通风方式为混合式（中央并列和中央分列）通风。

根据国家规定，高瓦斯矿井必须建立瓦斯抽采系统。瓦斯抽采系统主要由瓦斯抽采泵站、抽采管路、抽采钻孔三部分组成。其中，瓦斯抽采泵站是整个瓦斯抽采系统的动力源，是制约瓦斯抽采能力的关键因素。因此，进行合理的瓦斯抽采泵站设备选型是瓦斯抽采系统正常运行的前提。

2 瓦斯抽采泵站设备选型应用

瓦斯抽采泵站设备选型主要需进行瓦斯泵流量计算、瓦斯泵压力计算、抽采泵选型等系列步骤，余吾煤业公司瓦斯抽采泵站设备选型具体情况如下：

2.1 确定瓦斯泵流量

在抽放瓦斯系统服务年限内，瓦斯泵流量一定要满足最大抽放量的需要。瓦斯泵流量按下式计算：

式中：Q泵——瓦斯泵的流量，m3/min；

Qz——预计的最大瓦斯抽出量，m3/min；

K——瓦斯抽放综合系数，取1.2；

X——瓦斯泵入口的瓦斯浓度，m3/min，取50%；

η——瓦斯泵的机械效率，取80%.

瓦斯抽放设计规模为280 m3/min，拟采用4台泵并联抽放，则每台泵担负的抽放纯量为70.0 m3/min，将数据分别代入公式（1）得：

Q泵＝70×1.2÷（0.5×0.8）=210 m3/min.

2.2 确定瓦斯泵压力

瓦斯泵压力一定要克服抽放管网系统总阻力损失和保证钻孔有足够的负压，以及能满足泵出口正压之需求。瓦斯泵压力按下式计算：

式中：H泵——瓦斯泵的压力，Pa；

H总——抽放管路总阻力损失，Pa；

H孔——抽放钻孔孔口负压，Pa；

H正——瓦斯泵出口正压，Pa；

K——抽放备用系数，K=1.15.

计算管路阻力损失可以得知（具体计算过程略），矿井抽放管路系统的最大阻力损失为22 114 Pa，取抽放钻孔孔口负压H孔=13 000 Pa、瓦斯泵出口正压H正=3 500 Pa（进罐压力），则瓦斯泵的压力为：

H泵=（22 114+13 000+3 500）×1.15＝44 406 Pa.

泵入口的绝对压力：92 000-44 406=47 594 Pa（抽放站的大气压力为92 000 Pa）。实际取泵入口的绝对压力为48 kPa.

2.3 抽放泵选型

根据上述计算结果，查有关厂家的真空泵曲线，即可确定抽放泵的型号。因目前我国的真空泵曲线都是按工况状态下的流量绘制的，所以还需按下式把标准状态下的抽放泵流量换算成工况状态下的流量。

式中：Q泵工——工况状态下的瓦斯泵流量，m3/min；

Q泵——标准状态下的瓦斯流量，m3/min；

P0——标准大气压力（P0=101 325），Pa；

T0——按瓦斯抽放行业标准规定的标准状态绝对温度（T0=273+20），K；

T——瓦斯泵入口瓦斯的绝对温度（T=273+t），K；

t——瓦斯泵入口瓦斯的温度，℃.

取瓦斯泵入口温度t=20℃，则：Q泵工=210×101 325×293÷（48 000×293）=447.96 m3/min.通过调查国内市场发现，山东淄博水环真空泵厂生产的水环式真空泵符合要求。从淄博水环式真空泵厂提供的水环式真空泵性能曲线查知，选择2BEC72水环式真空泵，泵的转速为240r/min，在48 kPa压力状态下，该泵的工况流量为450 m3/min.

依据以上数据结果，设计安装5台2BEC 72水环式真空泵，4台运转，1台备用。

2BEC 72水环式真空泵配用佳木斯电机厂生产的YB630S－6/560 kW防爆电机，电压10 kV.

3 结束语

余吾煤业有限责任公司西风井工业场地瓦斯抽放系统于2004年10月开始进行初步设计，2005年3月开工建设，2006年4月建成运行至今。抽放系统设计抽放规模为280 m3/min纯瓦斯，满足矿井初期（6.0 Mt/a）生产要求。目前，泵站抽采浓度20%，抽采负压约40 kPa，抽采纯量约126 m3/min，有效地解决了余吾煤业瓦斯问题。