胡底煤业瓦斯泵站系统改造方案与应用

韩 葶

(山西晋煤集团 沁水胡底煤业有限公司，山西 晋城 048200)

0 引言

瓦斯是影响煤矿井下安全生产的重大风险隐患，尤其对于煤与瓦斯突出矿井，该类型煤矿井下的安全隐患更为巨大。通过抽采瓦斯可以降低煤炭资源开采过程中的瓦斯涌出量、防止瓦斯超限和瓦斯积聚，是预防瓦斯爆炸和煤与瓦斯突出事故的重要措施，还可变害为利，将瓦斯作为煤炭伴生的资源加以开发利用。瓦斯泵站作为矿井瓦斯抽采系统的核心部分，必须保证矿井瓦斯抽采工作的安全高效稳定运行，从而达到保障矿井正常生产的目的。目前胡底煤业瓦斯泵站在运行中存在运行不稳定、瓦斯利用率低等情况。因此，需要对瓦斯泵站系统进行优化改造，从而达到瓦斯泵站安全高效稳定运行的目的。

1 瓦斯泵站基本情况

胡底煤业隶属山西晋煤集团，地处山西省沁水县西部约40 km的胡底乡一带，交通较为便利，井田面积25.345 9 km2，产能0.60 Mt/a。矿井采用主斜副立的开拓方式，布置有4个井筒。主要开采煤层为3号煤层和15号煤层，目前开采3号煤层。井田整体为一单斜构造，断层无炭柱等构造较为发育，地质构造整体上属于简单类型，水文地质整体上属于中等类型。矿井通风方式采用三进一回，属煤与瓦斯突出矿井，3号煤层瓦斯含量范围为23.2 m3/t～25.8 m3/t。

目前，胡底煤业布置有一座瓦斯泵站，抽采系统为本煤层抽采，瓦斯抽放泵站布置6台2BEC72型水环真空泵，配套电机功率为710 kW，分为高浓度瓦斯抽采系统和低浓度瓦斯抽采系统两套瓦斯抽采系统。其中，高浓度瓦斯抽采系统的瓦斯浓度约40%，低浓度瓦斯抽采系统的瓦斯浓度约7%。布置有两趟进气管路和两趟利用管路，均安装GD3型矿用多参数瓦斯传感器进行瓦斯计量。瓦斯利用分为两个方面：一部分为矿井自用瓦斯，用于胡底煤业的锅炉房、食堂、空调机组等，在锅炉房的进气侧安装GD3型矿用多参数瓦斯传感器进行瓦斯计量；另外一部分输送销售给铭石公司和胡底金驹瓦斯电厂，安装有TBQZ-300C型涡轮流量计和GD3型矿用多参数瓦斯传感器进行瓦斯计量。2018年底，胡底煤业井下瓦斯抽采量为84 991 789 m3，瓦斯利用量为60 776 208 m3，瓦斯排空量为24 215 581 m3，瓦斯利用率约71.12%。

瓦斯泵站在当前运行过程中存在着以下两方面的问题：①高浓度瓦斯抽采系统运行不稳定，由于部分钻场瓦斯浓度下降之后会导致瓦斯整体浓度下降至30%以下，进而影响到瓦斯自用、外输，并造成瓦斯电厂发电机组停机等情况；②低浓度瓦斯抽采系统的低浓度瓦斯被全部排空，不能将该部分瓦斯进行有效利用，因此瓦斯利用效率较低。

2 瓦斯泵站系统改造方案

2.1 改造后的瓦斯泵站系统组成

改造后的瓦斯泵站又增设2台2BEC100型水环真空泵，共6台2BEC72型水环真空泵和2台2BEC100型水环真空泵。优化改造为高浓度瓦斯抽采系统、中浓度瓦斯抽采系统和低浓度瓦斯抽采系统共三套瓦斯抽采系统。图1为改造后的瓦斯泵站系统示意图。

如图1所示的改造后瓦斯泵站三套瓦斯抽采系统中，高浓度瓦斯抽采系统的气源来自于井下定向千米区域模块抽采及普钻区域抽采的高浓瓦斯，其瓦斯浓度值达50%左右，用于供往瓦斯电厂高浓度瓦斯发电、外输销售铭石公司以及胡底煤业锅炉房、食堂、空调机组等本矿自用；中浓度瓦斯抽采系统的气源来自于井下工作面采空区、各打钻地点及本煤层钻孔抽采浓度低于20%的区域，其混合瓦斯浓度值达10%～30%，用于供往瓦斯电厂低浓度瓦斯发电；低浓度瓦斯抽采系统的气源来自于井下工作面上隅角区域，瓦斯浓度值达3%左右，直接将该抽采系统的瓦斯排空。

图1 改造后的瓦斯泵站系统示意图

2.2 改造后的瓦斯泵站设备布置

图2为改造后的瓦斯泵站设备布置示意图。

由于改造前的瓦斯泵站抽采系统中井下进气管路有两趟高浓度瓦斯进气管路和一趟低浓度瓦斯进气管路，为实现高、中、低浓度瓦斯抽采系统同时运行，因此将一趟高浓度瓦斯进气管路改造为中浓度瓦斯进气管路，如图2所示。在中浓度瓦斯抽采系统中增加一趟抽采系统的出气侧安全保障排空系统(防回火、防回气、防爆炸)，新建在现有瓦斯泵房的西侧，并根据三趟抽采系统独立运行需要进行局部改造：将两趟DN1000进气管位置AB和位置CD间管路断开，将位置AD用D1020×10螺旋卷焊钢管连接，位置B封口；位置CE用D1020×10螺旋卷焊钢管连接；并在泵房内大循环管路上增加7个DN1000电动阀门，以便控制气体流向。

图2 改造后的瓦斯泵站设备布置示意图

2.3 改造后的瓦斯泵站技术优势

瓦斯泵站在改造后较改造前具有以下三个方面的技术优势：①高浓度瓦斯抽采系统运行状态稳定，终端连接管路均为顺槽抽采点，从而保证瓦斯浓度稳定；②能够有效利用浓度降低的瓦斯，当瓦斯抽采点的瓦斯浓度降低时，在井下掺入混合浓度较低的瓦斯，从而实现中浓度瓦斯的抽采利用；③两套瓦斯抽采系统优化为三套瓦斯抽采系统，不仅提高了技术层面上的可靠性，而且也可以有效提高瓦斯利用率。

3 瓦斯泵站系统改造效益

通过对瓦斯泵站系统进行改造，所产生的效益主要包括以下两个方面：

(1) 经济效益：通过将瓦斯泵站的高浓度瓦斯抽采系统和低浓度瓦斯抽采系统两套瓦斯抽采系统优化改造为高浓度瓦斯抽采系统、中浓度瓦斯抽采系统和低浓度瓦斯抽采系统三套瓦斯抽采系统，瓦斯利用率由2018年改造前的71.12%提高到2019年改造后的86.28%，瓦斯利用率得到了显著的提高，胡底煤业因此而增加了瓦斯销售和补贴收入。

(2) 社会效益：瓦斯泵站改造后运行稳定良好，在取得了显著经济效益的同时，瓦斯排空率由2018年改造前的28.88%降低到2019年改造后的13.72%，瓦斯排空率的降低在很大程度上对于环境保护可以起到积极的作用，并且在增加瓦斯泵站的水环真空泵后还可以提高瓦斯抽采量，从而在一定程度上降低了井下发生相关瓦斯事故灾害的风险。

4 结语

胡底煤业瓦斯泵站优化改造后，高、中、低浓度三套瓦斯抽采系统运行稳定良好，提高了瓦斯利用率，降低了瓦斯排空率，有利于矿井的安全生产和长治久安，并取得了显著的社会效益和经济效益，对其他煤与瓦斯突出矿井的瓦斯抽采利用具有积极的推广应用意义。