基于能量理论的瓦斯抽采系统优化研究

魏少勋

山西冀中能源集团矿业有限责任公司

基于能量理论的瓦斯抽采系统优化研究

魏少勋

山西冀中能源集团矿业有限责任公司

当前在全国总储量中高瓦斯矿井、突出矿井煤炭储量几乎占到了一半以上，但是多数煤层的透气性比较差，高瓦斯煤层低渗透性成为严重制约瓦斯抽采的瓶颈。低透气性煤对瓦斯的吸附能力很强，对于瓦斯抽采来说非常不利，虽然很多高瓦斯矿井中纷纷建立瓦斯抽采系统，但是从整体上来看抽采效果不佳，因此很多企业在生产过程中出现一系列事故。据此，本文基于基于能量理论的优化瓦斯抽采系统。

能量理论；瓦斯抽采系统；优化

在采掘之前，需要预先将煤层瓦斯抽出来，这时当前众多瓦斯灾害防治措施中比较有效的一种，应用这种措施可以从最大程度上降低瓦斯事故的发生率，瓦斯事故率是否降低通常以瓦斯抽放系统能力作为一项重要指标。随着近年来煤矿开采技术的快速发展，突出矿井、瓦斯很多技术上的难题得到了解决，然而从总体上来看我国瓦斯抽采始终存在很多问题，例如抽采系统不匹配、煤层透气性低、地质条件复杂、抽采钻孔不达标等，其中抽采系统不匹配是最为关键的一项因素，然而目前尚未形成一套有效的评价方法，这种情况下建立起一套方法科学核定矿井瓦斯抽采系统能力显得尤为重要。

1 工程背景

某煤矿为该地区一座大型现代化矿井，现在3号煤层开采工作正如火如荼的进行，煤矿升级工作在2008年完成，核定生产能力为3.00Mt/a，3号煤层为主采，为气煤层，原始地面系统为天然气开采高、低负压混合开采的模式。矿井瓦斯开采工程的设计与相关标准并不是一致的，纯瓦斯抽采为35m/min，整个抽采效率很低，不能满足当前煤矿安全生产的需要，而且对瓦斯的利用也非常不利。3号煤层7607运输巷抽样，原地面天然气开采系统的服务范围是76年，78个矿区，最大相对瓦斯涌出量为50.76 m / t，同时最大绝对瓦斯涌出量为321m/min。

该煤矿现有瓦斯抽采站2个，井下移动式抽采站、老地面瓦斯抽采站，二者均为76，78矿区服务，瓦斯抽采井下移动抽采站位于在回风巷76采区中，目前抽采瓦斯的纯量是10m3/min，旧地面瓦斯抽采站在工业场地中，现在抽采瓦斯纯量是35m3/min，其泵站抽采的浓度是12.5%，混合流量为280m3/min。目前该系统的抽采能力几乎已经达到了饱和程度，高低负压混合抽采同时进行，从瓦斯利用角度来看，这是非常不利的。当前井下瓦斯主要抽采地点有7602、7806、7607，共有回采工作面采前预抽、掘进工作面边掘边抽等抽采方法。

2 能量理论条件下的瓦斯抽采系统升级改造

目前该瓦斯抽采泵站改扩建工程已经正式安全调试投运，新泵站初期投入开放1台高和低负压，为了满足矿山生产的实际需要，后期还要在煤层增加排水钻孔，同时运行2个高负压泵，当前高负压1运行时，监测混合气体流量是253m/min，这时抽采负压58kpa，抽采纯量是53m/min，提取浓度是21%;低负压1运行，混合气体流量的监测值是146m/min，这时抽采负压是43kpa，抽采纯量为22m/ min，提取浓度为15%。新泵站项目正式投入生产运营，总气体混合流量约为400m/min，为旧站的1.5倍，抽采瓦斯量明显提升。

井下管路采用瓦斯强化抽采技术，改扩建过程中进行提压处理，对前后节头负压的道路进行实际测试，管提压系统区段主管路D点区域抽采负压值并未增加，为- 136 pa，单孔抽采量基本上0 m / min后，管道压力系统修改及改造之后，CD段主管路部分共布置了四个点，对抽采负压与单孔抽采量进行监测，从监测结果中可以看出，增压管路系统改造之后，区段主管路低效、无效抽采区域中抽采负压、单孔抽采量均显著提升。角度测量气体浓度可以控制在0.56% ~ 0.75%之间，基本上没有超限的情况。大量的实践表明，该技术的应用大大增加瓦斯抽采量、排水时间明显减少，煤层气体排放量也明显降低。

地面瓦斯抽采系统经过系统升级之后，其平均瓦斯浓度显著升高，目前实测其瓦斯浓度已经超过18.9%，同时针对高低负压进行了加压与脱水等处理方式，并网利用的目标得到了实现。瓦斯抽采系统升级优化之后，低浓度瓦斯发电系统于工业区建造，系统中一共配备了机组4台、2备2台，其平均日利用量、平均日发电量均达到了相关要求。

结语：

通过现场测试、数据处理及分析可见，工业区瓦斯抽采系统升级优化以后，不仅节约了大量瓦斯治理成本，同时对原有管路、发电设备进行了很好的利用，极大的避免了资源浪费与重复性建设，矿井瓦斯超限问题得到了很好的解决，从整体上来看瓦斯抽采率显著提升。升级优化过程中分别建立了高低负压双瓦斯抽采系统，矿井瓦斯分支抽采量达到了标准，应用程序得到优化以后，瓦斯抽放量大大提高、同时首次扩张系统容量达到了原来的1.5倍，旧系统质量显著提升，煤层气排水时间显著缩短，透气性煤层开采工作面的瓦斯突出、不标准等相关问题都得到了解决。此外，高低浓度瓦斯分源抽采实现以后，瓦斯的利用更加具有针对性，高浓度瓦斯并网利用以后，低浓度瓦斯用来发电，从整体上来看，瓦斯利用效果大大提升，还体现了一定的环保价值。

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