工作面瓦斯抽采设备选型研究

杨海平

(阳煤集团通风部， 山西 阳泉市 045000)

矿井瓦斯灾害为当今煤矿非常关注且重点防治的问题，随着技术的不断进步，矿井瓦斯已被各煤矿广泛利用。主要是对瓦斯集聚区进行瓦斯抽采，抽取的瓦斯可供矿井锅炉房和食堂使用，同时，可以供给当地居民用气。不仅解决了开采难题，还可以给矿井带来利益。某煤矿为保证回采工作面瓦斯降到规定限度下，对其工作面进行瓦斯抽采。本文运用理论分析及计算，对其抽采设备进行选型研究。

1 矿井状况

某煤矿为多个煤矿整合而成，现采用一对斜井开拓15号煤层，15号煤位于太原组下段中部，上距12号煤层平均67.96 m。煤层厚度2.70～8.44 m，平均5.84 m，全井田可采，为井田稳定可采煤层。

15号煤回采工作面的需要风量，已远远大于工作面允许通过的最大风量，工作面允许通过的最大风量不能把瓦斯降到规定限度以下，因此需要对回采工作面瓦斯和采空区瓦斯进行综合抽放。目前，矿方已确定抽采方法：

(1) 回采工作面邻近层卸压抽放；

(2) 回采工作面本煤层瓦斯抽采。在回风井工业场地内，建有瓦斯抽采泵站，瓦斯抽采系统为本煤层抽采和邻近层抽采2个系统。

2 邻近层瓦斯抽采设备选型

2.1 瓦斯抽采设备选型

(1) 设计依据。瓦斯最大混合量为135.98 m3/min，浓度为30%；井下抽采管路总阻力12977 Pa；抽采泵站大气压约为94 kPa。

(2) 瓦斯泵参数计算。目前常用的瓦斯泵主要有水环真空泵和湿式罗茨真空泵2种，由于2种泵结构不同，故需用不同的方法对2种泵进行选型计算。

瓦斯泵压力即抽采系统总阻力为：

H=(Hr+Hc)×K=

[(hrm+hrj+hk)+(hcm+hcj+hz)]×K

式中，H为瓦斯泵压力，kPa；Hr为抽采设备入口侧(负压段)10～15年内管路最大阻力损失，Hr取12977 Pa；Hc为抽采设备出口侧(正压段)管路阻力损失，Hc值为4500 Pa；K为抽采能力富裕系数，K取1.5；hrm+hrj+hk为负压段管路最大总阻力与井下抽采钻孔孔口负压之和，值为12977 Pa；hcm+hcj+hz为正压段管路最大总阻力与出口进入瓦斯储气罐压力之和，值为4500 Pa。

抽采泵工况压力：

Pg=Pd-H=94-26.2=67.8 kPa

式中，Pg为抽采泵工况压力；Pd为抽采泵站的大气压力。

标准状态下的瓦斯泵流量为：

Qb=K∑Qc/X/η

式中，Qb为瓦斯泵额定流量，m3/min；∑Qc为抽采最大混合瓦斯量之和，Qc=135.98 m3/min；η为瓦斯泵的机械效率，水环真空泵采用减速器传动方式η取0.8，湿式罗茨真空泵采用电机直联传动方式，η取0.95。

计算得，当采用水环真空泵时Qb=255 m3/min；当湿式采用罗茨真空泵时Qb=208 m3/min。

标准状态下的抽放泵流量换算成工况状态下流量(分别为364.6， 297.4 m3/min)后,查产品样本选择ARG-450W型湿式罗茨真空泵(Q=310.1 m3/min，ΔP=-26.6 KPa，密封水量3 m3/h,选择配套防爆电机185 kW，转速为590 r/min。水环真空泵选择2BEC67：吸气量Q=400 m3/min；转速300 r/min；配500 kW防爆电机；工作循环水量30 m3/h。

(3) 瓦斯泵选型。根据矿井瓦斯抽放量及2种真空泵的优缺点，设计采用2种不同方法分别进行选型计算，依据计算结果及2种泵的性能特点，并考虑设备运行的安全与节能，设计选择ARG-450W湿式罗茨真空泵1台及2BEC67型水环真空泵1台，正常抽放时湿式罗茨泵工作，水环泵备用，瓦斯浓度不稳定时使用水环泵，可以满足矿井邻近层的瓦斯抽放要求。

3 本煤层瓦斯抽采设备选型

(1) 设计依据。瓦斯最大混合量为26 m3/min，浓度14%；井下抽放管路总阻力25693 Pa；抽放泵站大气压约为94 kPa。

(2) 瓦斯泵参数计算。矿井本煤层瓦斯浓度为14%，由于湿式罗茨泵受浓度限制，抽放浓度不得小于25%，故本煤层抽采泵按水环泵进行计算选型。

与邻近层瓦斯泵参数计算相同，经过计算得出瓦斯泵压力为45.3 kPa，抽采泵工况压力为48.7 kPa，标准状况瓦斯泵流量为48.8 m3/min，水环真空泵工况流量为5622 m3/h，

(3) 瓦斯泵选型。根据计算结果，设计选2台2BEC40型水环真空泵，1台工作，1台备用。2BEC40型水环真空泵：吸气量Q=105 m3/min；转速440 r/min；配132 kW防爆电机；密封水量9 m3/h。

4 抽放设备布置及应用

瓦斯抽放站由抽放泵房、辅助间、值班室、三防装置间及配套设施构成。在瓦斯泵房内安装4台瓦斯泵，其中1台2BEC67型水环真空泵及1台ARG-450W型湿式罗茨真空泵，1台工作，1台备用，服务于邻近层瓦斯抽放；2台2BEC40型水环真空泵服务于本煤层瓦斯抽放。另设配套防爆电机、汽水分离器、管路、控制阀门、循环水泵、软化水设备等装置，服务于整个矿井的瓦斯抽放。

经现场实际应用，瓦斯抽放效果良好。