东峰煤矿瓦斯抽采系统管网优化

王大军

（山西兰花集团东峰煤矿有限公司，山西 晋城 048001）

1 工程概况

东峰煤矿位于山西省高平市，由《东峰煤矿2013～2016年瓦斯等级鉴定情况表》可以得知该矿属于高瓦斯矿井。东峰煤矿现开采3号煤层，全井田划分为4个采区，3号煤层采用综采放顶煤开采工艺，现开采二采区，设计布置一个长205m的长壁综放工作面。经两次瓦斯含量现场测定，煤层瓦斯含量范围为3.33～8.72m3/t，瓦斯含量变化较大。

东峰煤矿3号煤层采用顺层平行钻孔进行预抽及边采边抽，为了更好地提高抽采瓦斯效果，现针对3号煤层二采区进行瓦斯抽采系统管网管径确定。

2 瓦斯管路敷设现状及方案比较

2.1 瓦斯抽采系统方案比较

按照矿井的开采规划，东峰煤矿通风系统采用分区对角式通风。一采区由良户风井服务，二采区和三采区由中期进、回风井服务，四采区由后期的回风井服务。目前良户风井瓦斯抽采泵站服务于一采区生产，泵站运行情况良好。若利用良户风井回风井服务于二采区，将来通风路线较长，管路阻力损失较大，且良户风井泵站内瓦斯抽采泵不能满足二采区和三采区安全生产的需要，同时一采区结束后还要维护一采区的巷道，按照计划一采区回采结束后，良户风井将关闭。同时根据矿井规划，中期回风井将在2017年施工到位，在中期回风井安设瓦斯抽放系统能够实现，既缩短了管路铺设长度，减小了设备的投入，同时减小了管路阻力损失。

综合以上分析，本次设计在中期回风井工业广场建立瓦斯抽采泵站，与原设计一致，服务于二采区和三采区。本次设计泵站具备两套系统，一套为高负压系统，用于回采工作面的抽采；另一套为低负压系统，用于采空区瓦斯抽采。

2.2 二采区管路敷设

（1）低负压系统

现采空区→工作面运输顺槽→回风上山→总回风巷→中期回风立井→地面泵站→放空（或储气罐）

老采空区→工作面轨道顺槽→回风上山→总回风巷→中期回风立井→地面泵站→放空（或储气罐）

高位钻孔→工作面运输顺槽→回风上山→总回风巷→中期回风立井→地面泵站→放空（或储气罐）

（2）高负压系统

回采工作面瓦斯抽采钻孔→工作面运输顺槽→回风上山→总回风巷→中期回风立井→地面泵站→放空（或储气罐）

备用工作面预抽钻孔→工作面回风顺槽→回风上山→总回风巷→中期回风立井→地面泵站→放空（或储气罐）

掘进工作面边掘边抽预抽钻孔→回风上山→总回风巷→中期回风立井→地面泵站→放空（或储气罐）

3号煤层二采区瓦斯管路敷设系统如图1所示。

图1 二采区瓦斯抽采瓦斯管路敷设系统图

3 瓦斯抽采管径选择

3.1 瓦斯管路计算

管路尺寸选择与设计的瓦斯抽采流量有关，瓦斯抽采管径计算如式（1）：

式中：

D-瓦斯抽采管内径，m；

Q-抽采管内混合瓦斯流量，m3/min；

V-抽采管内瓦斯平均流速，取经济流速为5～12m/s。

本矿井3号煤层二采区主要瓦斯管路系统如下：

高负压抽采系统：

（1）地面瓦斯抽采管路、中期回风立井管路为主管高；

（2）二采区回风上山瓦斯抽采管路为干管高；

（3）回采工作面瓦斯抽采管路为支管高1；

（4）备用工作面瓦斯抽采管路为支管高2；

（5）掘进工作面瓦斯抽采管路为支管高3、支管高4；

低负压抽采系统：

（1）地面瓦斯抽采管、中期回风立井管路为主管低；

（2）二采区回风上山瓦斯抽采管路为干管低；

（3）采空区埋管瓦斯抽采为支管路低1；

（4）两个老采空区埋管瓦斯抽采分别为支管路低2、支管低3。

依据二采区工作面的瓦斯抽采量结果，低负压系统主要进行现采空区、工作面采空区和老采空区抽采，抽采浓度为15%，最大抽采纯量为8.59m3/min；高负压系统抽采浓度为20%，最大抽采纯量为11.43m3/min。可由上式计算得到瓦斯抽采管路的管径见表1和表2所示。

表1 二采区高负压预抽瓦斯管径计算表

表2 二采区低负压预抽瓦斯管径计算表

3.2 管材的管径确定

井下抽采管道多选用钢管和镀锌螺旋管，根据不同的地点选用不同规格的管材。设计二采区生产时期选用的管材及规格为表3和表4所示。

表3 二采区高负压预抽瓦斯管材、规格选择表

表4 二采区低负压预抽瓦斯管材、规格选择表

4 瓦斯抽采管网安装

4.1 井下管路安装

（1）工作面瓦斯抽采管路安装

采取侧帮吊挂方式进行工作面管路安装，在运输巷道敷设管路时，应将管路固定在支架上，在巷道人行道支架高度应不小于1.8m，与巷道壁横向距离大于0.1m。

（2）回风大巷管路安装

在回风大巷内安装管路需用0.5m高的混凝土墩支撑，间距6m，管路与回风巷壁侧向距离0.2m，每隔12m在混凝土墩上对管路进行固定，防止侧滑。

（3）钻孔连接装置

钻孔与管路相连的部分称连接装置，连接装置所用的胶管多选用输气胶管和吸水胶管。

4.2 地面管路安装

东峰煤矿生产中期泵站位于中期回风井工业广场，地面平坦，管路敷设比较容易。抽采管路从井下到地面后，全部敷设于地沟内至抽采站。泵站周围的管路考虑维修的方便，敷设于地面。

5 现场应用

东峰煤矿采用如上瓦斯抽采管网系统后，提高了瓦斯抽采效果。二采区生产时期工作面预抽后煤的可解吸瓦斯含量为3.45m3/t，小于6m3/t，符合《煤矿瓦斯抽放基本指标》规定，减少了工作面瓦斯涌出量，提高了矿井安全生产程度和原煤产量。二采区生产时期年可抽出纯瓦斯10.5Mm3，抽出瓦斯可作为煤的伴生能源利用。1m3的瓦斯相当于1.5kg的煤，而采取可折算为原煤15.75t，直接获利约945万元，不但保证了工作面的安全回采，也提高了矿井经济效益。

6 结 语

针对东峰煤矿3号煤层二采区瓦斯含量较高等问题，介绍了3号煤层二采区管路布置现状，进行了两种方案的比较。对二采区抽采管网进行了布置，并通过理论计算选取了合适的管路管材与管径，制定了管路安装技术措施。瓦斯抽采管网系统的建成取得了良好的应用效果。