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[摘 要] 近几年来，伴随着我国社会经济的不断发展，对煤炭需求量也随之而增加，但煤炭生产过程中瓦斯事故极易发生。因此，国家对瓦斯治理有严格要求，相及出台政策、法规、法律和制度。目前，从技术上讲，治理瓦斯行之有效的方法是瓦斯抽采，要进行抽采，抽采泵站是必不可少的。所以，本文首先阐述低浓度瓦斯的应用现状，然后探讨低浓度瓦斯抽采泵站的合理设计。
[关键词]煤矿；低浓度瓦斯；抽采泵站；合理设计
长期以来，煤炭是我国的主要能源，预计在未来二十年时间里，作为我国第一能源的地位也不会改变。据数据不完全统计，我国现有矿井的煤层气资源量达到36亿万立方米，仅次于加拿大和俄罗斯。目前我国矿井开采的煤层气用于供应城镇居民燃烧及电厂发电，已经收到了良好的经济效益及社会效益。但是，我国煤矿在开采过程中，煤体向采掘空间释放的瓦斯，浓度小于1%，都随泛风通过煤矿的风井排向大气。这部分瓦斯浓度低、流量大，利用上目前存在较大难度，反而在大气层产生温室效应。为此，要利用低浓度瓦斯，变害为宝，我认为把低浓度瓦斯，从矿井中抽出来，是我国煤矿当务之急。作为煤矿瓦斯抽采的关键设备——抽采泵站不仅要符合相关规范，而且还应具有较高的安全性及可靠性。现有的抽采泵站在设计上还存在一些问题，需要进一步完善。
一、煤矿低浓度瓦斯的应用现状
煤矿开采中煤体向采掘空间涌出的瓦斯浓度低于1%，《煤矿安全规程》规定，若瓦斯浓度低于25%以下的不得利用。到目前为止，矿井低浓度大多通过风井排向大气或聚积在采掘空间、废弃的巷道内，对低浓度瓦斯没有的合理利用。据相关文献报道，我国对小于6%浓度的瓦斯利用技术要数淮南矿业集团开发的技术最为先进，该技术得到了国家的鉴定。据数据不完全统计，我国共有14个产煤省，只有80多座瓦斯发电站使用该技术，日发电量仅达到420万kwh。另外，我市仅一家煤矿将低浓度的瓦斯稀释或者添加使其浓度在5%以下，将其直接输入到燃煤锅炉中燃烧。这样一来，不仅可降低燃煤量，同时还能够起到助燃及保护环境的效果。另一方面，由于低浓度瓦斯抽采利用技术受到限制，在采空区、工作面上隅角等空隙内积聚，进而威胁煤炭开采工作人员的生命安全。
二、煤矿低浓度瓦斯抽采泵站的合理设计
以湖南冷水江市堑子口煤矿为例，该矿井的生产能力为9万吨/a，井田的可采煤层厚度约为（0.65～7.48）米，平均厚度为4.02米。该矿井采用上下山开拓方式，平硐井口标高+525米，开采标高+680～+451米，井田面积0.288千平方米。煤层为突出煤层，煤尘无爆炸危险，自燃发火倾向等级为不易自燃。为此，根据该矿井实际开采条件、生产规模、瓦斯储量及低浓度瓦斯存在的方式，综合考虑在地面建立一座低浓度瓦斯抽采泵站，该抽采泵站包括抽采设备、出入口系统以及循环水系统、供电、监控系统等，下面对其进行分别阐述：
抽采泵设备的合理选择采则需要满足一下几项条件：首先，抽采设备的压力应有足够能力克服管路系统的最大阻力；其次，其抽采气速率应满足煤矿井抽采量的相关要求；最后，矿井抽采设备必须采用防爆，防火等相关设备，避免由于预防措施不当所引起的安全事故。抽采泵设备的类型有很多，分为往复式压气机、回转鼓风机、水环式真空泵等。一般情况下，采用水环式真空泵，该类抽采泵具有较高的真空度，当气体压送时产生的热量可通过该抽采泵带走，减轻热量；同时结构较简单，运转平稳及可靠；适应矿井煤层透气性低及管路阻力大、瓦斯浓度低的特点。加上该矿井的管路阻力损失为42532 Pa，常压混合流量（150 m3·min-1）、吸入气体温度（22℃），瓦斯浓度（5-10）%，及相对空气密度（0.801 kg/m）。该矿井低浓度瓦斯抽采泵的设计量为每分钟16立方，其功率为45KW，主管径为150MM，管网总长2000米。该抽采泵的入口流量应设计为326.12m3·min-1，吸入绝压应为39412Pa ，排出绝压应为130528Pa。根据管路阻力计算公式：Hi=9.81LiΔQi2/（Kd5），其中Hi表示管路i的阻力（Pa）；Δ表示混合瓦斯对空气的密度比，及Δ=1-0.446c/100；c表示管路内瓦斯浓度（%）；Qi表示管路i的混合瓦斯流量（m3·min-1）；K表示系数；d表示管路内径（cm）。通过计算最终得出该煤矿瓦斯抽采设备应选择2BEC72型号的水环式真空泵，该水环式真空泵每分钟240r，满足该矿井的低浓度瓦斯抽采。另外，在相同的抽气能力下，适宜选择泵体几何尺寸大以及转速低的泵，这主要是因为：较大泵体可以较低转速运行，运行相对较稳定；转速越低表明叶轮线速度越小，而泵磨损就越小，延长使用寿命。
该煤矿瓦斯抽采泵站的出入口系统主要包括放水器、控制阀门、放空管等。其中放水器则采用自动正压及负压放水器，可实现自动放水，进而降低工人的劳动量；控制阀门则采用电动蝶阀，可实现远程及就地监控；放空管则选择直径与瓦斯管路相当的螺旋缝电焊钢管，同时安装高度超过泵房屋脊3米以上；另外，抽采泵站的出入口系统还需要正压、负压传感器及一氧化碳浓度传感器等设备。在该系统设计时，抽放管应采用钢管，并应做好防腐及接地工作，尤其是出口正压端管路，极易与管内壁发生摩擦，产生静电，发生爆炸等，接地一定要充分。
抽采泵站的循环水系统采用水环式真空泵的循环系统，很多抽采泵的设计大多是在地面建设一个循环水池，通过离心水泵将水池中的水送往真空泵，然后将水泵的工作液返回到排回池中，循环反复，可节约用水量。然而，长期使用，极容易造成真空泵片的磨损，水管路的堵塞。为此，鉴于存在的问题，应对循环水系统进行改进。首先，将水循环水系统分为两路分别供给，一路设计为水环式真空泵循环水系统，另一路设计为减速机压力润滑冷却供水系统，通过分别供给可减轻用水压力。如果滿足减速机压力润滑系统的散热条件，减速机的使用可采取风扇冷却。可设置补充水源、热水池及清水池等装置，当循环水通过水环式真空泵流出之后进入到热水池中，达到自然沉淀，沉淀之后清澈的水通过提升泵送往到冷却塔进行降温，进而由冷却塔流入到冷水池；其次，通过冷水塔将其自流入到冷水池中的水，加入一定量的药物后流入清水池中，经离心泵将其送往水环真空泵。通过该种措施不仅提高水环真空泵的的运行效率，而且还可将冷却水与生活用水相连接，经过减速机冷却后可直接排入到热水池中，不用重复利用。
三、结束语
综上所述，煤矿低浓度瓦斯抽采泵站的设计直接影响到瓦斯的利用及矿井的安全。为了满足高效抽采及安全抽采的目的，同时降低抽采泵的维护成本，提高其抽采效益，本文通过对抽采设备、出入口系统以及循环水系统进行设计，合理安全对矿井瓦斯进行抽采。当然，其抽采泵的设计还需进一步的改进，着重分析其存在的相关问题，采取更加合理的改进措施。在后期的研究中还可采用变频调速技术和永磁调速技术，达到节能的目的。
参考文献：
[1]秦博，马宪胜.煤矿低浓度瓦斯抽采泵站设计研究[J].煤炭工程，2012，12（1）：61-63.
[2]廖世清，钟联勇.基于煤矿低浓度瓦斯现状的发电效率改进对策[J].中国科技纵横，2012，（18）：143
[关键词]煤矿；低浓度瓦斯；抽采泵站；合理设计
长期以来，煤炭是我国的主要能源，预计在未来二十年时间里，作为我国第一能源的地位也不会改变。据数据不完全统计，我国现有矿井的煤层气资源量达到36亿万立方米，仅次于加拿大和俄罗斯。目前我国矿井开采的煤层气用于供应城镇居民燃烧及电厂发电，已经收到了良好的经济效益及社会效益。但是，我国煤矿在开采过程中，煤体向采掘空间释放的瓦斯，浓度小于1%，都随泛风通过煤矿的风井排向大气。这部分瓦斯浓度低、流量大，利用上目前存在较大难度，反而在大气层产生温室效应。为此，要利用低浓度瓦斯，变害为宝，我认为把低浓度瓦斯，从矿井中抽出来，是我国煤矿当务之急。作为煤矿瓦斯抽采的关键设备——抽采泵站不仅要符合相关规范，而且还应具有较高的安全性及可靠性。现有的抽采泵站在设计上还存在一些问题，需要进一步完善。
一、煤矿低浓度瓦斯的应用现状
煤矿开采中煤体向采掘空间涌出的瓦斯浓度低于1%，《煤矿安全规程》规定，若瓦斯浓度低于25%以下的不得利用。到目前为止，矿井低浓度大多通过风井排向大气或聚积在采掘空间、废弃的巷道内，对低浓度瓦斯没有的合理利用。据相关文献报道，我国对小于6%浓度的瓦斯利用技术要数淮南矿业集团开发的技术最为先进，该技术得到了国家的鉴定。据数据不完全统计，我国共有14个产煤省，只有80多座瓦斯发电站使用该技术，日发电量仅达到420万kwh。另外，我市仅一家煤矿将低浓度的瓦斯稀释或者添加使其浓度在5%以下，将其直接输入到燃煤锅炉中燃烧。这样一来，不仅可降低燃煤量，同时还能够起到助燃及保护环境的效果。另一方面，由于低浓度瓦斯抽采利用技术受到限制，在采空区、工作面上隅角等空隙内积聚，进而威胁煤炭开采工作人员的生命安全。
二、煤矿低浓度瓦斯抽采泵站的合理设计
以湖南冷水江市堑子口煤矿为例，该矿井的生产能力为9万吨/a，井田的可采煤层厚度约为（0.65～7.48）米，平均厚度为4.02米。该矿井采用上下山开拓方式，平硐井口标高+525米，开采标高+680～+451米，井田面积0.288千平方米。煤层为突出煤层，煤尘无爆炸危险，自燃发火倾向等级为不易自燃。为此，根据该矿井实际开采条件、生产规模、瓦斯储量及低浓度瓦斯存在的方式，综合考虑在地面建立一座低浓度瓦斯抽采泵站，该抽采泵站包括抽采设备、出入口系统以及循环水系统、供电、监控系统等，下面对其进行分别阐述：
抽采泵设备的合理选择采则需要满足一下几项条件：首先，抽采设备的压力应有足够能力克服管路系统的最大阻力；其次，其抽采气速率应满足煤矿井抽采量的相关要求；最后，矿井抽采设备必须采用防爆，防火等相关设备，避免由于预防措施不当所引起的安全事故。抽采泵设备的类型有很多，分为往复式压气机、回转鼓风机、水环式真空泵等。一般情况下，采用水环式真空泵，该类抽采泵具有较高的真空度，当气体压送时产生的热量可通过该抽采泵带走，减轻热量；同时结构较简单，运转平稳及可靠；适应矿井煤层透气性低及管路阻力大、瓦斯浓度低的特点。加上该矿井的管路阻力损失为42532 Pa，常压混合流量（150 m3·min-1）、吸入气体温度（22℃），瓦斯浓度（5-10）%，及相对空气密度（0.801 kg/m）。该矿井低浓度瓦斯抽采泵的设计量为每分钟16立方，其功率为45KW，主管径为150MM，管网总长2000米。该抽采泵的入口流量应设计为326.12m3·min-1，吸入绝压应为39412Pa ，排出绝压应为130528Pa。根据管路阻力计算公式：Hi=9.81LiΔQi2/（Kd5），其中Hi表示管路i的阻力（Pa）；Δ表示混合瓦斯对空气的密度比，及Δ=1-0.446c/100；c表示管路内瓦斯浓度（%）；Qi表示管路i的混合瓦斯流量（m3·min-1）；K表示系数；d表示管路内径（cm）。通过计算最终得出该煤矿瓦斯抽采设备应选择2BEC72型号的水环式真空泵，该水环式真空泵每分钟240r，满足该矿井的低浓度瓦斯抽采。另外，在相同的抽气能力下，适宜选择泵体几何尺寸大以及转速低的泵，这主要是因为：较大泵体可以较低转速运行，运行相对较稳定；转速越低表明叶轮线速度越小，而泵磨损就越小，延长使用寿命。
该煤矿瓦斯抽采泵站的出入口系统主要包括放水器、控制阀门、放空管等。其中放水器则采用自动正压及负压放水器，可实现自动放水，进而降低工人的劳动量；控制阀门则采用电动蝶阀，可实现远程及就地监控；放空管则选择直径与瓦斯管路相当的螺旋缝电焊钢管，同时安装高度超过泵房屋脊3米以上；另外，抽采泵站的出入口系统还需要正压、负压传感器及一氧化碳浓度传感器等设备。在该系统设计时，抽放管应采用钢管，并应做好防腐及接地工作，尤其是出口正压端管路，极易与管内壁发生摩擦，产生静电，发生爆炸等，接地一定要充分。
抽采泵站的循环水系统采用水环式真空泵的循环系统，很多抽采泵的设计大多是在地面建设一个循环水池，通过离心水泵将水池中的水送往真空泵，然后将水泵的工作液返回到排回池中，循环反复，可节约用水量。然而，长期使用，极容易造成真空泵片的磨损，水管路的堵塞。为此，鉴于存在的问题，应对循环水系统进行改进。首先，将水循环水系统分为两路分别供给，一路设计为水环式真空泵循环水系统，另一路设计为减速机压力润滑冷却供水系统，通过分别供给可减轻用水压力。如果滿足减速机压力润滑系统的散热条件，减速机的使用可采取风扇冷却。可设置补充水源、热水池及清水池等装置，当循环水通过水环式真空泵流出之后进入到热水池中，达到自然沉淀，沉淀之后清澈的水通过提升泵送往到冷却塔进行降温，进而由冷却塔流入到冷水池；其次，通过冷水塔将其自流入到冷水池中的水，加入一定量的药物后流入清水池中，经离心泵将其送往水环真空泵。通过该种措施不仅提高水环真空泵的的运行效率，而且还可将冷却水与生活用水相连接，经过减速机冷却后可直接排入到热水池中，不用重复利用。
三、结束语
综上所述，煤矿低浓度瓦斯抽采泵站的设计直接影响到瓦斯的利用及矿井的安全。为了满足高效抽采及安全抽采的目的，同时降低抽采泵的维护成本，提高其抽采效益，本文通过对抽采设备、出入口系统以及循环水系统进行设计，合理安全对矿井瓦斯进行抽采。当然，其抽采泵的设计还需进一步的改进，着重分析其存在的相关问题，采取更加合理的改进措施。在后期的研究中还可采用变频调速技术和永磁调速技术，达到节能的目的。
参考文献：
[1]秦博，马宪胜.煤矿低浓度瓦斯抽采泵站设计研究[J].煤炭工程，2012，12（1）：61-63.
[2]廖世清，钟联勇.基于煤矿低浓度瓦斯现状的发电效率改进对策[J].中国科技纵横，2012，（18）：143