淺議新元礦井建井期間安全高效通風(fēng)技術(shù)

王海鳳

(陽泉煤業(yè)有限責(zé)任公司 安全監(jiān)察局，山西 陽泉 045000)

新元礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為一期300萬t/a。主采3#煤，煤層厚度平均2.5 m，埋藏深度500 m。礦井采用斜井開拓方式，采用無軌膠輪車運(yùn)輸，布置主、副斜井和中央進(jìn)、回風(fēng)立井4個(gè)井筒。礦井屬于高瓦斯礦井,相對瓦斯涌出量為22.62 m3/t，3#煤層預(yù)測具有突出危險(xiǎn)性。

1 新元礦井建設(shè)期瓦斯防治通風(fēng)技術(shù)的提出

新元礦井建設(shè)遵循高效安全的原則，實(shí)現(xiàn)礦井快速建設(shè)的關(guān)鍵就是解決建設(shè)期間瓦斯治理的問題，保障建設(shè)礦井通風(fēng)能力，確保掘進(jìn)工作面的供風(fēng)量。

礦井建設(shè)期通風(fēng)分3個(gè)階段，第一階段井筒開掘后井筒施工期，一般采用地面局扇向開拓巷供風(fēng)，此段施工巖巷，供風(fēng)長度一般為500～600 m；第二階段為煤巷施工期，井下采掘大巷和運(yùn)輸巷道掘進(jìn)，此期間巷道瓦斯涌出量大，且掘進(jìn)頭數(shù)布置較多，只有形成全負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)，才能提高建設(shè)期通風(fēng)能力。另外，減少回風(fēng)巷長度增加巷道掘進(jìn)安全是一個(gè)至關(guān)重要的因素；第三階段為建設(shè)期接近結(jié)束到回采面形成，礦井井筒全部貫通，且主扇投用，建設(shè)期通風(fēng)結(jié)束。

2004年3月底，新元礦中央進(jìn)風(fēng)井、中央回風(fēng)井井筒已全部到底，副斜井與中央進(jìn)風(fēng)井施工的集中輔助運(yùn)輸巷主貫通頭、主斜井與中央回風(fēng)井施工的集中膠帶巷主貫通頭未貫通，在此期間，從中央進(jìn)、回風(fēng)井地面局扇供風(fēng)只能滿足4個(gè)掘進(jìn)工作面的生產(chǎn)，按以往常采用的回風(fēng)井井筒封閉，采用回風(fēng)井地面安裝1臺臨時(shí)主扇進(jìn)行通風(fēng)的辦法，解決基建通風(fēng)存在的較多問題，特別是安全性能差的缺點(diǎn)。為此，探索一套安全可靠的礦井建設(shè)通風(fēng)方式，提高建設(shè)礦井的通風(fēng)能力，增加掘進(jìn)工作面施工，是新元礦井實(shí)現(xiàn)快速建設(shè)礦井的關(guān)鍵。

經(jīng)過考察論證，新元礦井采用大直徑管道和地面臨時(shí)風(fēng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)了礦井全風(fēng)壓通風(fēng)及礦井建設(shè)的穩(wěn)定、安全、經(jīng)濟(jì)。

2 礦井建設(shè)臨時(shí)主扇通風(fēng)方案

為解決地面局扇供風(fēng)不能滿足礦井掘進(jìn)頭增加后的用風(fēng)量問題，必須采用臨時(shí)主扇通風(fēng)方案，實(shí)現(xiàn)礦井的全負(fù)壓通風(fēng)，通過對國內(nèi)建井期間通風(fēng)方案的比較，提出以下兩種通風(fēng)方案：

方案一：地面安裝臨時(shí)主扇，利用大直徑風(fēng)管作為回風(fēng)風(fēng)路，中央進(jìn)、回風(fēng)井作進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)的全負(fù)壓通風(fēng)方案。

方案二：以中央回風(fēng)井作為回風(fēng)系統(tǒng)，回風(fēng)井井口封閉，在回風(fēng)井口安裝臨時(shí)主扇，進(jìn)風(fēng)立井進(jìn)風(fēng)。

2.1 方案一概況

地面安裝1臺臨時(shí)主扇，臨時(shí)主扇與風(fēng)機(jī)房接通，風(fēng)機(jī)房與地面8趟玻璃鋼風(fēng)管連接，地面管路與井筒內(nèi)管路連接，管路順中央進(jìn)風(fēng)井、回風(fēng)井井壁延伸到井下，初期井底施工時(shí)，井筒均在井底南北車場，后期運(yùn)輸掘進(jìn)期間，管路延伸到專用回風(fēng)巷，形成全負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)。

井下通風(fēng)系統(tǒng)。進(jìn)風(fēng)流：中央進(jìn)風(fēng)井、回風(fēng)井井筒—進(jìn)風(fēng)巷—局扇—風(fēng)筒；回風(fēng)流：工作面—回風(fēng)巷—井下玻璃鋼管—井筒玻璃鋼管—地面玻璃鋼管—主扇。

管道通風(fēng)面積和管道摩擦阻力是本方案通風(fēng)能力技術(shù)關(guān)鍵，通過對1 200 mm管道按照摩擦阻力為0.000 1計(jì)算，管道總通風(fēng)量在8 000 m3/ min時(shí)通風(fēng)阻力為1 598.48 Pa，地面管道8趟，井筒內(nèi)管路4趟，新元礦井地面主扇利用風(fēng)管假回風(fēng)通風(fēng)系統(tǒng)圖見圖1。

圖1 新元礦井地面主扇利用風(fēng)管假回風(fēng)通風(fēng)系統(tǒng)圖

2.2 方案二概況

在中央回風(fēng)井井口修筑臨時(shí)風(fēng)機(jī)房，風(fēng)機(jī)房一側(cè)安裝臨時(shí)主扇，在風(fēng)機(jī)房的兩側(cè)設(shè)置進(jìn)出車風(fēng)門，兩井均做提升井，形成以下通風(fēng)系統(tǒng)：入風(fēng)為中央進(jìn)風(fēng)立井—井下巷道—局扇—工作面—巷道—中央回風(fēng)井—地面臨時(shí)主扇。

回風(fēng)井筒用作回風(fēng)的同時(shí)兼做提升井，相應(yīng)的一部分提升設(shè)備及電纜、人員布置在回風(fēng)系統(tǒng)中，高突礦井規(guī)程規(guī)定不允許回風(fēng)巷內(nèi)有電和人員。井下巷道銜接必須先考慮構(gòu)成通風(fēng)系統(tǒng)，為加快進(jìn)度，可考慮大量增加長距離獨(dú)巷掘進(jìn)工作面，相應(yīng)地需要提供更多的風(fēng)量。

2.3 方案比較

1) 方案一。

優(yōu)點(diǎn)：a) 進(jìn)風(fēng)井、回風(fēng)井同時(shí)作為建井期間的提升井，可滿足礦井建設(shè)期間掘進(jìn)1 200 m的提升要求，井筒所設(shè)通風(fēng)管道與提升設(shè)備的運(yùn)作不會相互影響。提升能力提高，可以在井下同時(shí)布置10～20個(gè)高效掘進(jìn)工作面，掘進(jìn)能力提高，按實(shí)現(xiàn)礦井投產(chǎn)共需井巷工程量48 404.4 m計(jì)算，可提前一年投產(chǎn)。噸煤按100元利潤計(jì)算，一期年產(chǎn)量300萬t，可實(shí)現(xiàn)利潤3億元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

b) 可提高礦井的通風(fēng)能力，選擇高負(fù)壓的通風(fēng)機(jī)，通風(fēng)量可達(dá)到8 000 m3/ min。風(fēng)機(jī)設(shè)置于地面，實(shí)現(xiàn)雙風(fēng)機(jī)互備、雙回路供電，且井下通風(fēng)設(shè)施少，設(shè)施的構(gòu)筑全部采用堅(jiān)固抗壓材料，井下通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)簡單，調(diào)節(jié)方便，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)穩(wěn)定的目標(biāo)。

c) 礦井主要運(yùn)輸、供電設(shè)備均在進(jìn)風(fēng)風(fēng)流中，高瓦斯涌出礦井回風(fēng)流無電器設(shè)備。各個(gè)掘進(jìn)工作面采用壓入式通風(fēng)，滿足各用風(fēng)地點(diǎn)風(fēng)量，監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)完備，可以實(shí)現(xiàn)礦井的通風(fēng)安全。

d) 前期投入的400萬元管路，不僅可以服務(wù)于建井期而且礦井投產(chǎn)后，回風(fēng)井安裝的玻璃鋼風(fēng)管也可用作礦井生產(chǎn)期間的抽放管道，在管道安裝期不影響礦井建設(shè)生產(chǎn)，可節(jié)約大量資金。

缺點(diǎn)：玻璃鋼風(fēng)管阻力大。

2) 方案二。

優(yōu)點(diǎn)：通風(fēng)阻力小。

缺點(diǎn)：a) 限制了礦井的提升能力，回風(fēng)井回風(fēng)，且作為提升井時(shí)，提升能力降低一半以上，最大提升能力為800 m/日。限制了井下同時(shí)作業(yè)掘進(jìn)工作面的數(shù)量，由此導(dǎo)致礦井投產(chǎn)推遲。

b) 回風(fēng)立井在作為提升井的同時(shí)兼作回風(fēng)，作為高瓦斯礦井，瓦斯涌出不平衡性較大，回風(fēng)風(fēng)流中的電器設(shè)備實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖困難，且回風(fēng)巷有人作業(yè)，一旦發(fā)生瓦斯突出，很容易造成傷亡，給瓦斯管理帶來安全隱患。

c) 井口漏風(fēng)大，外部漏風(fēng)率難以控制在15％以下。

兩種通風(fēng)方案的技術(shù)比較見表1。

通過對兩種方案的比較分析，結(jié)合新元礦的實(shí)際情況，選擇方案一。

3 玻璃鋼風(fēng)管假回風(fēng)臨時(shí)通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)施情況

3.1 玻璃鋼風(fēng)管臨時(shí)通風(fēng)系統(tǒng)

玻璃鋼臨時(shí)通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備選型如下：

臨時(shí)主扇：山西安瑞風(fēng)機(jī)制造廠生產(chǎn)的BDK-Ⅱ-8-NO.26型對旋軸流式風(fēng)機(jī)，電機(jī)功率：280×2 kW。

表1 通風(fēng)方案技術(shù)比較表

玻璃鋼風(fēng)管：d1 200 mm。管壁：回風(fēng)井安裝的2趟管道壁厚18 mm，進(jìn)風(fēng)立井安裝的2趟玻璃鋼風(fēng)管壁厚15 mm。管道連接方式：插接式，接頭處安裝2個(gè)皮圈，管道承受負(fù)壓能力68.647 kPa。玻璃鋼風(fēng)管內(nèi)壁光滑，耐高溫。管道安裝形式：懸掛式和支撐式。

3.2 臨時(shí)通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)施情況

主系統(tǒng)安裝實(shí)施：2004年6月新元礦井安裝玻璃鋼風(fēng)管、臨時(shí)主扇，在進(jìn)風(fēng)井安裝2趟玻璃鋼風(fēng)管，進(jìn)風(fēng)井順井壁東西兩側(cè)各安裝1趟，立井共安裝管道1 050 m；在回風(fēng)立井安裝2趟玻璃鋼風(fēng)管，回風(fēng)井沿風(fēng)井一側(cè)安裝2趟玻璃鋼風(fēng)管，安裝管道1 040 m。

臨時(shí)主扇投用后風(fēng)量及風(fēng)機(jī)參數(shù)見表2。

表2 臨時(shí)主扇投用后風(fēng)量風(fēng)機(jī)參數(shù)表

進(jìn)風(fēng)立井2趟管道出井后連接三通變?yōu)?趟玻璃鋼風(fēng)管連接120 m與臨時(shí)風(fēng)機(jī)房接通；回風(fēng)井2趟管道出井后連接三通變4趟管道連接80 m與臨時(shí)風(fēng)機(jī)房接通。地面共安裝8趟d1 200 mm管道。

進(jìn)風(fēng)井井底管道出井底后分南北兩側(cè)延伸，在南側(cè)連接三通接2趟管道延伸40 m?；仫L(fēng)井管道出井底后分南北兩側(cè)延伸，在南、北側(cè)分別接三通后接2趟管道延伸50 m。

通過以上系統(tǒng)調(diào)節(jié)，建立了立井4趟,井上、下8趟d1 200 mm的假回風(fēng)系統(tǒng)。2004年7月15日，臨時(shí)主扇開啟，停止地面局扇供風(fēng)。

臨時(shí)主扇投用后，井下測定最大風(fēng)量7 650 m3/ min，風(fēng)機(jī)房測定壓力2.598 kPa，大直徑風(fēng)管臨時(shí)通風(fēng)系統(tǒng)的投用，提高了礦井建設(shè)的通風(fēng)能力，保障了井下風(fēng)量15個(gè)以上掘進(jìn)工作面的施工。

4 結(jié) 論

1) 提升系統(tǒng)全部在進(jìn)風(fēng)風(fēng)流內(nèi)，礦井安全性能高，人員作業(yè)安全，消除了因瓦斯?jié)舛瘸抟l(fā)事故的隱患。

2) 新元礦井采用大直徑管道全負(fù)壓通風(fēng)技術(shù)，保障了井下用風(fēng)量，提高了通風(fēng)能力，是高瓦斯礦井快速建井的一項(xiàng)新技術(shù)。

3) 大直徑管道全負(fù)壓通風(fēng)技術(shù)可保證建井期間地面局扇供風(fēng)向永久主扇供風(fēng)的過渡。

4) 在高瓦斯礦井快速建井通風(fēng)方案選擇時(shí)，如果鑒定礦井瓦斯涌出量大或?yàn)槊号c瓦斯突出礦井，在礦井設(shè)計(jì)時(shí)，要優(yōu)先考慮此通風(fēng)方案。

該項(xiàng)技術(shù)的推廣可以保證建設(shè)單位安全的生產(chǎn)環(huán)境，良好的經(jīng)濟(jì)效益，對需要建立永久抽放系統(tǒng)的礦井有先期建設(shè)同時(shí)受益的效果，可適用于絕大部分大井型礦井。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]袁 亮.煤礦總工程師技術(shù)手冊[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2004：334-376.