突出礦井新建風井貫通初期通風系統(tǒng)優(yōu)化改造研究

程子華 張 攀，徐志軍

(1. 河南省許昌新龍礦業(yè)有限責任公司梁北礦，河南省禹州市，461670；2. 河南理工大學安全科學與工程學院，河南省焦作市，454000)

突出礦井新建風井貫通初期通風系統(tǒng)優(yōu)化改造研究

程子華1張 攀2，徐志軍1

(1. 河南省許昌新龍礦業(yè)有限責任公司梁北礦，河南省禹州市，461670；2. 河南理工大學安全科學與工程學院，河南省焦作市，454000)

梁北礦目前存在瓦斯涌出量大、突出危險性、需風量較大、北翼新風井即將貫通等問題，在對礦井通風系統(tǒng)進行技術測定后，分析了梁北煤礦北翼風井貫通初期主要通風機掛網(wǎng)之前的生產(chǎn)部署和配風情況，并提出通風系統(tǒng)優(yōu)化改造方案，利用計算機對各個方案進行通風網(wǎng)絡解算分析后，最終確定貫通初期的通風系統(tǒng)調整方案。并針對突出礦井新建風井貫通初期的通風系統(tǒng)提出了相應的安全技術措施，有效地保障了礦井的安全生產(chǎn)。

通風系統(tǒng) 優(yōu)化改造 需風量 網(wǎng)絡解算分析

隨著生產(chǎn)區(qū)域擴大，為了解決突出礦井瓦斯問題，需提高礦井配風量，往往導致通風阻力過高現(xiàn)象，此時需要針對新建水平或采區(qū)增加新回風井。在新建風井井筒落底后，新風井主要通風機運行前，要與現(xiàn)有通風系統(tǒng)貫通，新開拓區(qū)域的部分風量需要原有通風系統(tǒng)分擔，而該區(qū)域有突出危險，掘進地點可能發(fā)生誤揭煤影響井下全部采區(qū)的安全生產(chǎn)。本文以梁北煤礦北翼風井貫通初期通風系統(tǒng)為研究對象，研究提出通風系統(tǒng)優(yōu)化改造方案，進行通風網(wǎng)絡解算分析后，最終確定貫通初期的通風系統(tǒng)調整方案。并針對突出礦井新建風井貫通初期的通風系統(tǒng)提出了相應的安全技術措施，有效保障礦井的安全生產(chǎn)。

1 礦井概況

河南省許昌新龍礦業(yè)有限責任公司梁北礦位于禹州市西南部，隸屬于神火集團。本區(qū)主要可采煤層二l煤層賦存于山西組底部，賦存標高0～-800 m，埋深115～970 m。二l煤層厚0～10.79 m，一般厚3～6 m，屬厚煤層。根據(jù)《河南省煤炭工業(yè)廳關于梁北礦煤與瓦斯突出礦井的批復》(豫煤安字〔1999〕第354號)，梁北礦屬煤與瓦斯突出礦井。根據(jù)2015年度瓦斯涌出量測定報告，礦井瓦斯絕對涌出量為43.6 m3/min，相對涌出量為32.87 m3/t。梁北礦二1煤層煤塵有爆炸危險性，屬Ⅲ類不易自燃煤層。采煤方法為走向長壁后退式采煤法，回采工藝為綜采一次采全高，頂板管理為全部垮落式。

梁北礦通風方式采用中央并列與中央分列混合式，通風方法為機械抽出式。混合井和副井進風，東風井和中央風井回風。東風井安裝兩臺BDK-8-№32型防爆對旋軸流式通風機，一臺運轉，一臺備用，額定風量6000～24000 m3/min，額定風壓2600～7000 Pa，電機型號為YBF710M1-8，功率2×1000 kW；中央風井安裝兩臺FBCDZ-№32型防爆對旋軸流式通風機，一臺運轉，一臺備用，額定風量5760～16800 m3/min，額定風壓250～4050 Pa，電機型號為YBF710-10，功率2×560 kW。

2 礦井通風系統(tǒng)貫通合并改造的必要性

礦井目前開拓方式為立井單水平上下山開拓，生產(chǎn)水平為-550 m水平。首采區(qū)為11采區(qū)，準備采區(qū)為21、32采區(qū)。礦井現(xiàn)有混合井、副井、東風井、中央風井4個井筒，其中混合井主井主要擔負礦井的煤炭運輸任務；副井和混合井副井主要擔負礦井上、下人及礦井的輔助運輸任務；東風井主要擔負礦井11采區(qū)回風任務，中央風井主要擔負礦井21采區(qū)和32采區(qū)的回風任務。

新建北翼風井的必要性：

(1)當前21采區(qū)和32采區(qū)均處于開拓階段，可暫時由中央風井擔負通風任務，當21采區(qū)和32采區(qū)同時生產(chǎn)時，各采區(qū)需風量均在10000 m3/min左右，共需提供約20000 m3/min風量，但中央風井風機能力有限，其額定最大風量16800 m3/min，很難滿足2個采區(qū)同時生產(chǎn)時的用風需求，且即使能夠滿足風量需要，也可能由于風量過于集中而導致阻力偏高，故需新建風井來分擔32采區(qū)生產(chǎn)時期的通風任務。

(2)根據(jù)最新《煤礦安全規(guī)程》(2016版)第一百四十七條規(guī)定：新建高瓦斯礦井、突出礦井、煤層容易自燃礦井及有熱害的礦井應當采用分區(qū)式通風或者對角式通風；初期采用中央并列式通風的只能布置一個采區(qū)生產(chǎn)。中央風井屬于并列式通風，故僅能服務21采區(qū)今后的正常生產(chǎn)。32采區(qū)的通風任務將由新建的北翼風井負擔。

當新建的北翼風井貫通時，井下發(fā)生較大變動的情況下，是否對中央風井通風系統(tǒng)和東風井通風系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，對其他系統(tǒng)會產(chǎn)生多大影響，通風系統(tǒng)應如何進行優(yōu)化調整，需要通過通風系統(tǒng)網(wǎng)絡解算提前進行研究。為進一步加強煤礦“一通三防”工作，切實保障井下工作地點的用風安全，梁北礦和河南理工大學有關科研人員組成聯(lián)合測定小組于2015年11月對礦井通風阻力分布狀況進行了技術測定工作，并在此基礎上提出了北翼風井貫通初期通風系統(tǒng)的優(yōu)化改造方案。

3 通風技術測定與分析

3.1 通風現(xiàn)狀的技術測定

為了進行通風系統(tǒng)貫通和優(yōu)化研究的需要，首先必須掌握當前通風網(wǎng)絡各分支巷道的風阻參數(shù)以及礦井通風阻力分布狀況，通風技術測定采用氣壓計法中的兩點同時測定法，以提高測定數(shù)據(jù)的可靠性和準確性。

根據(jù)礦井通風系統(tǒng)的具體情況確定了阻力測定的主測路線：

(1)東風井主測路線：副立井→主石門→東軌道大巷→11采區(qū)軌道上山→11101機巷→11101工作面→11101風巷→11采區(qū)西回風上山→輔助回風石門→東風井。

東風井輔測路線：副立井→主石門→東軌道大巷→11采區(qū)回風上山→總回風石門→東風井。

(2)中央風井主測路線：進風井→輔助進風斜巷→21采區(qū)軌道下山→21采區(qū)膠帶下山→21011機巷底抽巷掘進→21采區(qū)東回風下山→21輔助總回風巷→回風石門→中央風井。

中央風井輔測路線：副立井→主石門→西軌道大巷→西翼軌道上山→西翼膠帶上山→-540 m水平西翼回風巷→-540 m水平回風石門→中央風井。

3.2 測定結果分析

由于中央風井系統(tǒng)和東風井系統(tǒng)屬于分區(qū)通風，中央風井系統(tǒng)的調整對東風井系統(tǒng)影響有限，當新建的北翼風井和礦井原通風系統(tǒng)貫通時，主要利用了32采區(qū)的開拓巷道，而該區(qū)域目前通風任務主要由中央風井擔負，故主要分析中央風井系統(tǒng)的測定結果。

(1)礦井中央風井系統(tǒng)總回風量10332 m3/min(172.2 m3/s)，其通風阻力2900.2 Pa，中央風井等積孔為3.8 m2，總風阻為0.0978 N·S2/m8，礦井中央風井系統(tǒng)通風難易程度為容易。

(2)礦井中央風井系統(tǒng)其通風阻力與風量配比符合《煤礦井工開采通風技術條件》(AQ1028-2006)中的規(guī)定。

(3)礦井中央風井系統(tǒng)三段(進風段、用風段、回風段)通風阻力比情況見表1。礦井通風阻力沿程分布狀況如圖1所示。

表1 中央風井系統(tǒng)三段阻力分布情況

圖1 中央風井系統(tǒng)通風阻力沿程分布

由圖1和表1可以看出，中央風井系統(tǒng)主測線路三段阻力的百分比約為15： 36：49，梁北礦井三段阻力分布基本合理，但回風段明顯偏大，主要原因是從21采區(qū)回風下山開始，回風流較為集中，且中央回風井較深，該段阻力消耗近600 Pa；另外用風段百米阻力值偏高，主要是由于目前中央風井所服務的21采區(qū)沒有形成回采工作面，主要是掘進面。

(4)中央風井為專用回風井，總回風量172.2 m3/s，總排風量175.5 m3/s，礦井外部漏風率為1.9%，該礦的礦井外部漏風率符合要求。

4 礦井通風系統(tǒng)合并優(yōu)化方案

4.1礦井通風系統(tǒng)與北翼風井貫通初期合并優(yōu)化改造方案

(1)北翼風井貫通初期合并方案。礦井北翼風井貫通初期，北翼回風井主要通風機還沒有安裝，故北翼風井底的掘進回風可通過貫通的32采區(qū)東回風石門進入中央風井的回風系統(tǒng)。

貫通后32采區(qū)東回風石門通風路線為：北翼風井區(qū)域→32采區(qū)東回風石門→32采區(qū)膠帶暗斜井→-540 m水平西翼回風巷→-540 m水平回風石門→中央風井→地面。

32采區(qū)東回風石門貫通后通風系統(tǒng)局部示意圖見圖2所示。

圖2 32采區(qū)東回風石門貫通后通風系統(tǒng)局部示意圖

(2)貫通后北翼風井底的掘進工作面可以由中央風井負擔部分回風任務，具體能夠擔負多少通風任務需要進一步進行研究確定。分別對以下3種情況進行解網(wǎng)分析。

方案Ⅰ：調控32采區(qū)東回風石門風量300 m3/min。此時北翼風井區(qū)域回風經(jīng)A位置控風設施進入32采區(qū)東回風石門，該風量可以滿足32采區(qū)東回風石門巷道的最低風速要求。

方案Ⅱ：調控32采區(qū)東回風石門風量為1000 m3/min。目前21采區(qū)配風充足，而當前北翼風井井底車場區(qū)域正處于開拓階段，需要掘進開拓工作地點眾多，在北翼風井主要通風機安裝以前，通風任務較重，可以考慮利用中央風井通風機通過32采區(qū)回風系統(tǒng)幫助分擔北翼風井部分的風量，考慮調控32采區(qū)東回風石門風量為1000 m3/min，即分擔北翼約2～3個掘進工作面的通風任務。

方案Ⅲ：中央風井系統(tǒng)最大限度負擔北翼風井開拓期間通風任務。

4.2 礦井通風系統(tǒng)合并優(yōu)化方案的安全技術措施

為保證貫通期間及貫通后通風系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，指定了詳細的安全技術措施：

(1)32采區(qū)東回風石門貫通前在32采區(qū)東回風石門砌筑兩道風門，風門上留設調節(jié)窗，貫通后北翼風井區(qū)域回風經(jīng)控風設施進入32采區(qū)東回風石門，以滿足32采區(qū)東回風石門最低風速要求。

(2)32采區(qū)東回風石門貫通距離剩余20 m前必須完成風門砌筑工作，每日通報剩余貫通距離。

(3)32采區(qū)東回風石門貫通距離剩余5 m前做好前探工作，探明剩余貫通的實際距離，防止誤貫通。

(4)32采區(qū)東回風石門貫通距離剩余1～2 m時透小口貫通，并通過調節(jié)窗控制32采區(qū)東回風石門風量為200～300 m3/min。

(5)32采區(qū)東回風石門貫通后瓦斯傳感器撤至掘進頭距風門3～5 m 處，并在掘進頭距風門10 m位置新增加CO傳感器監(jiān)測風流中CO濃度。

4.3 礦井通風系統(tǒng)合并優(yōu)化方案的解網(wǎng)分析

礦井通風系統(tǒng)合并優(yōu)化方案確定后，對各方案進行網(wǎng)絡解算、優(yōu)化分析以確定最優(yōu)方案。

(1)方案Ⅰ。在通風阻力測定的各項實測數(shù)據(jù)下，根據(jù)巷道貫通的實際情況，建立網(wǎng)絡解算模型，進行網(wǎng)絡解算。根據(jù)解網(wǎng)結果可知，東風井系統(tǒng)基本不受影響，中央風井系統(tǒng)受影響較大。

礦井中央風井風機工況變化見表2。由表2可知，32采區(qū)東回風石門貫通后，停止了原32采區(qū)東回風石門局部通風機運行，該掘進工作面原配風量約700 m3/min，調控32采區(qū)東回風石門風量300 m3/min，導致該區(qū)域用風需求降低約400 m3/min，相當于增阻調節(jié)，故而使中央風井風機工況點上移，風量減少，而負壓增高。

表2 礦井中央風井風機工況變化表

注：阻力測定時中央風井主要通風機房水柱計讀數(shù)2800 Pa

(2)方案Ⅱ。在北翼風井通風機安裝以前，通風任務較重，可以考慮利用中央風井通風機通過32采區(qū)回風系統(tǒng)幫助分擔北翼風井部分的風量，考慮調控32采區(qū)東回風石門風量為1000 m3/min，即分擔北翼1000 m3/min的通風任務。

根據(jù)表2的解網(wǎng)結果可知，32采區(qū)東回風石門貫通后，停止了原32采區(qū)東回風石門局部通風機運行，調控32采區(qū)東回風石門風量1000 m3/min，導致該區(qū)域用風需求增加，相當于降阻調節(jié)，故而使中央風井通風機工況點下移，風量增加，而負壓降低。

(3)方案Ⅲ。中央風井系統(tǒng)擔負的主要用風地點及配風標準見表3。

考慮掘進面由于掘進距離長、配用的局部通風機功率較大，故風量富裕系數(shù)按2.0考慮；硐室及其他用風巷道風量富裕系數(shù)按1.2考慮。根據(jù)巷道貫通的實際情況，回采工作面自然分風，掘進面、硐室根據(jù)表3計劃風量考慮風量富裕系數(shù)后按需分風。控制21采區(qū)的內(nèi)部漏風，在滿足21采區(qū)用風需求的情況下，對32采區(qū)東回風石門進行調控解網(wǎng)。根據(jù)解網(wǎng)結果，中央通風機系統(tǒng)最大可為北翼開拓區(qū)域提供風量約1500 m3/min。

表3 中央風井系統(tǒng)主要用風地點及配風標準

5 結論

(1)梁北礦中央風井通風機能力有限，很難滿足礦井21采區(qū)和32采區(qū)同時生產(chǎn)時的用風需求；另外根據(jù)最新《煤礦安全規(guī)程》(2016版)第一百四十七條規(guī)定，對于突出礦井，采用中央并列式通風的只能布置一個采區(qū)生產(chǎn)。礦井需要及時對服務32采區(qū)的北翼風井進行貫通，奠定今后保障安全生產(chǎn)所需完善通風系統(tǒng)的基礎。

(2)在貫通初期，北翼風井主要通風機安裝以前，為了保證礦井的安全生產(chǎn)，通風系統(tǒng)不受較大影響，可關閉貫通的32采區(qū)東回風石門A位置兩道風門，通過調節(jié)窗控制32采區(qū)東回風石門風量為300 m3/min左右。

(3)貫通后北翼風井主要通風機安裝前，北翼風井區(qū)域掘進通風任務較重，可以考慮利用中央風井通風機通過32采區(qū)回風系統(tǒng)幫助分擔北翼風井部分的風量，根據(jù)解網(wǎng)分析可知，在當前條件下，加強21采區(qū)內(nèi)部漏風管理的基礎上，最多可為北翼風井區(qū)域提供1500 m3/min左右風量。

(4)梁北礦為突出礦井，貫通后北翼風井區(qū)域掘進可能發(fā)生誤揭煤影響井下全部采區(qū)。處理方法為在貫通的32采區(qū)東回風石門巷道砌筑兩道防突風門，風門上方調節(jié)窗安設隔斷裝置，并采取相應的安全技術措施，目前通風系統(tǒng)已按計劃實現(xiàn)平穩(wěn)過渡，可為同類突出礦井的新建風井貫通工作提供依據(jù)和參考。

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Studyonoptimizationandreconstructionofventilationsystemintheinitialstageofnewairshaftatoutburstmine

Cheng Zihua1， Zhang Pan2， Xu Zhijun1

(1. Liangbei Mine, Xuchang Xinlong Mining Co., Ltd., Yuzhou, Henan 461670, China; 2.School of Safety Science and Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo, Henan 454000, China)

Because of high mine gas emission, outburst potential, increasingly required airflow amount and the new air shaft in the north wing at Liangbei Mine, the plan for mine ventilation system optimization was proposed according to the technical determination of mine ventilation system and the analysis of production arrangement and air distribution before main fans accessed into the air network. According to the result of ventilation network solution by computers and analysis based on the data obtained, the optimization plan of mine ventilation system was determined. The corresponding safety technical measures for the initial stage of new ventilation system were undertaken to effectively ensure the safety production of the mine.

ventilation system, optimization and reconstruction, required airflow amount, network solution and analysis

TD722

A

程子華，張攀，徐志軍. 突出礦井新建風井貫通初期通風系統(tǒng)優(yōu)化改造研究[J].中國煤炭，2017,43(11)：111-115.

Cheng Zihua，Zhang Pan，Xu Zhijun. Study on optimization and reconstruction of ventilation system in the initial stage of new air shaft at outburst mine [J]. China Coal, 2017，43(11):111-115.

程子華(1982-)，男，河南禹州人，工程師，現(xiàn)任河南許昌新龍礦業(yè)有限責任公司梁北礦副總工程師，長期從事礦井通風與安全管理工作。

(責任編輯 張艷華)

金智新當選聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會煤礦瓦斯專家委員會副主席

日前，山西焦煤集團發(fā)布消息稱，由聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會召開的煤礦瓦斯專家委員會第十二屆會議選舉產(chǎn)生了第十三屆煤礦瓦斯專家委員會，中國工程院院士、山西焦煤集團總經(jīng)理金智新當選聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會煤礦瓦斯專家第十三屆委員會副主席。

聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會可持續(xù)能源委員會主席斯考特·福斯特、煤礦瓦斯專家委員會主席雷·皮爾徹、美國環(huán)境署瓦斯辦公室主任兼全球甲烷行動辦公室主任弗里西亞·路易斯出席會議。

斯考特·福斯特強調，聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會煤礦瓦斯專家委員會的主要任務是通過具體的、卓有成效的活動促進煤礦溫室氣體減排，緩解氣候變化，以實現(xiàn)瓦斯的回收和利用，減少煤礦瓦斯爆炸的危險。

此后的兩年，專家委員會將致力于煤礦有效瓦斯抽采和利用最佳實踐指導的宣傳和推廣，啟動和支持中國國際卓越煤礦瓦斯治理中心的工作，收集和宣傳世界不同地區(qū)的具體煤礦的最佳實踐指導的案例研究等。

會議指出，基于山西焦煤集團和金智新先生在煤礦瓦斯治理利用、溫室氣體減排方面的突出貢獻，本屆選舉其擔任煤礦瓦斯專家委員會副主席，希望金智新先生積極參與煤礦瓦斯專家委員會各項極具價值的工作和活動，積極投身到全球性課題研究和公益活動當中，分享自己擁有的獨特專業(yè)知識并作出寶貴貢獻。