反風(fēng)技術(shù)在立井冬季施工中的應(yīng)用

李斯昊

(中煤平朔集團有限公司)

井工三礦位于平朔礦區(qū)西北部，井田面積為18 km2,礦井設(shè)計生產(chǎn)能力為600萬t/a，后經(jīng)改造升級核定生產(chǎn)能力1 000萬t/a，采用中央并列式通風(fēng)。井下采掘生產(chǎn)由一采區(qū)逐步向二采區(qū)東翼過渡。二采區(qū)投產(chǎn)后礦井通風(fēng)系統(tǒng)將由目前的中央并列式改為中央分列式，即在二采區(qū)施工回風(fēng)立井?；仫L(fēng)立井深251 m，凈直徑為7 m。采用C25標(biāo)號鋼筋混凝土支護，厚800 mm。截止10月份，立井完成φ1.4 m反井鉆施工及上口113.5 m的刷擴、澆筑，剩余137.5 m。井工三礦所在地為典型大陸性氣候，每年9月下旬始至次年4月為霜凍期，據(jù)氣象資料顯示，絕對最低溫度為-27.4 ℃。由于溫度和氣候因素，給施工造成很大影響。

1 冬季施工難點

(1)對材料的影響。水泥的水化作用受到阻礙，游離水開始結(jié)冰，嚴(yán)重影響混凝土的強度和耐久性；鋼筋的韌性、伸長率大幅度降低，容易發(fā)生冷脆現(xiàn)象；樹脂錨固劑凝固時間變長，降低抗拉強度，影響施工質(zhì)量。

(2)對設(shè)備的影響。液壓油、齒輪油濃稠度增加，液壓站輸油不暢，齒輪箱啟動緩慢，增加電機負荷[1-3]；溜槽工作不正常,溜灰管易凍結(jié)堵管，電纜脆弱易老化等。

(3)對人員的影響。施工人員身體熱損失增加，身體麻木，不靈活，長時間容易發(fā)生凍傷，當(dāng)皮膚與冷金屬接觸時，易發(fā)生粘皮傷害。

(4)對安全的影響。冬季天氣寒冷，氣候干燥，且人員注意力不集中，情緒不穩(wěn)定，是各類事故的多發(fā)季節(jié)。

2 方案提出

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》第一百三十七條規(guī)定[1]，進風(fēng)井口以下的空氣溫度(干球溫度)必須在 2 ℃以上。如果立井要在冬季施工，必須采取防凍措施。目前常用的井筒防凍技術(shù)主要有空氣加熱器預(yù)熱與空氣地溫預(yù)熱等空氣預(yù)熱方法[4-5]?？諝饧訜崞黝A(yù)熱法需要在立井上口安裝空氣加熱裝置；空氣地溫預(yù)熱方法需要井下有空氣加熱的巷道。

根據(jù)井下觀測數(shù)據(jù)，冬季井下平均溫度為13 ℃，如果能充分利用井下空氣熱能，提升井筒內(nèi)溫度，將達到降低投資，減少能源消耗，施工快，縮短工期的目的。

通過安裝局部通風(fēng)機、構(gòu)筑通風(fēng)設(shè)施，在回風(fēng)井底建立增壓氣室，將井底熱空氣壓入回風(fēng)立井中，改變回風(fēng)立井風(fēng)流方向，從而達到增加回風(fēng)立井溫度的目的。

3 參數(shù)確定

3.1 需風(fēng)量

根據(jù)排除炮煙、工作面人數(shù)、瓦斯涌出量、最低風(fēng)速等諸多因素分別計算需風(fēng)量，取其中最大值。

(1)按井筒工作面同時工作的最多人數(shù)計算：

Qr=4N,

(1)

式中，N為井筒工作面最多人數(shù)，取10人。

計算得出Qr=40 m3/min。

(2)按壓入式通風(fēng)方式計算：

(2)

式中，A為同時爆破的炸藥量，根據(jù)擴刷作業(yè)規(guī)程，取180.4 kg;S為掘進巷道的凈斷面積，38.5 m2；L為從工作面井口最大距離，取250 m；t為掘進巷道的通風(fēng)時間，取60 min。

計算得出Qy=332 m3/min。

(3)按瓦斯絕對涌出量計算：

Qhf=125qK,

(3)

式中,q為掘進工作面的瓦斯絕對涌出量，取0.04 m3/min；k為掘進工作面瓦斯涌出不均衡系數(shù)，炮掘取2.0。

計算得出Qhf=10 m3/min。

(4)按最低風(fēng)速驗計算：

Q≥60×0.15S，

(4)

式中，S為掘進巷道的凈斷面積，38.5 m2。

計算得出Q=346.5 m3/min。

根據(jù)以上計算結(jié)果，取其中最大值，即核定井筒施工所需風(fēng)量為350 m3/min。

3.2 風(fēng) 壓

由于井筒斷面較大，產(chǎn)生的摩擦阻力很小，忽略不計，僅考慮自然風(fēng)壓產(chǎn)生壓力，按照最冷氣溫下進行計算：

Hz=(ρk-ρd)g(hk-hd) ,

(5)

式中,ρk為井口空氣平均密度，kg/m3；ρd為井底空氣平均密度，kg/m3；hk為井口標(biāo)高，m；hd為井底標(biāo)高，m；g為重力加速度，m/s2。

計算得出風(fēng)壓Hz= 857 Pa。

3.3 風(fēng)機選型

根據(jù)風(fēng)量、風(fēng)壓計算結(jié)果，選擇FBD-№7.0/2×37 kW的軸流式局部通風(fēng)機，該局部通風(fēng)機的額定風(fēng)量為300～780 m3/min，壓力為600～6 400 Pa，滿足井底反風(fēng)需要。

4 實施方案

4.1 井下增壓氣室建立

增壓氣室是實現(xiàn)立井反風(fēng)、增加立井溫度的關(guān)鍵，具體實施步驟如下：

(1)9煤回風(fēng)通道二內(nèi)建立一道500 mm厚的防爆密閉墻。

(2)9煤回風(fēng)通道一內(nèi)2道3 m×4.2 m調(diào)節(jié)風(fēng)門改為2道3 m×2.3 m的單扇風(fēng)門，風(fēng)門旁邊留設(shè)泄壓門及穿墻風(fēng)筒孔。

(3)9煤東翼回風(fēng)大巷內(nèi)構(gòu)筑2道3 m×2.3 m單扇風(fēng)門，以降低通風(fēng)壓力。

(4)9煤回風(fēng)通道一風(fēng)門外口處安設(shè)2臺局部通風(fēng)機，用于向回風(fēng)立井供風(fēng)。

(5)立井封口盤與地面的接縫處用砂漿抹嚴(yán)，用保溫材料及棉被包裹封口盤及吊罐門，加強分口盤的保溫。

4.2 系統(tǒng)調(diào)整順序

當(dāng)?shù)孛姝h(huán)境最低溫度降至2 ℃時，開啟反風(fēng)系統(tǒng)，按冬季施工進行管理。關(guān)閉9煤回風(fēng)通道一內(nèi)風(fēng)門→關(guān)閉東翼回風(fēng)大巷內(nèi)風(fēng)門→打開東翼主輔六聯(lián)巷風(fēng)門→封堵9煤回風(fēng)通道二內(nèi)防爆墻處卸壓孔→關(guān)閉強排硐室聯(lián)巷調(diào)節(jié)窗→開啟9煤回風(fēng)通道一風(fēng)門處局部通風(fēng)機。

調(diào)整后的通風(fēng)路線為副斜井、主斜井→西翼輔運、主運大巷、管子道→南翼輔運、主運大巷→東翼輔運、主運大巷→東翼輔運大巷→9煤東翼主輔六聯(lián)巷→東翼回風(fēng)大巷→局部通風(fēng)機→9煤回風(fēng)通道一→回風(fēng)立井→地面。回風(fēng)立井通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整見圖1。

圖1 回風(fēng)立井通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整示意

4.3 注意事項

(1)局部通風(fēng)機功率要滿足要求，井下增壓氣室的通風(fēng)設(shè)施漏風(fēng)量盡量小，保證氣室壓力，克服自然風(fēng)壓。

(2)必須在二采區(qū)回風(fēng)大巷構(gòu)筑通風(fēng)設(shè)施，保證局部通風(fēng)機前有足夠風(fēng)量。

(3)開啟局部通風(fēng)機后，全面測定并調(diào)控東翼末端、回風(fēng)立井風(fēng)量溫度等參數(shù)。

(4)爆破完待炮煙吹散1 h后，檢查立井內(nèi)通風(fēng)、有害氣體等情況，確定無危險后，方可進入。

5 應(yīng)用效果

在0 ℃、-5 ℃、-10 ℃、-15 ℃、-20 ℃時，分別開啟局部通風(fēng)機的一級、兩級測定立井風(fēng)量及出口溫度，結(jié)果見表1。

表1 不同溫度下立井風(fēng)量及出口溫度測定結(jié)果

由表1分析，開啟一級風(fēng)機時，在地面溫度-5 ℃以上的情況下，風(fēng)量、溫度均滿足要求；開啟兩級風(fēng)機時，能滿足室外最低溫度時立井施工需要。

6 結(jié) 論

(1)通過井下建立增壓氣室，改變立井風(fēng)流方向，使得井筒在冬季施工不結(jié)冰。

(2)根據(jù)外界溫度變化情況，開啟局部通風(fēng)機的一級或兩級，在保證出口溫度、風(fēng)量的前提下，達到了節(jié)能的目的。

(3)對于冬季井筒施工存在結(jié)冰情況的礦山，盡可能避免采用耗能高、操作復(fù)雜的方法，可盡量利用礦山自身條件，將井下熱能轉(zhuǎn)換利用。