德勝煤礦基建期間的通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

鞏志榮

(山西寧武德盛煤業(yè)有限公司，山西 寧武 036700)

引 言

煤礦基建期，井筒一期工程完工后，井筒間通過施工井下巷道短路貫通，隨著井下二、三期工程的施工進(jìn)展，井下巷道擴(kuò)展延伸，通風(fēng)系統(tǒng)需要不斷變動，以滿足通風(fēng)安全生產(chǎn)需要，確保礦井建設(shè)安全順利進(jìn)行。若通風(fēng)設(shè)計(jì)不合理，將無法滿足安全生產(chǎn)需要。

1 工程概況

德勝煤礦由中煤科工集團(tuán)重慶設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)，生產(chǎn)能力15.0 Mt/a，礦井服務(wù)年限80 a，開拓方式為主、副斜井井筒及進(jìn)、回風(fēng)立井井筒開拓，無軌膠輪車輔助運(yùn)輸。井田埋深為335.85 m～346.81 m，煤層走向NF35°、傾向NW55°、傾角10°，該礦井屬瓦斯礦井。進(jìn)、回風(fēng)立井井筒和井下二、三期井巷工程，均由中煤礦建三十工程處施工。進(jìn)風(fēng)立井井筒凈直徑7.8 m，深度344.2 m；回風(fēng)立井井筒凈直徑7.8 m，深度343.5 m。井下二、三期井巷工程主要包括：2煤輔運(yùn)大巷、2煤主運(yùn)大巷、2煤回風(fēng)大巷、122106工作面輔運(yùn)順槽、122106工作面主運(yùn)順槽、122106工作面回風(fēng)順槽以及相關(guān)工程等。目前進(jìn)、回風(fēng)立井井筒已落底并貫通，且已完成臨時改絞，二期工程正在施工。

在該煤礦基建的二、三期工程的施工過程中，因巷道擴(kuò)展延伸導(dǎo)致了通風(fēng)需求發(fā)生變化，當(dāng)前的通風(fēng)系統(tǒng)無法滿足通風(fēng)安全的要求，必須過行設(shè)計(jì)改造。

2 不同基建時期的通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

德勝煤礦回風(fēng)立井井架采取全封閉，井架側(cè)面封閉骨架用12.6槽鋼，并外敷厚度100彩鋼板，槽鋼骨架與井架之間采用焊接連接，井架每側(cè)設(shè)置槽鋼橫梁26根，風(fēng)門為連鎖風(fēng)門，風(fēng)門及隔墻為鋼結(jié)構(gòu)，風(fēng)門立柱采用工字鋼120b，埋深800 mm。天輪平臺下面需平面封閉，采用145b工字鋼為平面骨架，上敷厚度5鋼板封閉，梁與井架、梁與梁間采用焊接連接，封閉板上需打孔，應(yīng)在各鋼絲繩懸掛完畢后，根據(jù)實(shí)際開鑿，并不得使用氣割，繩孔不得過大。

按要求安設(shè)一主一備兩臺臨時主要通風(fēng)機(jī)，安裝臨時主要通風(fēng)機(jī)坐落位置距離井筒15 m開外，并不得占用永久風(fēng)道位置。采用安全出口作為臨時風(fēng)道并與主、備臨時主要通風(fēng)機(jī)和茬。臨時主要通風(fēng)機(jī)風(fēng)道褲檔權(quán)處各設(shè)可開閉的閘門，并能保證主、備通風(fēng)機(jī)正常切換，防止風(fēng)流短路[1-3]。

2.1 貫通前通風(fēng)系統(tǒng)布置

進(jìn)、回風(fēng)立井落底后，兩井貫通前，各掘進(jìn)工作面分別采用地面局部通風(fēng)機(jī)獨(dú)立供風(fēng)。進(jìn)風(fēng)立井在距井口20 m外安設(shè)四臺局部通風(fēng)機(jī)，通過膠質(zhì)風(fēng)筒向掘進(jìn)工作面供風(fēng)，分別施工進(jìn)風(fēng)立井兩側(cè)井底車場繞道、進(jìn)、回風(fēng)井聯(lián)絡(luò)巷、臨時泵房及水倉、永久避難銅室、調(diào)車銅室，以及部分2煤輔運(yùn)大巷；回風(fēng)立井在距井口20 m外安設(shè)兩臺局部通風(fēng)機(jī)(一主、一備)，通過膠質(zhì)風(fēng)筒向掘進(jìn)工作面供風(fēng)，施工回風(fēng)立井兩側(cè)井底車場繞道。

2.2 第一階段通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

第一階段，兩井短路貫通后，進(jìn)、回風(fēng)立井臨時改絞，將臨時主要通風(fēng)機(jī)安裝在回風(fēng)立井上井口處，將回風(fēng)立井井架封閉嚴(yán)實(shí)，進(jìn)風(fēng)立井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)立井出風(fēng)，形成全風(fēng)壓通風(fēng)系統(tǒng)。井下主要施工包括：2煤輔運(yùn)大巷、2煤主運(yùn)大巷、2煤回風(fēng)大巷、清理斜巷等。掘進(jìn)工作面供風(fēng)局扇均安裝在進(jìn)風(fēng)立并井底車場繞道新鮮風(fēng)流中。第一階段通風(fēng)系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

2.3 第二階段通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

繼續(xù)利用原安裝在回風(fēng)立井上井口處的臨時主要通風(fēng)機(jī)形成的全風(fēng)壓通風(fēng)系統(tǒng)，進(jìn)風(fēng)立井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)立井出風(fēng)。井下主要施工包括：122106工作面回風(fēng)順槽、2煤輔運(yùn)大巷、2煤主運(yùn)大巷、2煤回風(fēng)大巷、清理斜巷等工程。掘進(jìn)工作面供風(fēng)局扇均安裝在進(jìn)風(fēng)立井井底車場繞道新鮮風(fēng)流中[4]。

2.4 第三階段通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

繼續(xù)利用原安裝在回風(fēng)立井上井口處的臨時主要通風(fēng)機(jī)形成的全風(fēng)壓通風(fēng)系統(tǒng)，進(jìn)風(fēng)立井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)立井出風(fēng)。臨時主要通風(fēng)機(jī)服務(wù)至永久通風(fēng)機(jī)安裝調(diào)試完成。此階段，可根據(jù)工程進(jìn)度調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)，將局扇位置前移。井下主要施工包括：122106工作面輔運(yùn)順槽、122106工作面主運(yùn)順槽、122106工作面回風(fēng)頂槽、2煤輔運(yùn)大巷、2煤主運(yùn)大巷等工程。

鑒于英語學(xué)習(xí)的特殊性，教師要鼓勵每一個學(xué)生參與學(xué)習(xí)，并力爭學(xué)有所獲。因此教師要學(xué)會因材施教。要克服傳統(tǒng)英語教學(xué)的弊端，即只顧傳授知識，解決難題，很少顧及學(xué)生的感受。要在聽、說、讀、寫的訓(xùn)練中考慮學(xué)生的接受能力，多鼓勵，少批評，讓每個孩子都能跟上學(xué)習(xí)的節(jié)奏，寓教于樂，在輕松的氛圍中完成學(xué)習(xí)。

由于122106工作面順槽長度較長，當(dāng)122106工作面兩回風(fēng)順槽施工長度均超過1 000 m時，可在兩回風(fēng)順槽間施工聯(lián)絡(luò)巷。通過聯(lián)絡(luò)巷，構(gòu)成通風(fēng)回路，一回風(fēng)順槽進(jìn)風(fēng)，另一回風(fēng)順槽回風(fēng)，將四臺供風(fēng)局扇(兩主、兩備)安裝在距離聯(lián)絡(luò)巷口20 m以外進(jìn)風(fēng)的回風(fēng)順槽處，為122106工作面兩回風(fēng)順槽施工供風(fēng)。兩回風(fēng)順槽每向前推進(jìn)1 000 m，兩回風(fēng)順槽間將施工新聯(lián)絡(luò)巷，封堵后面的聯(lián)絡(luò)巷，利用新聯(lián)絡(luò)巷構(gòu)成通風(fēng)回路，供風(fēng)局扇前移，縮短局部通風(fēng)距離[5]。

施工122106工作面順槽期間，通過通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整，供風(fēng)局扇不斷前移，順槽施工長度越來越長，當(dāng)順槽施工長度超過3 000 m時，地面永久通風(fēng)機(jī)應(yīng)當(dāng)已經(jīng)形成，故暫把此時期稱為臨時通風(fēng)機(jī)的通風(fēng)困難時期。

掘進(jìn)工作面供風(fēng)局扇選擇：大巷掘進(jìn)工作面供風(fēng)局扇選擇FBDNo7.1/2×30型礦用防爆對旋軸流通風(fēng)機(jī)，通過中1 000 mm或中800 mm膠質(zhì)風(fēng)筒導(dǎo)風(fēng)，確保工作面輸入新鮮風(fēng)量。順槽掘進(jìn)工作面供風(fēng)局扇選擇FBDNo8.0/2×45型礦用防爆對旋軸流通風(fēng)機(jī)，通過φ1 000 mm膠質(zhì)風(fēng)筒導(dǎo)風(fēng)，確保工作面輸入新鮮風(fēng)量。

將礦井建設(shè)時期全風(fēng)壓通風(fēng)系統(tǒng)劃分為以上三個階段并不是一成不變的，通風(fēng)構(gòu)筑物和供風(fēng)局扇的安設(shè)位置應(yīng)根據(jù)實(shí)際礦井建設(shè)井巷工程先后順序合理設(shè)置，并隨施工進(jìn)度及時進(jìn)行調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)。設(shè)置通風(fēng)構(gòu)筑物和挪移局扇應(yīng)根據(jù)實(shí)際施工巷道情況而定，確保供風(fēng)局扇處于新鮮風(fēng)流中并距離掘進(jìn)工作面盡量近，保證迎頭風(fēng)量適宜，盡量避免串聯(lián)通風(fēng)，杜絕循環(huán)風(fēng)。

3 地面臨時主要通風(fēng)機(jī)選型計(jì)算

3.1 礦井施工總風(fēng)量

礦井施工總風(fēng)量，應(yīng)按各掘進(jìn)工作面地點(diǎn)實(shí)際需風(fēng)量的總和計(jì)算，見式(1)。

Q=KL∑Qei

(1)

式中：Q為礦井施工總風(fēng)量，m3/s；Qei為各掘進(jìn)工作面所需風(fēng)量總和，m3/s；KL為礦井通風(fēng)系數(shù)，此取1.20。

該礦井在此通風(fēng)困難時期，每個順槽綜掘工作面供風(fēng)局扇最大吸風(fēng)量約為650 m3/min，每個大巷綜掘及炮掘工作面供風(fēng)局扇最大吸風(fēng)量約為450 m3/min，根據(jù)礦井施工井下最多掘進(jìn)工作面數(shù)量及井下巷道風(fēng)量分配情況，經(jīng)式(2)計(jì)算，礦井施工總需風(fēng)量確定為70 m3/s。

Q=KL∑Qei=(650×4+450×2)×
1.2÷60=70 m3/s

(2)

3.2 風(fēng)量分配

在此通風(fēng)困難時期，每個順槽綜掘工作面供風(fēng)局扇最大吸風(fēng)量定為650 m3/min，每個大巷綜掘工作面供風(fēng)局扇最大吸風(fēng)量定為450 m3/min，(巷道風(fēng)速：煤巷不低于0.25 m/s，巖巷不低于0.15 m/s)。進(jìn)風(fēng)立井進(jìn)風(fēng)量約定為70 m3/s，回風(fēng)立井出風(fēng)量約定為70 m3/s。

3.3 選擇礦井通風(fēng)設(shè)備

3.3.1 扇風(fēng)機(jī)的風(fēng)量

由于回風(fēng)立井井口存在著外部漏風(fēng)，通過扇風(fēng)機(jī)的風(fēng)量Qf大于通過出風(fēng)井的礦井總風(fēng)量Q，見式(3)。

Qf=kQ

(3)

式中：k為抽出式通風(fēng)礦井外部漏風(fēng)系數(shù)，回風(fēng)井有提升運(yùn)輸任務(wù)時，k=1.2，無提升運(yùn)輸任務(wù)時，k=1.15，此取1.2；Q為礦井要求的總風(fēng)量，m3/s。

Qf=1.2×Q

通風(fēng)困難時期：Qf=1.2×70=84 m3/s。

3.3.2 扇風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓

扇風(fēng)機(jī)抽出式工作，風(fēng)阻計(jì)算見第63頁式(4)。

hfsmax=hrmax+hn+Δh

(4)

式中：hrmax為通風(fēng)困難時期礦井通風(fēng)總阻力，取595 Pa；hn為礦井自然風(fēng)壓，取500 Pa；Δh為扇風(fēng)機(jī)裝置阻力，軸流式，取250 Pa。

hfsmax=595+500+250=1 345 Pa。

3.3.3 選擇軸流式扇風(fēng)機(jī)

在此通風(fēng)困難時期，主扇的設(shè)計(jì)工況值如表1所示。

表1 主扇的設(shè)計(jì)工況值

另外考慮到，若永久通風(fēng)機(jī)運(yùn)行較晚時，隨著順槽施工的延伸，最長通風(fēng)阻力路線還將增大，也就是說克服通風(fēng)總阻力的工作風(fēng)壓還將增大，根據(jù)軸流式主要通風(fēng)機(jī)個體特性曲線圖表，選出的通風(fēng)機(jī)應(yīng)保證還能繼續(xù)滿足過渡期的施工。由此選擇扇風(fēng)機(jī)型號為FBCDZ-8-NO21B型防爆抽出式對旋軸流通風(fēng)機(jī)(n=740 r/min)。

4 結(jié)語

從德勝煤礦基建二、三期工程的完成情況來看，針對原通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化改造設(shè)計(jì)是合理和成功的。通過調(diào)整優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)，結(jié)合主要通風(fēng)機(jī)的技術(shù)措施，有效形成了全風(fēng)壓通風(fēng)系統(tǒng)，并保障了基建期間煤礦井下通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，杜絕了通風(fēng)安全事故的發(fā)生。