經(jīng)坊煤業(yè)北翼回風(fēng)井建設(shè)方案的可行性研究

武翀

（山煤集團(tuán)長(zhǎng)治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司，山西 長(zhǎng)治 047100）

1 北翼回風(fēng)井建設(shè)的必要性

山西省煤炭工業(yè)廳綜合測(cè)試中心對(duì)經(jīng)坊煤業(yè)2012 年瓦斯等級(jí)鑒定為瓦斯礦井，在礦井北翼采區(qū)巷道掘進(jìn)時(shí)發(fā)現(xiàn)瓦斯含量增高，涌出量增大。為滿足礦井瓦斯抽采及增加風(fēng)量、降低風(fēng)阻的需要，建設(shè)北翼回風(fēng)井是非常必要的，其建設(shè)必要性有以下兩個(gè)方面：

（1）北翼采區(qū)瓦斯含量增大，從稀釋和排出瓦斯角度出發(fā)，現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)已很難再滿足安全生產(chǎn)要求。為此，除進(jìn)一步加強(qiáng)瓦斯抽放工作外，尚需對(duì)礦井現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行改造，增加礦井通風(fēng)能力。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)分析，礦井現(xiàn)有4 個(gè)井筒，其中3進(jìn)1 回，進(jìn)風(fēng)井筒有效通風(fēng)斷面可滿足瓦斯增大礦井通風(fēng)量的要求，回風(fēng)井筒有效斷面不能滿足礦井增加通風(fēng)量的要求，因此新建北翼回風(fēng)井非常必要。

（2）八采區(qū)位于井田西北部，通風(fēng)距離約為6.5 km。本井田北部八采區(qū)無(wú)安全出口，建設(shè)北翼回風(fēng)井可使八采區(qū)增加一個(gè)安全出口，縮短了災(zāi)害時(shí)的逃生距離。

2 北翼回風(fēng)井建設(shè)方案

根據(jù)北翼回風(fēng)井建設(shè)原則，按照礦井目前通風(fēng)系統(tǒng)情況分析，北翼回風(fēng)井建設(shè)項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)遵循可研報(bào)告確定的建設(shè)方案，在八采區(qū)東南部建設(shè)北翼回風(fēng)井擔(dān)負(fù)七、八、九采區(qū)回風(fēng)，現(xiàn)有回風(fēng)立井擔(dān)負(fù)礦井南翼采區(qū)回風(fēng)。

北翼回風(fēng)立井井筒位置可供選擇的地方有3 處：七采區(qū)南部靠近九采區(qū)的北集中大巷與西二集中大巷交匯處，西墳上村西側(cè)約350 m 處，西二集中大巷南側(cè)約140 m 處。雖然井筒位于七、八、九采區(qū)的中部較為合適，但考慮到購(gòu)地情況（盡量不占基本農(nóng)田），設(shè)計(jì)采用可研階段批準(zhǔn)的井筒位置。

新建北翼回風(fēng)井方案中考慮到斜井?dāng)嗝胬寐实?、井筒工程量大及井筒壓煤多，并且北翼采區(qū)埋深較大、表土層較厚，設(shè)計(jì)確定采用立井方案。新建北翼回風(fēng)立井井口位置設(shè)計(jì)考慮在北呈村東北側(cè)約300 m、八采區(qū)回風(fēng)巷西側(cè)約270 m 處（現(xiàn)為一個(gè)舊磚窯）。井口標(biāo)高為+945 m，井底標(biāo)高+557 m，井筒深度為388 m。由于回風(fēng)井井筒附近存在陷落柱，井口位置存在風(fēng)險(xiǎn)，需要進(jìn)一步探查核實(shí)。在井筒建設(shè)前要施工井筒檢查鉆孔，準(zhǔn)確定位北翼回風(fēng)立井井筒位置，確保施工安全。經(jīng)坊煤業(yè)礦井通風(fēng)設(shè)計(jì)如圖1 所示。

圖1 坊煤業(yè)礦井通風(fēng)設(shè)計(jì)圖

3 北翼回風(fēng)立井設(shè)計(jì)主要技術(shù)參數(shù)

為滿足生產(chǎn)需要，北翼回風(fēng)立井井筒的設(shè)計(jì)直徑為3.5 m，垂深為120 m，井筒為砌體結(jié)構(gòu)。井筒裝備范圍包括寬罐籠帶平衡錘系統(tǒng)和窄罐籠提升系統(tǒng)。寬罐籠提升鋼絲繩最大終端載荷為550 kN，寬罐平衡錘提升鋼絲繩最大終端載荷475 kN，窄罐籠提升鋼絲繩最大終端載荷425 kN，窄罐平衡錘提升鋼絲繩最大終端載荷345 kN。新建北翼回風(fēng)立井投入使用后，礦井回風(fēng)井筒分別為新建北翼回風(fēng)立井和已有回風(fēng)立井2 個(gè)回風(fēng)井筒。礦井總回風(fēng)量為235 m3/s，其中新建北翼回風(fēng)立井回風(fēng)量為120 m3/s ，已有回風(fēng)立井回風(fēng)量為115 m3/s。各進(jìn)風(fēng)井風(fēng)量分配：主斜井進(jìn)風(fēng)量為20 m3/s，副斜井進(jìn)風(fēng)量為85 m3/s，進(jìn)風(fēng)立井進(jìn)風(fēng)量為130 m3/s。

4 北翼回風(fēng)立井建設(shè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)

4.1 主要優(yōu)點(diǎn)

（1）井筒與風(fēng)井場(chǎng)地不占基本農(nóng)田。

（2）井筒工程量最小。設(shè)計(jì)確定的北翼回風(fēng)立井場(chǎng)地的井口標(biāo)高為+945 m，井底標(biāo)高為+557 m，井筒深度為388 m，而井筒位置方案的井筒深度全部都在400 m 以上。

（3）安全出口距離最短。

4.2 主要缺點(diǎn)

（1）北翼回風(fēng)立井井口南側(cè)50～60 m 左右存在一個(gè)陷落柱（X8-14），對(duì)井筒施工與使用帶來(lái)了影響。

（2）北翼回風(fēng)立井場(chǎng)地靠近八采區(qū)南部邊界也是礦井井田邊界，場(chǎng)地南部煤柱有局部超出井田范圍的問(wèn)題，但建設(shè)單位目前已與臨礦山西華晟榮煤礦有限公司簽訂了壓覆礦產(chǎn)資源協(xié)議書，可以保證礦井生產(chǎn)安全。

5 北翼回風(fēng)立井建設(shè)對(duì)瓦斯抽采的影響

5.1 瓦斯含量測(cè)定

在井下布置了6 個(gè)瓦斯含量測(cè)點(diǎn)，含量測(cè)定情況見表1，其中殘存瓦斯含量為2.34 m3/t。6 個(gè)測(cè)點(diǎn)都處于甲烷帶，煤層埋深與瓦斯含量存在線性關(guān)系。根據(jù)3 號(hào)煤層測(cè)點(diǎn)的埋藏深度及瓦斯含量值，回歸計(jì)算3 號(hào)煤層瓦斯含量隨煤層埋藏深度增加變化趨勢(shì)圖，如圖2 所示。

表1 測(cè)點(diǎn)埋深及瓦斯含量表

圖2 煤層瓦斯含量隨埋深的變化規(guī)律

5.2 可抽瓦斯量計(jì)算

礦井可抽采瓦斯量反映著礦井瓦斯資源的開發(fā)程度，與其抽采工藝技術(shù)和抽采能力密切相關(guān)。一般采用下式計(jì)算：

式中：Wkc為礦井可抽瓦斯量，Mm3；ηk為礦井瓦斯抽采率，取ηk=45%；Wk為礦井瓦斯儲(chǔ)量，Mm3。

根據(jù)礦井煤層數(shù)據(jù)，可計(jì)算得礦井可抽采瓦斯量。

Wkc=19 451.49×0.45=8 753.2 Mm3。

礦井3 號(hào)煤層七采區(qū)或八采區(qū)布置一個(gè)回采工作面、一個(gè)準(zhǔn)備工作面，回采前進(jìn)行預(yù)抽，回采時(shí)邊采邊抽。預(yù)計(jì)本煤層采煤工作面最大瓦斯抽采量為15.5 m3/min。

礦井3 號(hào)煤層回采工作面鄰近層最大絕對(duì)瓦斯涌出量為2.18 m3/min，占回采工作面瓦斯涌出12%，影響較小，可以不采用鄰近層瓦斯抽采方法。

礦井老采空區(qū)瓦斯涌出量最大16.81 m3/min，設(shè)計(jì)采用全封閉插管抽采方法抽采一個(gè)采空區(qū)，設(shè)計(jì)瓦斯抽采量均為3 m3/min。為了解決回采工作面后方緊鄰采空區(qū)瓦斯問(wèn)題，設(shè)計(jì)采用埋管抽采或高位鉆孔抽采上隅角瓦斯，預(yù)計(jì)抽采量為4 m3/min。

礦井3 號(hào)煤層瓦斯抽采量包括采煤工作面瓦斯抽采、老采空區(qū)瓦斯抽采及上隅角瓦斯抽采，因此計(jì)算礦井最大瓦斯抽采量為：

15.5+3+4=22.5 m3/min。

礦井設(shè)計(jì)年抽采瓦斯量為11.82 Mm3/a。

5.3 瓦斯抽采率

3 號(hào)煤層八采區(qū)瓦斯最大抽采量為22.5 m3/min，最大瓦斯涌出量為29.24 m3/min，最大瓦斯抽采率可達(dá)76.9%。根據(jù)抽采達(dá)標(biāo)指標(biāo)，礦井抽采率為不小于35%，按照最小抽采率計(jì)算風(fēng)排瓦斯量。瓦斯最小抽采量為10.23 m3/min，采空區(qū)最小瓦斯抽采量為2.5 m3/min，回采工作面最小瓦斯抽采量為7.7 m3/min（掘進(jìn)工作面不抽采）。

6 結(jié)論

通過(guò)上述分析，北翼回風(fēng)井的建設(shè)方案必要性、優(yōu)缺點(diǎn)得到了充分的論證。北翼回風(fēng)井的建設(shè)能夠顯著提高瓦斯的抽采效果，滿足礦井瓦斯抽采及增加風(fēng)量、降低風(fēng)阻的需要。