淺析大采深突出礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化

馬俊輝，李白鶴，王永輝

(平頂山平煤設計院有限公司，河南 平頂山 467000)

礦井通風系統(tǒng)是礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分，礦井通風系統(tǒng)的優(yōu)劣好壞，直接影響著礦井的生產(chǎn)、災害防治、經(jīng)濟效益。建立完善、合理的礦井通風系統(tǒng)是礦井安全生產(chǎn)和提高效益的基本保證。

1 概 況

本項目通過研究以平煤股份十三礦為代表的礦井，找到適合平煤股份大采深突出礦井通風系統(tǒng)的方法，并應用到條件類似的礦井中。

平煤股份十三礦礦井東翼為目前礦井的主要生產(chǎn)區(qū)域，隨著開采區(qū)域下移，采深逐漸增加，地溫、瓦斯含量、瓦斯壓力隨之增大。為解決東翼通風負壓過高，部分巷道風速過大的問題，提高礦井安全可靠程度，同時為加大瓦斯治理力度，緩解高地溫影響，實現(xiàn)東翼采區(qū)分區(qū)通風，需要對礦井東翼通風系統(tǒng)進行改造。以此保證礦井產(chǎn)能穩(wěn)定，創(chuàng)造良好的社會和經(jīng)濟效益。

2 礦井通風系統(tǒng)分析

根據(jù)礦井東翼生產(chǎn)接替要求及采區(qū)接替安排，東翼用風量大致分為四個階段(按照保證正常接替進行配風)：

1) 現(xiàn)階段：2018年至2022年。礦井東翼己一采區(qū)與己三采區(qū)同步開采，最大風量12 766 m3/min，2020年至2022年己一采區(qū)回采結(jié)束，己三下延采區(qū)還未投產(chǎn)，礦井東翼己三采區(qū)生產(chǎn)，在礦井西翼己四采區(qū)布置2個回采工作面(己15、己16-17面各一個)生產(chǎn)，東翼1個工作面，現(xiàn)有東翼通風系統(tǒng)可以滿足要求。

2) 礦井東翼采區(qū)前期：2023年至2035年。己一采區(qū)已回采結(jié)束，己一下延與己三兩個單翼采區(qū)交替回采，礦井東翼保持2個綜采工作面同時生產(chǎn)?？傂栾L量337 m3/s，即20 220 m3/min。其中己一下延與己三采區(qū)需風量173 m3/s，己三下延采區(qū)需風量164 m3/s。

3) 礦井東翼采區(qū)中期：2036年至2038年。此時己三采區(qū)與己一下延采區(qū)已經(jīng)回采結(jié)束，其接替采區(qū)己五采區(qū)開始投產(chǎn)，與己三下延采區(qū)同時期布置生產(chǎn)，礦井東翼保持2個綜采工作面同時生產(chǎn)?？傂栾L量323 m3/s，即19 380 m3/min。其中己三下延采區(qū)需風量167 m3/s，己五采區(qū)需風量156 m3/s。

4) 礦井東翼采區(qū)后期：2039年至2048年。此時己三下延采區(qū)回采結(jié)束，其接替采區(qū)己七采區(qū)開始投產(chǎn)，己五采區(qū)同時期布置生產(chǎn)，礦井東翼繼續(xù)保持2個綜采工作面同時生產(chǎn)。總需風量324 m3/s，即19 440 m3/min。其中己五采區(qū)需風量164 m3/s，己七采區(qū)需風量160 m3/s。

上述計算結(jié)果與東翼主要通風機最大通風能力(實際總進風量11 400 m3/min)相比：礦井東翼采區(qū)前期總需風量存在8 820 m3/min的缺口；中期總需風量存在7 980 m3/min的缺口；后期總需風量存在8 040 m3/min的缺口。由此可見，礦井東翼通風能力存在不足，不能滿足未來東翼正常生產(chǎn)接替要求。

3 通風系統(tǒng)改造的必要性

1) 解決礦井東翼通風能力不足的需要。東回風井風機目前風葉角度0°，排風量11 731 m3/min，負壓3 100 Pa，實際總進風量11 400 m3/min，現(xiàn)有風機無法提供保證采掘安全生產(chǎn)的需風量。

2) 保證東翼正常接替的需要。根據(jù)采掘工程接替的要求，需布置保證接替的開拓掘進工作面，如己一下延、己三下延等工程施工，但由于風量不足，開拓工程無法開工。

3) 實現(xiàn)采區(qū)分區(qū)通風、解決東回風井風速過高的問題。礦井東翼僅有1個回風井，如果東翼采區(qū)所有的回風全由此井筒排出，風速均超規(guī)程要求的最高風速15 m/s，不滿足規(guī)程要求。

4) 瓦斯治理的需要。隨著開采深度的增加，東翼己三采區(qū)深部局部煤層瓦斯含量為19.6 m3/t，瓦斯壓力3.6 MPa。為防止生產(chǎn)過程中瓦斯超限，需要對東翼通風系統(tǒng)進行改造，加大瓦斯治理力度。

5) 熱害治理的需要。礦井東翼己組煤底板地溫23.3～44.5°，十三礦東翼開采采區(qū)基本位于一級熱害區(qū)和二級熱害區(qū)，熱害威脅嚴重，需要對東翼通風系統(tǒng)進行優(yōu)化。

4 通風系統(tǒng)改造思路

根據(jù)礦井東翼實際情況，東翼各個時期按照正常生產(chǎn)接替均存在不同程度的風量缺口，按照東翼正常生產(chǎn)時生產(chǎn)布局情況，對東翼需風量重新進行核算，校核東翼現(xiàn)有通風系統(tǒng)，找出制約礦井東翼通風的薄弱環(huán)節(jié)，提出改造思路。

4.1 對現(xiàn)有通風系統(tǒng)進行局部改造，擴巷降阻，更換風機

東進風井井筒直徑4.5 m，坐標X=3 749 911.992、Y=38 445 539.000，地面標高+87.18 m，井底標高-203.91 m，為縮短東翼通風路線，降低通風阻力，將東進風井延伸至-512 m標高，延伸后深度599 m，作為己一采區(qū)專用回風井(改造回風井)，井底新做回風石門與己一采區(qū)回風上山聯(lián)通，將原-200 m進風石門改為己一采區(qū)回風石門，原東回風井作為己三采區(qū)專用回風井，擴修東大巷，解決風速超限問題。

結(jié)論：巷道擴修工程量巨大，東大巷1 850 m巷道需要擴修到30 m2左右滿足供風要求。東翼作為礦井主要生產(chǎn)區(qū)域，更換風機會對正常生產(chǎn)造成較大影響，作為礦井優(yōu)質(zhì)煤生產(chǎn)區(qū)域，經(jīng)濟損失較大。己一采區(qū)預計2020年回采結(jié)束，不能解決己三下延采區(qū)的通風問題，礦井東翼采區(qū)接替會脫節(jié)，造成礦井產(chǎn)能大幅下滑。對現(xiàn)有通風系統(tǒng)進行局部改造，擴巷降阻，更換風機不可行。

4.2 東進風井延伸，東翼深部新做進、回風井，同時對生產(chǎn)區(qū)域進行通風布局優(yōu)化

1) 為從根本上解決目前礦井東翼通風問題，并兼顧深部資源開發(fā)，選擇合適位置新建1個回風井。新回風井前期擔負己三下延采區(qū)通風任務，中期擔負己五采區(qū)通風任務，后期擔負己五及己七采區(qū)的通風任務。

2) 礦井東翼現(xiàn)有輔助運輸系統(tǒng)維持己一、己三采區(qū)生產(chǎn)都比較緊張，部分矸石通過總部膠帶巷帶式輸送機運輸，影響煤質(zhì)，深部己三下延采區(qū)投產(chǎn)后，根據(jù)瓦斯賦存及礦井深部治理規(guī)劃情況，東翼矸石量將大幅增加，需要在深部新打進風井，提升礦井的輔助提升能力及進風需求。

3) 同時對現(xiàn)有通風格局進行優(yōu)化。延伸東風井、優(yōu)化相關(guān)通風線路，東風井前期擔負己一下延(己三)采區(qū)通風任務，后期擔負己三下延采區(qū)的通風任務。

經(jīng)過上述分析認為思路二可行，現(xiàn)對優(yōu)化方案進行詳細論述。

5 通風系統(tǒng)改造方案

東進風井延伸，東翼深部新做進、回風井，同時對生產(chǎn)區(qū)域進行通風布局優(yōu)化

1) 東進風井延伸。東進風井井筒直徑4.5 m，將東進風井由-203.91 m標高延伸至-512 m附近位置，延伸深度304.5 m。井底新做進風巷與己一采區(qū)下車場連接，原-200 m進風石門改為回風石門。

2) 新建進風井。新建進風井，井筒直徑8.5 m，井深876.3 m。裝備1套提升設備，承擔下料、提升大件、矸石和人員運輸?shù)娜蝿铡Ｌ嵘绞綖殡p罐籠(單層單車)提升，提升容器為3 t固定箱式礦車。如圖1所示。

圖1 新進風井井筒布置平面(mm)

3) 新建回風井。新建回風井，井筒直徑7.0 m，井深866 m，井筒內(nèi)無裝備。

6 通風系統(tǒng)改造后風量及負壓

6.1 過渡期(新進、回風井貫通前)

在新進、回風井貫通前，通過東進風井延伸，縮短了通風路線，-200 m進風巷改為回風巷，增加了回風通道，東翼供風量由11 400 m3/min增加到12 766 m3/min，東回風井工作風量由11 731 m3/min增加到13 365 m3/min，負壓由3 100 Pa降低到2 800 Pa，暫時緩解了通風系統(tǒng)緊張的局面。

6.2 投運期(新進風井貫通后)

通風系統(tǒng)改造工程投入運行后，東回風井擔負己一、己三采區(qū)(交替開采)回風、新回風井擔負己三下延、己五及己七采區(qū)回風。

1) 東回風井系統(tǒng)：前期需風量(己一、己三采區(qū)交替開采)：173 m3/s，負壓：2 250 Pa；中期需風量(己三下延采區(qū)后期開采)：167 m3/s，負壓：2 811 Pa。

2) 新回風井系統(tǒng)：前期需風量(己三下延采區(qū)投產(chǎn))：164 m3/s，負壓：1 738 Pa；中期需風量(己五采區(qū)投產(chǎn))：156 m3/s，負壓：1 241 Pa；后期需風量(己五、己七采區(qū)同采)：324 m3/s，負壓：2 049 Pa。

己三下延采區(qū)回采結(jié)束后，己七采區(qū)投產(chǎn)，東風井關(guān)閉。進風井投運后，滿足礦井通風要求，礦井通風系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。

7 結(jié) 語

平煤股份十三礦東翼通風系統(tǒng)改造工程除解決了東翼己一(及己一下延)采區(qū)、己三采區(qū)通風問題，還為東翼深部資源開發(fā)提供了輔助運輸、通風、排水等系統(tǒng)，奠定了未來二十年內(nèi)東翼深部資源開發(fā)的基礎。工程完工后新回風井掛網(wǎng)運行，實現(xiàn)了東翼采區(qū)分區(qū)通風，解決了礦井東翼通風能力不足的問題，為礦井東翼瓦斯治理工程及深部延伸工程的施工創(chuàng)造了有利條件，對穩(wěn)定礦井規(guī)模，保持礦井持續(xù)、安全生產(chǎn)有積極意義。

該項目通過對十三礦通風系統(tǒng)優(yōu)化思路、改造方案進行分析研究，并模擬方案實施后的實際效果，總結(jié)出了平煤股份其他類似大采深突出礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化可行方法，可推廣應用在條件類似的礦井中。