淺談千米深井煤巷綜掘高溫?zé)岷μ幚砑夹g(shù)應(yīng)用

姚樹陽

（兗煤菏澤能化有限公司趙樓煤礦，山東 菏澤 274705）

1 概述

兗煤菏澤能化有限公司趙樓煤礦位于山東省菏澤市巨野煤田中部，為兗礦集團(tuán)第一對千米深井，設(shè)計生產(chǎn)能力300 萬t/a，核定生產(chǎn)能力336 萬t/a。煤層埋藏深，地質(zhì)條件復(fù)雜，斷層發(fā)育，煤層為以正常地溫梯度為背景的高溫區(qū)，處于二級熱害區(qū)。

5309 軌道順槽巷道設(shè)計長度752.77 m，采用EBZ220 型掘進(jìn)機(jī)落煤、裝煤，采用膠帶輸送機(jī)出煤。巷道西鄰5310 工作面采空區(qū)，北鄰五、十采區(qū)分界線，南鄰沈莊斷層（落差0～10 m），東部為設(shè)計5309 回采工作面。巷道底板標(biāo)高-794～ -875 m。

2 制冷降溫系統(tǒng)介紹

礦井采用地面全風(fēng)量降溫系統(tǒng)和井下集中式制冷降溫系統(tǒng)聯(lián)合布置的機(jī)械制冷降溫系統(tǒng)。

2.1 地面全風(fēng)量降溫系統(tǒng)

系 統(tǒng) 組 成 包 括 開 利 品 牌 的19XR8P80E63MFC5A 型離心式熱泵機(jī)組4 臺、循環(huán)泵、冷卻塔、循環(huán)管路等，設(shè)備布置在工業(yè)廣場地面能源站中?？傊评淠芰?8 MW，單臺機(jī)組制冷能力4500 kW，單臺機(jī)組可制出7 ℃冷凍水，出水流量215 L/s。

副井進(jìn)風(fēng)井口布置30 臺無動力換熱器，換熱面積在306 m2，可處理風(fēng)量13 000 m3/min；主井進(jìn)風(fēng)井口布置5 臺無動力換熱器，換熱面積45 m2，可處理風(fēng)量6000 m3/min。夏季，由熱泵機(jī)組制備的6～7 ℃低溫冷凍水通過架空敷設(shè)的DN630 主管道輸送到設(shè)置在主副井口的無動力換熱器。主副進(jìn)風(fēng)井口封閉布置，通過礦井主風(fēng)機(jī)負(fù)壓，進(jìn)風(fēng)流經(jīng)過換熱器實現(xiàn)降溫除濕后進(jìn)入井下大巷，達(dá)到降溫目的，井底車場及大巷風(fēng)溫降至23 ℃左右。

2.2 井下集中式制冷降溫系統(tǒng)

裝備了井下集中式降溫系統(tǒng)，在井下制冷硐室布置3 臺KM3000 型制冷機(jī)組及配套循環(huán)泵、電控開關(guān)等設(shè)備，同時運行具有9.9 MW 制冷能力單臺制冷機(jī)組，可提供180 m3/h 的3 ℃冷凍水。

2019 年建設(shè)實施了中部制冷硐室降溫系統(tǒng)，2020 年9 月開始運行。系統(tǒng)位于五、七采區(qū)高溫負(fù)荷中心，安裝1 臺KM3000 型制冷機(jī)組，并配套安裝了循環(huán)泵、補(bǔ)水泵、純水箱、電控及開關(guān)等設(shè)備，地面新建了工廠外冷卻泵站，通過鉆孔與井下形成冷卻水循環(huán)，實現(xiàn)分區(qū)供冷。1#大巷制冷硐室負(fù)責(zé)七采區(qū)，中部制冷硐室負(fù)責(zé)五采區(qū)供冷。實現(xiàn)分區(qū)后，采區(qū)制冷穩(wěn)定，阻力小。

主要進(jìn)風(fēng)巷內(nèi)敷設(shè)Φ377 mm、Φ325 mm、Φ273 mm 制冷進(jìn)回管路，采區(qū)進(jìn)風(fēng)巷敷設(shè)Φ273 mm、Φ219 mm 制冷進(jìn)回管路，采掘工作面順槽及聯(lián)絡(luò)巷敷設(shè)Φ159 mm 制冷進(jìn)回管路，形成冷凍水輸送。

3 5309 軌順掘進(jìn)工作面高溫?zé)岷μ幚矸桨?/h2>

3.1 5309 軌道順槽掘進(jìn)前期巷道情況

5309 軌順臨近5310 工作面，5310 工作面上山回采，回采時巷道淋涌水較大，通過水泵外排，回采完畢施工完5309 切眼后，在切眼內(nèi)施工大直徑鉆孔，通過套管方式排水，含水較多。

5309 軌順整體沿煤層底板掘進(jìn)，施工段煤層厚度在3.5～6.5 m 之間，巷道沿空掘進(jìn)，左幫沿空煤柱4.5 m，頂幫部淋涌水煤柱松軟，巷道溫度高，現(xiàn)場條件差，不能及時對巷道內(nèi)環(huán)境降溫，職工工作效率低下，嚴(yán)重影響職工身心健康和掘進(jìn)施工效率。

3.2 巷道內(nèi)高溫?zé)岷Ξa(chǎn)生的原因

對巷道施工條件分析不準(zhǔn)確，超前謀劃不到位，制冷降溫、防治水工作落實不到位，未能作為工區(qū)重點工作抓緊抓實。

3.2.1 制冷系統(tǒng)安設(shè)滯后

巷道溫度高，現(xiàn)場條件差，在低洼點處淋涌水控制和降溫方面做得不足，且對巷道內(nèi)溫度預(yù)測不準(zhǔn)確，未及時延接制冷管。巷道4 月初開始溫度明顯升高，迎頭溫度一度達(dá)到34 ℃，制冷管路滯后嚴(yán)重，不能及時對巷道內(nèi)環(huán)境降溫，職工工作效率低下，嚴(yán)重影響掘進(jìn)施工效率。

3.2.2 對防排水重視程度不夠

（1）排水難度大。在沿空側(cè)噴漿，大量回彈料從水溝進(jìn)入排水硐室、排水池，造成集水池清挖工作量增大，清挖不及時現(xiàn)象時有發(fā)生，進(jìn)而導(dǎo)致排水泵燒壞，迎頭積水影響生產(chǎn)進(jìn)尺。

（2）排水系統(tǒng)不完善。施工時對老空區(qū)積水情況預(yù)測不足，巷道內(nèi)排水系統(tǒng)不完善，排水能力不足，加之老空區(qū)積水情況預(yù)測不足，導(dǎo)致迎頭積水，巷道溫度升高。

① 巷道內(nèi)首次在左幫揭露一個出水的卸壓孔，當(dāng)時現(xiàn)場排水管未接，無電泵，僅一臺風(fēng)泵，導(dǎo)致迎頭積水，當(dāng)時使用溜子出水煤，連續(xù)一周每天僅有2 排進(jìn)尺。

② 自巷道進(jìn)行探放水開始，迎頭后方使用集裝箱積水、排水，因集裝箱挪移過程中需將兩路4 寸排水管路重新延接，加之挪移時間較長導(dǎo)致迎頭積水無法及時外排，只能待集裝箱排水系統(tǒng)挪移完成后才能開始排水，進(jìn)而造成迎頭積水排水時間長。

③ 在掘進(jìn)過程中，因探放水孔施工，造成迎頭積水影響進(jìn)尺。

④ 排水泵故障率較高。因現(xiàn)場環(huán)境濕度極大，備用排水泵放置一天就會造成絕緣值低、不能正常使用等現(xiàn)象頻繁發(fā)生，導(dǎo)致迎頭多次積水，影響施工進(jìn)度。

⑤ 供電系統(tǒng)薄弱。因前期對老空積水預(yù)估不足，電泵安裝數(shù)量與后期投入電泵差距大，造成供電線路負(fù)荷較大，易造成電纜發(fā)熱等危險現(xiàn)象。經(jīng)過更換電纜后，及時排除隱患，但增加了人工投入，影響了生產(chǎn)時間。

3.2.3 錨網(wǎng)質(zhì)量差

施工過程中受地質(zhì)條件及人為因素影響，重生產(chǎn)輕質(zhì)量，導(dǎo)致沿空側(cè)煤體松軟，成型較差，錨桿錨索施工困難，且在質(zhì)檢科驗收過程中，欠寬及錨網(wǎng)質(zhì)量問題突出。

3.2.4 煤流系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化低

在三部皮帶延伸過程中，考慮不周全，下山施工沒考慮到沿線H 架生根問題，加之巷道底板浮煤較多，排水系統(tǒng)出問題時，積水順皮帶里側(cè)沖刷H架，造成H 架歪斜，皮帶跑偏，進(jìn)而造成皮帶撒煤多，加之皮帶維護(hù)不及時，形成惡性循環(huán)。生產(chǎn)班組拖移機(jī)尾后，不及時清理機(jī)尾、承載段處積煤，也造成皮帶在機(jī)尾處就開始跑偏，生產(chǎn)出煤時，撒煤點多，進(jìn)而造成巷道底板浮煤多。

3.2.5 運輸系統(tǒng)滯后

因前期未施工單軌吊，導(dǎo)致迎頭或排水點運輸電泵、開關(guān)、電控箱、油泵電機(jī)及油泵等設(shè)備時無法運輸，只得靠人工托運，且在托運設(shè)備過程中，極易造成電纜受損，進(jìn)而浪費大量寶貴施工時間。

3.3 高溫?zé)岷μ幚磉^程及效果

3.3.1 施工排水硐室集中排水降溫

5309 軌道順槽巷道采幫188 排位置斜向135°向里施工菱形排水硐室一個，硐室寬×深×高=5 m×4 m×2.8 m，硐室底板低于巷道底板1 m，排水硐室頂部采用Φ22 mm×2400 mm 高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿配合4900 mmT 型鋼帶，間排距為850 mm×700 mm；幫部采用Φ22 mm×2400 mm 高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿配合護(hù)幫板支護(hù)，間排距為850 mm×800 mm；頂、幫均鋪設(shè)雙層網(wǎng)，里層為鋼塑網(wǎng)，外層為金屬網(wǎng)；排水硐室頂部施工29U 型鋼錨索梁，每根錨索梁施工3 根錨索，梁長4.4 m，外側(cè)與中部錨索眼距1800 mm，里側(cè)與中部錨索眼距2200 mm，排距1400 mm，選用Φ22 mm×6200 mm、Φ22 mm×8000 mm、Φ22 mm×10 000 mm 錨索，保證錨固到穩(wěn)定巖層1 m 以上。硐室施工完畢后集中水量至排水硐室，減少水與空氣的接觸面積和時間，達(dá)到巷道降溫的目的。

3.3.2 增加空冷器加強(qiáng)機(jī)械式降溫

為有效解決巷道高溫問題，從6 月底開始，在巷道內(nèi)每隔200 m陸續(xù)安設(shè)RWK-450型空冷器3臺?？绽淦靼苍O(shè)在皮帶機(jī)的上方，全部位于同一方向?？绽淦黜樦L(fēng)流方向吹冷風(fēng)，通過冷熱空氣接觸，降低空氣溫度，進(jìn)一步達(dá)到降低巷道內(nèi)溫度的目的。

3.3.3 變更大功率局部通風(fēng)機(jī)增加風(fēng)量降溫

前 期 選 擇 實 測 吸 風(fēng) 量470 m3/min 的FBDN07.1/2×37 kW 壓入式對旋軸流局部通風(fēng)機(jī)，為增加通風(fēng)量，后期更改為FBDNo7.5/2×45 kW 局部通風(fēng)機(jī)。局部通風(fēng)機(jī)安裝在南部2#輔助運輸大巷內(nèi)，風(fēng)筒采用Φ800 mm 抗靜電阻燃軟質(zhì)風(fēng)筒，最長通風(fēng)距離950 m 左右，風(fēng)筒出風(fēng)口距離迎頭不大于10m ，能夠滿足巷道掘進(jìn)通風(fēng)要求。

3.3.4 降溫效果

采取降溫措施后，巷道內(nèi)溫度平均降低5 ℃，溫度在28 ℃左右，改善了現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境，保障了職工身心健康，工作效率提高，六小時工作制可以連續(xù)工作五小時以上，在清理巷道衛(wèi)生及準(zhǔn)備掘進(jìn)支護(hù)材料等工作時速度提升，掘進(jìn)進(jìn)尺由原來每天5 排提高到每天6 排，提高1 排掘進(jìn)速度，實際比計劃貫通時間提前1d。

4 強(qiáng)化現(xiàn)場管理

（1）抓好輔助運輸工作，特別是機(jī)電煤流系統(tǒng)管理及單軌吊運輸方面，維護(hù)好輔助運輸系統(tǒng)，為生產(chǎn)保駕護(hù)航。

（2）超前謀劃，提前組織，做好排水系統(tǒng)的安裝及維護(hù)，按雙回路供電雙管路排水布置，現(xiàn)場電泵實現(xiàn)熱備，保證有效排水能力，確保排水系統(tǒng)可靠，防止因電泵損壞而出現(xiàn)積水的現(xiàn)象。因積水面積過大，與空氣接觸過長時間后，會導(dǎo)致巷道內(nèi)溫度升高，長時間溫度得不到降低。

（3）加強(qiáng)班組管理，提高錨網(wǎng)質(zhì)量。嚴(yán)格按制度進(jìn)行錨網(wǎng)質(zhì)量及其他工作的驗收工作，明確驗收員責(zé)任，加強(qiáng)對驗收員的管理，確保巷道成型，做到每顆錨桿有考核。

（4）抓牢抓實巷道一次成巷工作。嚴(yán)格按規(guī)程措施施工，切實把一次成巷擺在重要的位置，尤其是制冷管路的延接工作，為改善工作環(huán)境、提高工作效率提供保障。

（5）嚴(yán)格落實管理制度，提高標(biāo)準(zhǔn)化水平。抓好職工日常行為養(yǎng)成，加強(qiáng)現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn)化考核和質(zhì)量管控，嚴(yán)格按制度落實考核，逐步提高標(biāo)準(zhǔn)化水平。