高瓦斯礦井建井期間安全高效通風技術(shù)

 

——在新元礦基本建設中的應用

 

 

 

 

 

 

張愛科     黃振宇

 

 

 

 

 

 

陽泉煤業(yè)（集團）有限責任公司

二〇〇七年五月十日

 

高瓦斯礦井建井期間安全高效通風技術(shù)

——在新元礦基本建設中的應用

張愛科 黃振宇

摘  要  新元礦井3#煤瓦斯賦存高且有突出可能，建井期間又遇到通風安全與提升速度相矛盾的現(xiàn)實問題。為加快建設進度，在該礦采用地面設置臨時風機，大直徑玻璃鋼管道作回風系統(tǒng)的技術(shù)，解決了上述矛盾，取得較好的經(jīng)濟社會效益。

關(guān)鍵詞  高瓦斯   建井    通風技術(shù)    中圖分類號 TD724.6

1、新元礦地質(zhì)瓦斯條件及存在的問題

礦井設計生產(chǎn)能力確定為一期3Mt/a，二期6Mt/a。井田內(nèi)煤層賦存平緩，一般3°～6°，多為5°以下，屬近水平煤層。根據(jù)煤炭科學研究總院撫順分院2003年11月編制陽泉煤業(yè)（集團）有限責任公司新元煤礦《礦井瓦斯危險程度預測及工作面瓦斯治理措施》，為高瓦斯礦井。根據(jù)相鄰礦井地質(zhì)報告資料，3號煤層有突出危險，井田內(nèi)背向斜的軸部及傾伏端交匯處，煤層厚度變化大的部位及頂板沖刷區(qū)域等均是瓦斯突出的危險區(qū)段，兩者或兩者以上因素重合部位更為危險。

礦井采用斜井開拓，中央并列式。礦井移交生產(chǎn)及達到設計生產(chǎn)能力時，共布置4個井筒，即主斜井、副斜井、中央進風立井、中央回風立井。建井期間，沒有專用回風井，中央進風立井、中央回風立井同時負擔提升、通風任務。永久通風機投入前需進行大量的井底附近巷道、主運巷、總回風、采區(qū)上山及工作面順槽，在多頭掘進條件下，礦井的提升和通風能力非常困難。

2、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題采取的安全高效通風技術(shù)

2.1方案提出

新元礦作為年產(chǎn)600萬噸的高瓦斯特大型礦井，存在瓦斯涌出量大(據(jù)地質(zhì)勘探資料)，主采的3號煤層具有煤與瓦斯突出危險性等通風與安全問題，并成為制約礦井建設的一個重要問題。新元礦井設計4個井筒，一期工程施工期間僅有4個井筒工作地點，供風距離也限于500米以內(nèi)，需風量僅2000立方米／分鐘左右即可滿足要求。二、三期工程，井底車場、大巷、火藥庫等施工地點逐漸增多至12個以上，需風量增大至7600立方米／分鐘，開掘距離不斷增大至1000米以上。這個階段最突出的問題為：(1)通風困難，僅靠四個井筒局扇風筒壓入式通風，多局扇(巨扇群)多風筒送風又為《煤礦安全規(guī)程》所禁止。(2)安全保障程度低，壓入式通風造成巷道及井筒全部處于污風流中，炮后瓦斯?jié)舛瓤赡艹^規(guī)定限度，存在隱患。(3)生產(chǎn)工序復雜，勞動效率低。新元礦具有煤與瓦斯突出危險性，按規(guī)定每次放炮前，一個地點放炮須將受影響區(qū)域人員全部撤至新鮮風流中，井下全部為污風流，故須撤至井上。頻繁的放炮撤人造成多個施工地點相互影響、施工效率低下。

為了解決上述問題，本項目在比較了多個通風方案后（見下表），采取在地面安設一臺臨時主要通風機代替地面多臺局扇，中央進、回風立井分別安裝兩趟大直徑(Ф1200mm)管道作為回風通道的全負壓通風系統(tǒng)，變壓入式通風為抽出式通風的技術(shù)，礦井供風能力達8000立方米／分鐘以上。采用該項通風技術(shù)后，通風能力滿足了15個開拓掘進頭同時工作的需要；放炮前撤人至井下回風管道吸風口以外新鮮風流中即可，提高了安全保障程度；井下回風管道可隨著井巷向前掘進而延伸，大幅度地降低了人員的撤人、升井、入井距離和時間，提高工效達3倍以上。

㈡、方案的實施及效果

1、玻璃鋼風管臨時通風系統(tǒng)：

在地面安裝一臺對旋軸流式臨時主扇，簡易的風機房留圓形孔連接玻璃鋼風管。由于受井筒直徑7m以及井筒內(nèi)提升設備與風管的安全距離限制，確定安裝每個井筒安裝兩趟風管，根據(jù)礦井總通風斷面，管路選取直徑1200mm。中央進、回風立井分別安裝兩趟大直徑管道，管道安裝在井筒兩壁，管材選用內(nèi)表面光滑、質(zhì)量輕、易安裝的玻璃鋼管道。玻璃鋼管道用作建井期間的回風道，連接至井下污風匯集巷道處，從而形成以下的通風系統(tǒng)：新鮮風流從地面————中央進風井(回)風井一一井下巷道一一局扇一一工作面，污風————巷道一一玻璃鋼回風管道一一地面臨時主扇。（見下圖）

臨時主扇：BDK-II-8-NO．26，電機功率：280*2KW；建井完成后可繼續(xù)用作其它礦井使用。玻璃鋼風管：直徑1200mm，壁厚18mm、15mm，承受負壓能力：7000mmH20；建井完成后可繼續(xù)用作礦井瓦斯抽放管路使用。通風方式實現(xiàn)了全負壓通風，通風量：8000m’／min，可滿足15臺局扇同時用風的需要。管道連接方式：插接式，接頭處安裝兩個皮圈。管道安裝形式：懸掛式和支撐式。

對管道的阻力計算方面由以下公式進行：

  H=（Δ×L×Qc2）/（K×D5）

  式中：Δ：瓦斯對空氣的相對比重（1-0.004466CV）。

  L：瓦斯管道長度m

  Qc：混合量m3/h

  K：不同管徑的系數(shù) 0.71（超過150mm時取值為0.71）

  D：管道直徑cm

     H=[1×500×(60×60×25)²]/ （0.71× 120⁵）

      =[1×500×8100000000]/ （24883200000）

   =163mmH₂O(風量按照總配風量6000m3/min,一趟管道通風1500m3/min，管道按照1200mm選?。?/span>

     H=[1×560×(60×60×20.83)2]/ （0.71× 1205）

       =[1×560×5623200144]/ （24883200000）

    =112.5mmH₂O（風量按照總配風量5000m3/min,一趟管道通風1250m³/min，管道按照1200mm選?。?/span>

通過計算與采用磨擦阻力系數(shù)公式所計算數(shù)據(jù)相等，按照總配風量6000m³/min時，每趟管道過風按1500m³/min計算時，管道阻力為163mmH ₂O，管道內(nèi)風速為22.65m/s；按照總配風量5000m³/min時，每趟管道過風按1250m³/min計算時管道阻力為112.5mmH ₂O，管道內(nèi)風速為18.43m/s。

2、臨時通風系統(tǒng)實施情況

1）、2004年6月新元礦井安裝玻璃鋼風管、臨時主扇，在進風井安裝兩趟玻璃鋼風管，進風井順井壁東西兩側(cè)各安裝一趟，立井共安裝管道1050m；在回風立井安裝兩趟玻璃鋼風管，回風井沿風井一側(cè)安裝兩趟玻璃鋼風管，安裝管道1040m。

進風立井兩趟管道出井后連接三通變?yōu)樗奶瞬Ａт擄L管連接120m與臨時風機房接通；回風井兩趟管道出井后連接三通變四趟管道連接80m與臨時風機房接通。地面共安裝八趟直徑1200mm管道。

井下管道分別在中央進、回風井井底南北側(cè)變?yōu)榘颂恕＿M風井井底管道出井底后分南北兩側(cè)延伸，在南側(cè)連接三通接兩趟管道延伸80m，在北側(cè)連接三通接兩趟管道延伸40m。回風井管道出井底后分南北兩側(cè)延伸，在南、北側(cè)分別接三通后接兩趟管道延伸50m。局部通風機安裝在井底排風管出口外的進風流中，從而形成全風壓的通風系統(tǒng)。

通過以上系統(tǒng)調(diào)節(jié)，建立了以立井四趟直徑1200mm、井上、下各八趟1200mm的假回風系統(tǒng)。2004年7月15日，臨時主扇開啟，停止地面局扇供風。

臨時主扇投用后風量的風機參數(shù)                

臨時主扇投用后，井下測定最大風量8000 m3/min，風機房測定水柱265mmH2O,大直徑風管臨時通風系統(tǒng)投用，實現(xiàn)了井下全負壓通風，結(jié)束了地面局扇供風，提高了礦井建設的通風能力，井下風量保障了15個以上掘進頭的施工。

初期進風井井底南北兩側(cè)共安裝局扇8臺，回風井井底南北兩側(cè)安裝局扇5臺，隨著井底巷道全部形成，主攻頭集中膠帶巷、集中輔助運輸巷供風距離遠，回風井在井底南車場延伸管道到東西兩側(cè)，增加兩臺局扇。

2）、井下通風系統(tǒng)變化

①、隨著井下巷道掘進，井下巷道形成系統(tǒng)，供風距離最遠的增加到1600m，必須進行井下通風系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，減小風機集中安裝帶來的供風不利因素，在2005年5月對進、回風井井下通風系統(tǒng)調(diào)節(jié)，回風井井底南側(cè)玻璃鋼風管安裝在專用東回風聯(lián)巷內(nèi)，進風井風管通過與東回風聯(lián)巷施工的立眼與東回風聯(lián)巷接通，從而形成了井下300米東回風聯(lián)巷的專用回風巷。兩井形成公共回風系統(tǒng)，通風系統(tǒng)實現(xiàn)了互相調(diào)節(jié)。全風壓新鮮風流巷道增加，順槽掘進實現(xiàn)了兩進一回或一進一回的通風系統(tǒng)。為風機倒移創(chuàng)造了條件。

②、隨著兩風井南側(cè)掘進巷道用風量增加，北側(cè)巷道用風量減少的情況，在2005年7月實施北風南調(diào)工程，在回風井井底南側(cè)車場的東西兩側(cè)安裝三趟直徑1200mm玻璃鋼風管，用作“假風橋”，共施工閉墻8道，連接管道300m，從而實現(xiàn)了井下全部的風量共用，可有效地互相調(diào)節(jié)，保證了東一工作面集中五條綜掘巷用風和橫管、高抽巷共8個頭掘進用風。到05年11月份。順槽風機倒移，井下全負壓通風距離增大，礦井總風量為6350m3/min，風機房水柱320mmH2O。

3、通風系統(tǒng)后期變化

臨時通風系統(tǒng)從04年6月投用以來，風量從8000m3/min下降到6000m3/min，主要原因為井下通風巷道加長，通風阻力變化，到05年11月，隨著井下順槽掘進到1000m位置，且東采區(qū)與西采區(qū)同時布置掘進工作面，掘進頭超過15個以上，且采區(qū)順槽用風量也大大增加，由于按原計劃永久主扇投用期的推遲(主要原因為主膠帶巷到05年8月貫通后，主膠帶巷安裝皮帶預計到06年7月，回風井解放到永久主扇投用到06年10月)，臨時通風能力成為礦井建設的瓶頸，為此，在集中輔助巷與副斜井貫通后，永久主扇投用前，在副斜井井口安裝一臺臨時主扇。

副斜井井口安裝臨時主扇，副斜井（集中輔助運輸大巷）作專用回風巷；東一面掘進巷道通風利用副斜井主扇負擔；保留的玻璃鋼回風系統(tǒng)負擔西區(qū)掘進用風。臨時主扇選取Q_扇=12000 m³/min，h_扇=430mmH₂O，電機1000kw。

臨時主扇選用了航空工業(yè)沈陽發(fā)動機研究所風機廠的AGF606-2.82。井下相應進行通風系統(tǒng)改造工程。

副斜井安裝臨時主扇后，實現(xiàn)兩臺主扇聯(lián)合運轉(zhuǎn)，通風量可達到15000m3/min，滿足了礦井建設后期的順槽掘進供風。

4、通風系統(tǒng)管理

①、玻璃鋼作回風系統(tǒng)主要問題：接頭漏風，由于受季節(jié)變化及井下部分巷道受壓情況，井上、井下玻璃鋼風管接頭漏風的處理成為提高礦井有效風量的關(guān)鍵。

②、如不增加巷道設計施工量，井下通過1200mm玻璃鋼管道作風橋，必須采取有效的管道防撞措施。

③、由于新元礦井井筒涌水量大，冬季供暖必須保障，防止因井口結(jié)冰砸損管道。

④、玻璃鋼管道阻力損失較大，井下通風系統(tǒng)設計時，要充分考慮減少井下巷道段的通風阻力，以避免因通風阻力增加減少井下供風量。

三、 結(jié)論

該技術(shù)的實施，使通風能力從傳統(tǒng)的滿足4——8個掘進頭生產(chǎn)提高至滿足15個掘進頭同時生產(chǎn)需要，通風能力提高一倍，極大提高了新元礦掘進的通風安全保障程度。若按工效提高一倍計算，可使該礦井提前一年投產(chǎn)，按年產(chǎn)300萬噸煤、每噸煤按100元利潤計算，可實現(xiàn)利潤3億元，經(jīng)濟效益明顯。

在技術(shù)安全保障方面，使得井下全風壓通風，滿足了巷道掘進期間多頭掘進局扇正常運轉(zhuǎn)所需的風量；同時掘進工作面停風后，可及時撤人至全風壓不必撤至井上，撤人距離短節(jié)約時間具有更高的安全性；大量機電運輸設備可安裝在全風壓進風流中，可以設置瓦斯監(jiān)測監(jiān)控設備，最大限度消除了建井期間難以解決的瓦斯涌出不均衡隱患。作為建井期間地面局扇供風向永久主扇供風過渡期供風，大直徑管道全風壓通風技術(shù)可有效保證建井時期的供風的同時，瓦斯排放能力強，借助假風橋通風系統(tǒng)調(diào)節(jié)變得簡單，可以全礦井大面積反風，有一定的抗災害能力。

新元礦在建井期間采用的該技術(shù)，既保障了井下用風量，提高了通風能力，營造了安全的生產(chǎn)環(huán)境，又實現(xiàn)了多隊組同時、獨立施工和進、回風井筒同時下料、排矸等平行作業(yè)，為提高掘進效率和排矸運輸速度創(chuàng)造了條件，是高瓦斯礦井快速建井的一項高效保障技術(shù)，達到了穩(wěn)定、安全、經(jīng)濟的目的。

 

陽泉煤業(yè)（集團）有限責任公司  張愛科     黃振宇

二〇〇七年五月十一日

作者簡歷：

張愛科：（1964——）男，通風工程師。1983.08 大同煤礦學校畢業(yè) 采礦技術(shù)，1987~1999 陽煤集團通風部 技術(shù)員、助工、工程師，1999~2001 陽泉市燕龕煤炭公司 經(jīng)營副總經(jīng)理，2001~2003 陽煤集團通風部技術(shù)科 副科長（主持工作），2003~ 2005 陽煤集團通風部通風科（技術(shù)、管理兩科合并） 科長，2003~ 現(xiàn)在 陽煤集團通風部 副部長。

 

 

黃振宇（1973——）男，通風助理工程師。1992年畢業(yè)于山西礦業(yè)學院采礦系通風與安全專業(yè)，1992——2004，陽煤集團一礦   技術(shù)員，2004——現(xiàn)在    陽煤集團通風部技術(shù)管理科  科員。

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