高瓦斯礦井建井期間安全高效通風(fēng)技術(shù)

 

——在新元礦基本建設(shè)中的應(yīng)用

 

 

 

 

 

 

張愛科     黃振宇

 

 

 

 

 

 

陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)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(fēng)技術(shù)

——在新元礦基本建設(shè)中的應(yīng)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(fēng)安全與提升速度相矛盾的現(xiàn)實(shí)問題。為加快建設(shè)進(jìn)度，在該礦采用地面設(shè)置臨時(shí)風(fēng)機(jī)，大直徑玻璃鋼管道作回風(fēng)系統(tǒng)的技術(shù)，解決了上述矛盾，取得較好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

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

1、新元礦地質(zhì)瓦斯條件及存在的問題

礦井設(shè)計(jì)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(xué)研究總院撫順分院2003年11月編制陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司新元煤礦《礦井瓦斯危險(xiǎn)程度預(yù)測(cè)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(bào)告資料，3號(hào)煤層有突出危險(xiǎn)，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(xiǎn)區(qū)段，兩者或兩者以上因素重合部位更為危險(xiǎn)。

礦井采用斜井開拓，中央并列式。礦井移交生產(chǎn)及達(dá)到設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力時(shí)，共布置4個(gè)井筒，即主斜井、副斜井、中央進(jìn)風(fēng)立井、中央回風(fēng)立井。建井期間，沒有專用回風(fēng)井，中央進(jìn)風(fēng)立井、中央回風(fēng)立井同時(shí)負(fù)擔(dān)提升、通風(fēng)任務(wù)。永久通風(fēng)機(jī)投入前需進(jìn)行大量的井底附近巷道、主運(yùn)巷、總回風(fēng)、采區(qū)上山及工作面順槽，在多頭掘進(jìn)條件下，礦井的提升和通風(fēng)能力非常困難。

2、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題采取的安全高效通風(fēng)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(hào)煤層具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性等通風(fēng)與安全問題，并成為制約礦井建設(shè)的一個(gè)重要問題。新元礦井設(shè)計(jì)4個(gè)井筒，一期工程施工期間僅有4個(gè)井筒工作地點(diǎn)，供風(fēng)距離也限于500米以內(nèi)，需風(fēng)量?jī)H2000立方米／分鐘左右即可滿足要求。二、三期工程，井底車場(chǎng)、大巷、火藥庫(kù)等施工地點(diǎn)逐漸增多至12個(gè)以上，需風(fēng)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(gè)階段最突出的問題為：(1)通風(fēng)困難，僅靠四個(gè)井筒局扇風(fēng)筒壓入式通風(fēng)，多局扇(巨扇群)多風(fēng)筒送風(fēng)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(fēng)造成巷道及井筒全部處于污風(fēng)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(fù)雜，勞動(dòng)效率低。新元礦具有煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性，按規(guī)定每次放炮前，一個(gè)地點(diǎn)放炮須將受影響區(qū)域人員全部撤至新鮮風(fēng)流中，井下全部為污風(fēng)流，故須撤至井上。頻繁的放炮撤人造成多個(gè)施工地點(diǎn)相互影響、施工效率低下。

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

㈡、方案的實(shí)施及效果

1、玻璃鋼風(fēng)管臨時(shí)通風(fēng)系統(tǒng)：

在地面安裝一臺(tái)對(duì)旋軸流式臨時(shí)主扇，簡(jiǎn)易的風(fēng)機(jī)房留圓形孔連接玻璃鋼風(fēng)管。由于受井筒直徑7m以及井筒內(nèi)提升設(shè)備與風(fēng)管的安全距離限制，確定安裝每個(gè)井筒安裝兩趟風(fēng)管，根據(jù)礦井總通風(fēng)斷面，管路選取直徑1200mm。中央進(jìn)、回風(fēng)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(fēng)道，連接至井下污風(fēng)匯集巷道處，從而形成以下的通風(fēng)系統(tǒng)：新鮮風(fēng)流從地面————中央進(jìn)風(fēng)井(回)風(fēng)井一一井下巷道一一局扇一一工作面，污風(fēng)————巷道一一玻璃鋼回風(fēng)管道一一地面臨時(shí)主扇。（見下圖）

臨時(shí)主扇：BDK-II-8-NO．26，電機(jī)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(fēng)管：直徑1200mm，壁厚18mm、15mm，承受負(fù)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(fēng)方式實(shí)現(xiàn)了全負(fù)壓通風(fēng)，通風(fēng)量：8000m’／min，可滿足15臺(tái)局扇同時(shí)用風(fēng)的需要。管道連接方式：插接式，接頭處安裝兩個(gè)皮圈。管道安裝形式：懸掛式和支撐式。

對(duì)管道的阻力計(jì)算方面由以下公式進(jìn)行：

  H=（Δ×L×Qc2）/（K×D5）

  式中：Δ：瓦斯對(duì)空氣的相對(duì)比重（1-0.004466CV）。

  L：瓦斯管道長(zhǎng)度m

  Qc：混合量m3/h

  K：不同管徑的系數(shù) 0.71（超過150mm時(shí)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(fēng)量按照總配風(fēng)量6000m3/min,一趟管道通風(fēng)1500m3/min，管道按照1200mm選取）

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

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

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

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

2、臨時(shí)通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)施情況

1）、2004年6月新元礦井安裝玻璃鋼風(fēng)管、臨時(shí)主扇，在進(jìn)風(fēng)井安裝兩趟玻璃鋼風(fēng)管，進(jìn)風(fēng)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(fēng)立井安裝兩趟玻璃鋼風(fēng)管，回風(fēng)井沿風(fēng)井一側(cè)安裝兩趟玻璃鋼風(fēng)管，安裝管道1040m。

進(jìn)風(fēng)立井兩趟管道出井后連接三通變?yōu)樗奶瞬Ａт擄L(fēng)管連接120m與臨時(shí)風(fēng)機(jī)房接通；回風(fēng)井兩趟管道出井后連接三通變四趟管道連接80m與臨時(shí)風(fēng)機(jī)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(jìn)、回風(fēng)井井底南北側(cè)變?yōu)榘颂?。進(jìn)風(fēng)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?；仫L(fēng)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(fēng)機(jī)安裝在井底排風(fēng)管出口外的進(jìn)風(fēng)流中，從而形成全風(fēng)壓的通風(fēng)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(fēng)系統(tǒng)。2004年7月15日，臨時(shí)主扇開啟，停止地面局扇供風(fēng)。

臨時(shí)主扇投用后風(fēng)量的風(fēng)機(jī)參數(shù)                

臨時(shí)主扇投用后，井下測(cè)定最大風(fēng)量8000 m3/min，風(fēng)機(jī)房測(cè)定水柱265mmH2O,大直徑風(fēng)管臨時(shí)通風(fēng)系統(tǒng)投用，實(shí)現(xiàn)了井下全負(fù)壓通風(fēng)，結(jié)束了地面局扇供風(fēng)，提高了礦井建設(shè)的通風(fēng)能力，井下風(fēng)量保障了15個(gè)以上掘進(jìn)頭的施工。

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

2）、井下通風(fēng)系統(tǒng)變化

①、隨著井下巷道掘進(jìn)，井下巷道形成系統(tǒng)，供風(fēng)距離最遠(yuǎn)的增加到1600m，必須進(jìn)行井下通風(fēng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，減小風(fēng)機(jī)集中安裝帶來的供風(fēng)不利因素，在2005年5月對(duì)進(jìn)、回風(fēng)井井下通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)，回風(fēng)井井底南側(cè)玻璃鋼風(fēng)管安裝在專用東回風(fēng)聯(lián)巷內(nèi)，進(jìn)風(fēng)井風(fēng)管通過與東回風(fēng)聯(lián)巷施工的立眼與東回風(fēng)聯(lián)巷接通，從而形成了井下300米東回風(fēng)聯(lián)巷的專用回風(fēng)巷。兩井形成公共回風(fēng)系統(tǒng)，通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了互相調(diào)節(jié)。全風(fēng)壓新鮮風(fēng)流巷道增加，順槽掘進(jìn)實(shí)現(xiàn)了兩進(jìn)一回或一進(jìn)一回的通風(fēng)系統(tǒng)。為風(fēng)機(jī)倒移創(chuàng)造了條件。

②、隨著兩風(fēng)井南側(cè)掘進(jìn)巷道用風(fēng)量增加，北側(cè)巷道用風(fēng)量減少的情況，在2005年7月實(shí)施北風(fēng)南調(diào)工程，在回風(fēng)井井底南側(cè)車場(chǎng)的東西兩側(cè)安裝三趟直徑1200mm玻璃鋼風(fēng)管，用作“假風(fēng)橋”，共施工閉墻8道，連接管道300m，從而實(shí)現(xiàn)了井下全部的風(fēng)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(fēng)和橫管、高抽巷共8個(gè)頭掘進(jìn)用風(fēng)。到05年11月份。順槽風(fēng)機(jī)倒移，井下全負(fù)壓通風(fēng)距離增大，礦井總風(fēng)量為6350m3/min，風(fēng)機(jī)房水柱320mmH2O。

3、通風(fēng)系統(tǒng)后期變化

臨時(shí)通風(fēng)系統(tǒng)從04年6月投用以來，風(fēng)量從8000m3/min下降到6000m3/min，主要原因?yàn)榫峦L(fēng)巷道加長(zhǎng)，通風(fēng)阻力變化，到05年11月，隨著井下順槽掘進(jìn)到1000m位置，且東采區(qū)與西采區(qū)同時(shí)布置掘進(jìn)工作面，掘進(jìn)頭超過15個(gè)以上，且采區(qū)順槽用風(fēng)量也大大增加，由于按原計(jì)劃永久主扇投用期的推遲(主要原因?yàn)橹髂z帶巷到05年8月貫通后，主膠帶巷安裝皮帶預(yù)計(jì)到06年7月，回風(fēng)井解放到永久主扇投用到06年10月)，臨時(shí)通風(fēng)能力成為礦井建設(shè)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(tái)臨時(shí)主扇。

副斜井井口安裝臨時(shí)主扇，副斜井（集中輔助運(yùn)輸大巷）作專用回風(fēng)巷；東一面掘進(jìn)巷道通風(fēng)利用副斜井主扇負(fù)擔(dān)；保留的玻璃鋼回風(fēng)系統(tǒng)負(fù)擔(dān)西區(qū)掘進(jìn)用風(fēng)。臨時(shí)主扇選取Q_扇=12000 m³/min，h_扇=430mmH₂O，電機(jī)1000kw。

臨時(shí)主扇選用了航空工業(yè)沈陽發(fā)動(dòng)機(jī)研究所風(fēng)機(jī)廠的AGF606-2.82。井下相應(yīng)進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)改造工程。

副斜井安裝臨時(shí)主扇后，實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)主扇聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)，通風(fēng)量可達(dá)到15000m3/min，滿足了礦井建設(shè)后期的順槽掘進(jìn)供風(fēng)。

4、通風(fēng)系統(tǒng)管理

①、玻璃鋼作回風(fēng)系統(tǒng)主要問題：接頭漏風(fēng)，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(fēng)管接頭漏風(fēng)的處理成為提高礦井有效風(fēng)量的關(guān)鍵。

②、如不增加巷道設(shè)計(jì)施工量，井下通過1200mm玻璃鋼管道作風(fēng)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(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮減少井下巷道段的通風(fēng)阻力，以避免因通風(fēng)阻力增加減少井下供風(fēng)量。

三、 結(jié)論

該技術(shù)的實(shí)施，使通風(fēng)能力從傳統(tǒng)的滿足4——8個(gè)掘進(jìn)頭生產(chǎn)提高至滿足15個(gè)掘進(jìn)頭同時(shí)生產(chǎn)需要，通風(fēng)能力提高一倍，極大提高了新元礦掘進(jìn)的通風(fēng)安全保障程度。若按工效提高一倍計(jì)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(rùn)計(jì)算，可實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)3億元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

在技術(shù)安全保障方面，使得井下全風(fēng)壓通風(fēng)，滿足了巷道掘進(jìn)期間多頭掘進(jìn)局扇正常運(yùn)轉(zhuǎn)所需的風(fēng)量；同時(shí)掘進(jìn)工作面停風(fēng)后，可及時(shí)撤人至全風(fēng)壓不必撤至井上，撤人距離短節(jié)約時(shí)間具有更高的安全性；大量機(jī)電運(yùn)輸設(shè)備可安裝在全風(fēng)壓進(jìn)風(fēng)流中，可以設(shè)置瓦斯監(jiān)測(cè)監(jiān)控設(shè)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(fēng)向永久主扇供風(fēng)過渡期供風(fēng)，大直徑管道全風(fēng)壓通風(fēng)技術(shù)可有效保證建井時(shí)期的供風(fēng)的同時(shí)，瓦斯排放能力強(qiáng)，借助假風(fēng)橋通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)變得簡(jiǎn)單，可以全礦井大面積反風(fēng)，有一定的抗災(zāi)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(fēng)量，提高了通風(fēng)能力，營(yíng)造了安全的生產(chǎn)環(huán)境，又實(shí)現(xiàn)了多隊(duì)組同時(shí)、獨(dú)立施工和進(jìn)、回風(fēng)井筒同時(shí)下料、排矸等平行作業(yè)，為提高掘進(jìn)效率和排矸運(yùn)輸速度創(chuàng)造了條件，是高瓦斯礦井快速建井的一項(xiàng)高效保障技術(shù)，達(dá)到了穩(wěn)定、安全、經(jīng)濟(jì)的目的。

 

陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司  張愛科     黃振宇

二〇〇七年五月十一日

作者簡(jiǎn)歷：

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

 

 

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

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