關(guān)于召開第六屆山西省煤炭總工程師論壇暨山西省煤炭安全綠色智能開采論壇的通知

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）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)實問題。為加快建設(shè)進度，在該礦采用地面設(shè)置臨時風(fēng)機，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)濟社會效益。

關(guān)鍵詞  高瓦斯   建井    通風(fēng)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(shè)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(xué)研究總院撫順分院2003年11月編制陽泉煤業(yè)（集團）有限責(zé)任公司新元煤礦《礦井瓦斯危險程度預(yù)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(shè)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(fēng)立井、中央回風(fēng)立井。建井期間，沒有專用回風(fēng)井，中央進風(fēng)立井、中央回風(fēng)立井同時負擔(dān)提升、通風(fēng)任務(wù)。永久通風(fēng)機投入前需進行大量的井底附近巷道、主運巷、總回風(fēng)、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(fēng)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(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號煤層具有煤與瓦斯突出危險性等通風(fēng)與安全問題，并成為制約礦井建設(shè)的一個重要問題。新元礦井設(shè)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(fēng)距離也限于500米以內(nèi)，需風(fēng)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(fēng)量增大至7600立方米／分鐘，開掘距離不斷增大至1000米以上。這個階段最突出的問題為：(1)通風(fēng)困難，僅靠四個井筒局扇風(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(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(fēng)方案后（見下表），采取在地面安設(shè)一臺臨時主要通風(fēng)機代替地面多臺局扇，中央進、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8000立方米／分鐘以上。采用該項通風(fēng)技術(shù)后，通風(fēng)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(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(fēng)管臨時通風(fēng)系統(tǒng)：

在地面安裝一臺對旋軸流式臨時主扇，簡易的風(fēng)機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、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(fēng)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(fēng)方式實現(xiàn)了全負壓通風(fēng)，通風(fēng)量：8000m’／min，可滿足15臺局扇同時用風(fēng)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(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選取）

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(fēng)量6000m³/min時，每趟管道過風(fēng)按1500m³/min計算時，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，每趟管道過風(fēng)按1250m³/min計算時管道阻力為112.5mmH ₂O，管道內(nèi)風(fēng)速為18.43m/s。

2、臨時通風(fēng)系統(tǒng)實施情況

1）、2004年6月新元礦井安裝玻璃鋼風(fēng)管、臨時主扇，在進風(fēng)井安裝兩趟玻璃鋼風(fēng)管，進風(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與臨時風(fēng)機房接通；回風(fēng)井兩趟管道出井后連接三通變四趟管道連接80m與臨時風(fēng)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(fēng)井井底南北側(cè)變?yōu)榘颂恕＿M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。回風(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)機安裝在井底排風(fēng)管出口外的進風(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，臨時主扇開啟，停止地面局扇供風(fēng)。

臨時主扇投用后風(fēng)量的風(fēng)機參數(shù)                

臨時主扇投用后，井下測定最大風(fēng)量8000 m3/min，風(fēng)機房測定水柱265mmH2O,大直徑風(fēng)管臨時通風(fēng)系統(tǒng)投用，實現(xiàn)了井下全負壓通風(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個以上掘進頭的施工。

初期進風(fēng)井井底南北兩側(cè)共安裝局扇8臺，回風(fēng)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(fēng)距離遠，回風(fēng)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(fēng)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(fēng)距離最遠的增加到1600m，必須進行井下通風(fēng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，減小風(fēng)機集中安裝帶來的供風(fēng)不利因素，在2005年5月對進、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，順槽掘進實現(xiàn)了兩進一回或一進一回的通風(fēng)系統(tǒng)。為風(fēng)機倒移創(chuàng)造了條件。

②、隨著兩風(fēng)井南側(cè)掘進巷道用風(fēng)量增加，北側(cè)巷道用風(fēng)量減少的情況，在2005年7月實施北風(fēng)南調(diào)工程，在回風(fēng)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(fēng)管，用作“假風(fēng)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(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個頭掘進用風(fēng)。到05年11月份。順槽風(fēng)機倒移，井下全負壓通風(fēng)距離增大，礦井總風(fēng)量為6350m3/min，風(fēng)機房水柱320mmH2O。

3、通風(fēng)系統(tǒng)后期變化

臨時通風(fēng)系統(tǒng)從04年6月投用以來，風(fēng)量從8000m3/min下降到6000m3/min，主要原因為井下通風(fēng)巷道加長，通風(fēng)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(fēng)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(yù)計到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(fēng)巷；東一面掘進巷道通風(fēng)利用副斜井主扇負擔(dān)；保留的玻璃鋼回風(fēng)系統(tǒng)負擔(dān)西區(qū)掘進用風(fēng)。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(fēng)機廠的AGF606-2.82。井下相應(yīng)進行通風(fēng)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(fēng)量可達到15000m3/min，滿足了礦井建設(shè)后期的順槽掘進供風(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)計時，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)的實施，使通風(fēng)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(fēng)能力提高一倍，極大提高了新元礦掘進的通風(fēng)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(fēng)壓通風(fēng)，滿足了巷道掘進期間多頭掘進局扇正常運轉(zhuǎn)所需的風(fēng)量；同時掘進工作面停風(fēng)后，可及時撤人至全風(fēng)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(shè)備可安裝在全風(fēng)壓進風(fēng)流中，可以設(shè)置瓦斯監(jiān)測監(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)可有效保證建井時期的供風(fēng)的同時，瓦斯排放能力強，借助假風(fēng)橋通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)變得簡單，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(fēng)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(zé)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(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)營副總經(jīng)理，2001~2003 陽煤集團通風(fēng)部技術(shù)科 副科長（主持工作），2003~ 2005 陽煤集團通風(fēng)部通風(fēng)科（技術(shù)、管理兩科合并） 科長，2003~ 現(xiàn)在 陽煤集團通風(fēng)部 副部長。

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，陽煤集團一礦   技術(shù)員，2004——現(xiàn)在    陽煤集團通風(fēng)部技術(shù)管理科  科員。