礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化升級(jí)改造在三元煤礦的應(yīng)用

彭建輝

（山西晉能集團(tuán)長治有限公司 三元煤礦，山西 長治 046000）

我國的大、中、小型煤礦，經(jīng)過多年的開采、礦井的延伸、布局的變化、生產(chǎn)能力的增大、開采深度的加深，開采的地質(zhì)條件更加復(fù)雜，很多礦井的通風(fēng)條件與礦井設(shè)計(jì)之初有了很大變化，造成不少礦井的通風(fēng)能力與生產(chǎn)能力不匹配，風(fēng)機(jī)老化、效率低、能耗高、經(jīng)濟(jì)效益低等多種現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了礦井的生產(chǎn)和安全，也影響了煤礦工人的安全健康，成為礦井發(fā)展的瓶頸，因此必須改造和優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)。三元煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的技術(shù)改造狀況現(xiàn)予以分享。

1 三元煤礦通風(fēng)系統(tǒng)改造前的情況

1）礦井通風(fēng)系統(tǒng)及大巷布置方式：采用立井開拓，共建三個(gè)立井。礦井廣場(chǎng)布置有一個(gè)主立井和兩個(gè)副立井。主立井為箕斗提煤兼回風(fēng)井、副立井為運(yùn)送人員和材料兼進(jìn)風(fēng)井，并在井田南部布置一專用回風(fēng)立井。通風(fēng)為中央并列對(duì)角混合式，開采3號(hào)、9號(hào)、15號(hào)煤層。根據(jù)煤層賦存，先開采3號(hào)煤層，水平標(biāo)高+620 m。根據(jù)開拓部署及煤柱留設(shè)，3號(hào)煤層共分三個(gè)采區(qū)，（中央?yún)^(qū)、南翼區(qū)、北翼區(qū)）。主立井擔(dān)負(fù)中央?yún)^(qū)和北翼區(qū)的回風(fēng)，南翼風(fēng)井擔(dān)負(fù)南翼區(qū)的回風(fēng)。由于3號(hào)煤層無煤與瓦斯突出危險(xiǎn)及沖擊地壓、煤層不易自燃，故回風(fēng)大巷沿煤層頂板布置，軌道大巷、皮帶大巷沿煤層底板布置。采區(qū)軌道大巷和皮帶大巷進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)大巷回風(fēng)。回采工作面采用綜采放頂煤采煤，煤厚7.2 m，通風(fēng)方式“U’型（一進(jìn)一回） 后退式通風(fēng)，其中運(yùn)輸順槽運(yùn)煤兼進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)順槽輔助運(yùn)料兼回風(fēng)。

2）礦井風(fēng)機(jī)選型及風(fēng)量分配：礦井通風(fēng)為機(jī)械抽出式。南翼風(fēng)井選用FBCDZ—8—№28型主通風(fēng)機(jī)，主井選用2K58№28型主通風(fēng)機(jī)，為雙風(fēng)機(jī)聯(lián)合通風(fēng)。掘進(jìn)工作面采用機(jī)械壓入式通風(fēng)，局部通風(fēng)機(jī)均為FBDY系列。全礦總回風(fēng)量105 m3/s。礦井配風(fēng)量，如表1所示。

表1 礦井風(fēng)量分配表

2 三元煤礦通風(fēng)系統(tǒng)改造的必要性

1）礦井瓦斯涌出量不斷加大：煤層埋藏深度由北向南逐漸增加，煤層底板等高線呈北高南低之勢(shì)。根據(jù)井田瓦斯地質(zhì)基本規(guī)律，瓦斯含量一般隨埋藏深度加大而增加。三元煤礦2013年底，北部區(qū)域采區(qū)已采大部，南部區(qū)域采區(qū)由于瓦斯含量較高，目前處于規(guī)劃設(shè)計(jì)階段。2013年鑒定為高瓦斯礦井，因此更要加大瓦斯管理。三元煤礦的礦井埋深與瓦斯涌出量關(guān)系，見圖1。據(jù)圖分析：煤層瓦斯涌出量與煤層埋深雖呈不規(guī)則性，但礦井瓦斯絕對(duì)涌出量不斷增大。根據(jù)生產(chǎn)礦井地質(zhì)報(bào)告，煤層瓦斯含量隨煤層埋深的增加逐漸加大。加之南部采掘工作面瓦斯涌出量的初步統(tǒng)計(jì)，回采工作面平均絕對(duì)瓦斯涌出量可達(dá)9.8 m3/min。為保礦井安全生產(chǎn)，根據(jù)國家相關(guān)規(guī)范，必須加大南翼區(qū)生產(chǎn)期間的風(fēng)排瓦斯力度。現(xiàn)礦井考慮南翼生產(chǎn)期間，加大礦井通風(fēng)能力。

圖1 三元煤礦的礦井埋深與瓦斯涌出量的關(guān)系圖

2）礦井采區(qū)接續(xù)變化的需要：按照一般采區(qū)接替順序，應(yīng)先開采煤層賦存簡(jiǎn)單、開采技術(shù)條件較好的的采區(qū)。三元煤礦據(jù)此規(guī)則，先采瓦斯含量較低的北翼區(qū)，采用循序漸進(jìn)策略開發(fā)。而礦井回風(fēng)井設(shè)于南翼，北翼區(qū)生產(chǎn)期間的通風(fēng)路線過長，故需改造礦井通風(fēng)系統(tǒng)。

3）礦井通風(fēng)阻力的不斷增大：北翼一采區(qū)1309工作面困難時(shí)期阻測(cè)路線通風(fēng)阻力分布，見圖2。由圖知，采區(qū)阻力占據(jù)比例較大。但目前三元煤礦主采一采區(qū)、二采區(qū)，而三采區(qū)會(huì)在未來一到三年內(nèi)進(jìn)行布置及開采工作。南翼風(fēng)井擔(dān)負(fù)二采區(qū)和未來四采區(qū)回風(fēng)任務(wù)，而主井主要擔(dān)負(fù)一采區(qū)和三采區(qū)的回風(fēng)任務(wù)。南翼風(fēng)井回風(fēng)任務(wù)較輕松，因?yàn)樗牟蓞^(qū)目前還未列入開采計(jì)劃，但主井回風(fēng)任務(wù)較繁重，圖表中顯示其通風(fēng)阻力為980 Pa，而三采區(qū)掘成后，通風(fēng)阻力會(huì)增加一倍之多，即2 000 Pa左右，通風(fēng)路線長達(dá)6 000 m。但目前主井的風(fēng)機(jī)為2K58№28型老式主通風(fēng)機(jī)，其使用時(shí)間較長且為箕斗兼回風(fēng)，風(fēng)量增加、負(fù)壓增加必然導(dǎo)致風(fēng)機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定，且粉塵較大，故增加中央回風(fēng)井分擔(dān)主井回風(fēng)任務(wù)迫在眉睫。

4）箕斗提煤兼回風(fēng)存在的隱患：目前，三元煤礦的主立井為箕斗提煤兼回風(fēng)，漏風(fēng)率已超過15%。導(dǎo)致通風(fēng)機(jī)的效率降低，耗電增加。加之回風(fēng)與提煤混合，不僅要對(duì)風(fēng)量進(jìn)行控制，瓦斯?jié)舛纫惨獓?yán)格監(jiān)測(cè)。但主立井的主通風(fēng)機(jī)若加大風(fēng)量必然超限，且會(huì)影響整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以要對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造。

圖2 北翼一采區(qū)1309工作面困難時(shí)期阻測(cè)路線通風(fēng)阻力分布圖

3 三元煤礦通風(fēng)系統(tǒng)改造的方案選擇

1）針對(duì)三元煤礦采區(qū)接替順序變化及南翼生產(chǎn)期間瓦斯涌出較大情況，確定采用分區(qū)式通風(fēng)方式進(jìn)行改造，本次提出兩個(gè)方案。①一方案：在中央采區(qū)（工業(yè)場(chǎng)地西北側(cè)）增設(shè)中央回風(fēng)立井，負(fù)責(zé)中央采區(qū)及北翼采區(qū)回風(fēng)，南翼回風(fēng)立井負(fù)責(zé)南翼三個(gè)采區(qū)回風(fēng)，擔(dān)負(fù)南二、南三采區(qū)生產(chǎn)期間礦井瓦斯抽采任務(wù)。副立井、主立井擔(dān)負(fù)全礦井進(jìn)風(fēng)任務(wù)。②二方案：在中央采區(qū)巷道西端井田邊界處，增設(shè)中央采區(qū)回風(fēng)立井，并在北翼區(qū)（南寨村及七里坡村之間）增設(shè)北翼回風(fēng)立井，中央采區(qū)回風(fēng)立井負(fù)責(zé)中央采區(qū)回風(fēng)，北翼回風(fēng)立井負(fù)責(zé)北翼采區(qū)回風(fēng)，副立井、主立井擔(dān)負(fù)全礦井進(jìn)風(fēng)任務(wù)。

2）方案不同之處在于：二方案是同時(shí)為中央采區(qū)及北翼采區(qū)增設(shè)了回風(fēng)立井，使得礦井北翼采區(qū)及中央采區(qū)分區(qū)通風(fēng)。本次設(shè)計(jì)對(duì)兩種方案進(jìn)行通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)模擬計(jì)算，進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。可以看出，雖然二方案實(shí)現(xiàn)了中央采區(qū)、北翼區(qū)分采區(qū)通風(fēng)，增加了礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但存在井筒工程量大、壓煤量大、投資高的缺點(diǎn)。一方案雖然最大通風(fēng)阻力稍大，但仍在合理通風(fēng)阻力范圍內(nèi)，對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性并無明顯變化；且對(duì)中央采區(qū)及北翼采區(qū)生產(chǎn)準(zhǔn)備并無相互影響，降低了礦井通風(fēng)管理難度。一方案可節(jié)約煤炭資源約2.1 Mt，可節(jié)省投資約2 440萬元。因此，一方案具有較大優(yōu)勢(shì)，本次決定使用一方案改造通風(fēng)系統(tǒng)。

4 三元煤礦通風(fēng)系化改造后的效果

1）改造后的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)。將原來的“一進(jìn)兩回”的中央混合式改造為“兩進(jìn)兩回”的中央分區(qū)式通風(fēng)，大大降低了井下的通風(fēng)總阻力，為礦井后期生產(chǎn)奠定良好基礎(chǔ)。

2）減少礦井的通風(fēng)費(fèi)用，提高安全系數(shù)：改造完成后，主井主通風(fēng)機(jī)棄置不用。主井由過去的回風(fēng)改為進(jìn)風(fēng)，瓦斯?jié)舛鹊玫接行Э刂疲L(fēng)量得到有效分配，提高了礦井的安全系數(shù)。井下用于維護(hù)通風(fēng)設(shè)施的費(fèi)用、維護(hù)主井的費(fèi)用均得以消除。雖然礦井前期投資較大，但大大緩解了后期北翼三采區(qū)開采時(shí)所帶來的通風(fēng)維護(hù)費(fèi)用。

3）礦井總風(fēng)量富裕程度提高：由原來的7 300 m3/min提升到現(xiàn)在的10 600 m3/min，全面滿足井下各瓦斯抽放鉆場(chǎng)、掘進(jìn)面的供風(fēng)需求。也為后期建設(shè)地面瓦斯泵站贏得了時(shí)間。

5 結(jié)束語

（1）本次通風(fēng)系統(tǒng)改造，降低了礦井北翼區(qū)生產(chǎn)期間的通風(fēng)阻力。中央回風(fēng)立井的建立，很大程度上降低了礦井通風(fēng)阻力，提高了礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（2）增加了礦井南北翼安全出口。中央回風(fēng)立井的設(shè)立，使得礦井北部增加了安全出口，提高了礦井防災(zāi)抗災(zāi)能力。（3）降低了礦井通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行成本。礦井通風(fēng)阻力的降低，進(jìn)而節(jié)約了礦井通風(fēng)管理和耗電成本，降低了礦井通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行成本。（4）綜上所述，三元煤礦通過設(shè)立中央回風(fēng)立井，提高了礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、經(jīng)濟(jì)性，意義重大。

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