尚義永勝礦業壓風自救系統設計

摘要：壓風自救系統是煤礦井下安全避險“六大系統”之一，正常生產時，為井下開拓掘進工作面風動工具提供壓縮空氣動力，滿足井下巖石巷道掘進及煤巷支護之需要；在發生水、火、瓦斯等災變事故時，為井下有工作人員的場所提供安全保障的新鮮壓縮空氣，進行自救，因此，建設合理的壓風自救系統是實現煤礦安全生產的重要保證。

關鍵詞：壓風自救系統 壓風機 壓風管路 壓風自救裝置

1 礦井概況

1.1 礦井簡介

尚義永勝礦業原為河北省張家口市尚義煤礦大永勝井，始建于1994年5月，設計生產能力9萬t/年。 2010年，依據河北省政府《關于張家口市懷來等縣區地方煤礦兼并重組工作方案的批復》（冀政函[2009]125號），辦理了采礦許可證延續和變更，礦區面積1.4952km2，有效期自2011年1月17日至2016年1月17日。

1.2 礦井位置

礦井位于河北省尚義縣城東南約15km，行政區劃隸屬尚義縣紅土梁鎮。地理座標為：

東經：114°04′01″-114°01′12″

北緯：40°58′43″-40°59′11″

1.3 礦井儲量、設計生產能力及服務年限

礦井可采煤層三層，分別為3、5、6號煤層，其中5、6號煤層為主采煤層，3號煤層局部可采。礦井保有資源儲量合計725.8萬t，可采儲量313.3萬t，設計生產能力30萬t/年，服務年限7.5年。

1.4 礦井開拓系統

開拓方式為斜井多水平階段石門開拓，劃分為三個水平開采， 第一水平為+1000水平、二水平+850水平、三水平+700水平。

首采工作面布置在+1000水平，+1050水平為回風水平。 開采順序采用區內后退式回采， 采用柔性掩護支架采煤法， 掘進工作面巖巷采用砌碹、錨噴支護，煤巷采用工字鋼或錨網支護。

1.5 礦井通風系統

礦井通風方式采用中央并列式，主斜井進風，副斜井回風，主通風機選用兩臺BK54-6-№16型軸流式通風機，一臺工作、一臺備用。

2 壓風機和管線選型

2.1 壓氣設備及管路系統

礦井采用集中供氣方式，在地面副斜井井口附近建設壓縮空氣站，安裝一臺LGB-10/8和一臺BJS-20/7型螺桿式空氣壓縮機。在正常生產時，為井下開拓掘進工作面風動工具提供壓縮空氣動力，供井下巖石巷道掘進，煤巷支護；在發生水、火、瓦斯等事故時，為井下有工作人員的場所提供安全保障的新鮮壓縮空氣進行自救。

2.1.1 空氣壓縮機主要技術參數。型號為LGB-10/8，排氣量10m3/min；型號為BJS-20/7，排氣量20m3/min。額定壓力0.7MPa ，冷卻方式為風冷，配用電機額定功率分別為55kW和110kW，額定電壓380V。

2.1.2 供氣管路系統。該礦井井上下構成一套供氣管路系統，包括地面空氣壓縮機、輸氣主干管路、用氣分支管路、管路附件和氣動工具等。

2.2 壓風機和壓風管路的驗算

2.2.1 設計依據

①地面標高：+1260.7m。

②空壓機年運轉天數：B=330d，原班凈工作時間t = 14小時。

③管路長度（按 +1000m 水平計算）

副斜井筒L=617m，車場L=60m，

石門L=240m，采區巷道L=730m。

2.2.2 計算壓縮機站的供氣量

①壓風自救用風量

根據井下生產和輔助人員出勤安排表，每班下井工人數為45人， 備用系數按1.1，每班入井人數合計51人，壓風自救供風標準為每人每分鐘0.3m3。

因此，壓風自救最大用風量為：51×0.3=15.3m3/min

②計算壓縮機站的供氣量

Q=α·α·q·k

式中：α——沿管道長度的漏風系數，取 1.1

α——機械摩擦耗氣量增加系數，取 1.1

q——壓風自救最大用風量，q=15.3m3/min

則：Q=1.1×1.1×15.3=18.5m3/min

根據計算結果，設計安裝一臺BLT60A-20/7型螺桿式空氣壓縮機，排氣量為20m3/min，可滿足礦井災變時為井下提供新鮮空氣的壓風自救需要。地面現有的一臺LGB-10/8型螺桿式空氣壓縮機，排氣量10m3/min，可作為備用。

2.2.3 供氣管道的確定

井筒、石門、大巷的主管路采用4吋108 mm、壁厚4 mm的無縫鋼管；采區巷道、采掘工作面支管路采用2吋60 mm、壁厚4 mm的無縫鋼管。

2.3 確定空壓機必須的排氣壓力

P=Pg+ΣΔP+0.1MPa

式中：Pg——風動工具的額定工作壓力（Pa），取0.5MPa

ΣΔP——輸氣管路各部分壓力損失之和ΣΔP=λL

λ——單位長度的壓力損失值λ=10-35Pa/m取35Pa/m

L——管路全長（m），取壓氣管道由地面壓風機房到井下工作面最大一路距離為1650m

ΣΔP=35×1650=57750Pa=0.058MPa

P=0.5+0.058+0.1=0.658MPa

由計算P=0.658MPa可以確認地面壓縮空氣站空壓機出口壓力0.7MPa能滿足生產及壓風自救的要求。

3 壓風管路配件選型及安裝要求

①管路上的閥門全部采用法蘭連接式閘板閥，部件間連接要緊密，不漏風。

②管路安裝前要做防腐處理。

③在管路安裝的較低點安裝油水分離器，定時排放積水和積油。

④為方便控制，各管路分支處都要安裝閥門。

⑤礦井采掘作業地點、壓風自救裝置設置點及避災路線巷道內均要安裝壓風管道，并設置供氣閥門，閥門間距不大于100m。氣源可以取自就近的主要壓風管路上。

⑥壓風管路要可靠的防護措施，防止災變破壞。

4 壓風自救裝置選型及安裝

根據《河北省煤礦壓風自救系統建設標準》要求，選用ZYJ型礦井壓風自救裝置，根據壓風自救設置點服務人數，確定安裝套數。

4.1 裝置的結構和使用方式

該裝置由管道、開閉閥、連接管、減壓組及防護套等5部分組成。當井下發生災變事故時，扳動開閉閥體的手把氣路通暢，功能裝置迅速完成泄水、過濾、減壓和消音等動作后，此時防護套內充滿新鮮空氣供避災人員救生呼吸。防護套內的空氣壓力為（0.05-0.1）MPa，防護套外有毒氣體的壓力低于套內壓力，因此外部有害氣體不會進入防護套內對避災人員造成危害。

4.2 主要技術指標

系統供氣壓力：0.3～0.7MPa，系統供氣量：30～55L/min；

壓力調節范圍：0.05～0.3MPa，噪聲小于：85Db，重量：13kg；

防護方式：披肩式防護套；

外形尺寸：

壓風自救裝置φ30×265mm，披肩式防護套920×1030mm。

4.3 壓風自救裝置的安裝

安裝位置：在+1000煤層運輸大巷、+1050水平回風大巷、采掘工作面、避災路線和避難硐室等地點共安裝8組壓風自救裝置，每組壓風自救裝置應可供6人使用。

供風管路必須鋪設到所有采掘工作面、壓風自救裝置點及避災路線巷道地點；主管路每隔不大于200m安設一個供氣閥門，支管路每隔不大于50～100m安設一個供氣閥門，各采掘工作面及采區回風巷、采區上山最高處均安裝供氣閥門，接入的壓風管路應設減壓、消音、過濾裝置和控制閥，壓風出口壓力在0.1～0.3兆帕之間，供風量不低于0.3m3/分·人，連續噪聲不大于70分貝。

5 壓風自救系統管理和維護

①成立壓風自救系統管理小組，建立完善壓風自救系統管理制度 。

②每天至少對壓風自救系統進行一次供氣試驗，每次試驗時間不少于30min，保證系統各環節正常使用，并做好相關記錄。

③壓風泵站設專人值班，維護、維修人員必須每天對空氣壓縮機、管路和自救裝置及其附屬設施進行檢查，發現問題及時處理，并建立設備臺帳、設備故障記錄表、巡查和檢修記錄。

6 結束語

煤礦壓風自救系統是煤礦正常生產時的動力，更是災變時的重要安全避險系統，只有合理選擇壓風自救系統參數，加強壓風自救系統日常管理和維護，才能確保壓風自救系統正常運轉，實現煤礦安全生產。

參考文獻：

[1]《國家安全監管總局、國家煤礦安監局關于建設完善煤礦井下安全避險“六大系統”的通知》 （安監總煤裝〔2010〕146號）.

[2]《煤礦安全規程》（2011版）.

[3]《礦井壓風自救裝置技術條件》（MT390-1995）.

[4]《河北省煤礦壓風自救系統建設標準》（試行）.

作者簡介：賈文宗（1969-），男，1991年參加工作，現為冀中能源邢礦集團山西古縣金谷煤業有限公司調度室副主任，助理工程師，注冊安全工程師。