煤礦擴能的技術改造

李祥庭

（冷水江市安全生產監督管理局，湖南 冷水江 417500）

煤礦擴能的技術改造

李祥庭

（冷水江市安全生產監督管理局，湖南 冷水江 417500）

技術改造有助于提高安全生產企業規模，降低生產成本，增加企業的經濟效益。所以，必須加大安全投入，提高企業的裝備水平，改善生產條件，進一步提高企業抗風險能力。本文以冷水江市金竹山塘沖工區煤礦為例，介紹了其概況、開采系統、開拓方式、開采順序和通風等，分析了對礦井排水系統、通風系統、提升系統進行擴能改造的必要性和可行性，以期為相關企業提供借鑒。

煤礦；改造；技術；方案

1 基本情況

金竹山塘沖工區煤礦礦井處于冷水江礦區中連井田57～62勘探線之間，屬于中連井田。井田及井田邊緣處露地層由老至新有第四系(Q)，石炭系中上統壺天群（C2+3ht）、石炭系下統梓門橋組（C1z）、測水組（C1c）、石磴子組（C1s）。可采煤層為3、5煤層。3煤層：灰黑與黑色，以塊狀結構為主。煤層結構簡單，夾矸0～2層，一般1層，是本礦井的主采煤層。煤厚0.8～3.20 m，平均厚1.9 m。煤層傾角16°～28°，平均傾角22°左右。煤層結構簡單，與5煤層平均層間距4～18 m。5煤層：黑色反光，粉末狀結構為主，煤層結構較復雜，夾矸0～2層，一般1層，夾矸多為炭質泥巖或泥巖，是本礦井的可采煤層。煤厚0.39～3.23 m，平均厚1.67 m。煤層傾角20°～30°，平均傾角25°左右。礦井水文地質條件簡單，礦井允水地質因素主要為大氣降水、含水層水、斷層水和老窿水。+120 m水平正常涌水量為6 m3/h，最大涌水量為9 m3/h；+40 m水平正常涌水量為3 m3/h，最大涌水量為7 m3/h。

斷裂構造主要有金竹山塘沖工區正斷層。本礦范圍內金竹山塘沖工區正斷層的上盤+120 m標高以上為老窯采空區，下盤為單斜構造，煤層賦存較好，為金竹山塘沖工區煤礦的主要開拓部位。金竹山塘沖工區正斷層構造賦存下的煤層，斷裂構造為開放型，走向北東12°～80°，傾向北西，傾角35°～70°，斷距10～30 m，造成梓門橋灰巖與煤系地層部分缺失，使淺部煤層破壞，并釋放了大部分瓦斯。為防止瓦斯突出，選擇3煤層做為保護層開采，解決礦井煤與瓦斯突出有效的區域性措施[1]。由于礦井3煤層瓦斯相對5煤層瓦斯小，將3煤層作為瓦斯解放層開采：一是大量瓦斯經過一定時間排放，瓦斯含量相對減少，區域瓦斯壓力也就降低，造成瓦斯在煤層內部的破壞力減少。發生煤與瓦斯突出，均與地應力、瓦斯含量、煤層結構相互依存的關系有關，而金竹山塘沖工區煤礦3、5煤層頂板為砂巖，裂隙多，易于瓦斯流動和釋放，礦井中部存在一條金竹山塘沖工區開放型正斷層，

2 現有系統概況（見表1）

使瓦斯流動有一個通道，引起瓦斯排放和壓力降低，造成礦井煤層瓦斯含量相對較小。目前，核定生產能力為6萬噸/年，將通過技改擴能達到生產能力15萬噸 /年[2]。

表1 金竹山塘沖工區煤礦現有開采系統概況

3 改造開拓方式與開采順序的分析

3.1 開拓方案選擇

根據煤層賦存情況、礦區地形和礦井開采現狀結合礦方意見，筆者初步提出兩個開拓方案：

方案Ⅰ：新掘主平硐和風井。在礦井2號拐點處新掘主平硐，井口坐標X=3 070 170、Y=37 539 470、Z=+238.5 m，以191°的方位角施工平硐15 m，再以?=28°的坡度施工11軌道上山至+130 m標高落底，長231.11 m，落底后沿巖層走向布置+130 m底板運輸大巷至井田中部，并以坡度30°的偽傾斜方向施工11通風上山與+240 m底板回風大巷、回風上山和風井（風井位于礦井1號拐點附近，井口坐標X=3 070 180、Y=37 539 530、Z=+260 m，ɑ=215°）貫通，構成礦井負壓通風系統（見開拓系統、采區布置及機械設備配備圖）[3]。

方案Ⅱ：利用現有的主斜井及工業廣場，延深主斜井至+130 m標高，沿巖層走向布置+130 m底板運輸大巷至礦井井田北翼附近，再布置采區上山。在礦井1號拐點附近布置風井，通過+260 m總回風與采區通風上山貫通，形成礦井負壓通風系統。從以上兩個方案分析，方案Ⅰ要重新選擇主平硐、風井和工業廣場并征地，初期投資大，建井工期長，但運輸系統簡單，前期通風線路短，通風容易。方案Ⅱ首采區生產時運輸線路較長（達2 000 m），煤矸通過軌道上山下放到+130 m底板運輸大巷，再從主斜井提升至地面，運輸系統比較復雜，運輸費用較高；由于巷道較長，通風阻力大，通風較困難；原主井因服務年限，受采動壓力的影響，巷道嚴重變形，斷面較小，需擴大斷面，且施工難度大；+130 m底板運輸大巷需要從小溪流下方通過，且巖柱較小，受楊家灣斷層的影響，地表水可能通過斷層裂隙帶進入礦井，從而增加排水費用，其優點是可以利用現有工業廣場、設施和設備[4]。

3.2 開拓方式

礦井采用平硐-暗斜井開拓，主平硐布置在礦井范圍2號拐點附近位置，井口坐標X=3 070 170、Y=37 539 470、Z=+238.5 m，以191°的方位角施工平硐15 m，再以?=28°的坡度施工11軌道上山至+130 m標高落底，長231.11 m，落底后沿巖層走向布置+130 m底板運輸大巷至井田中部，并以坡度30°的偽傾斜方向施工11通風上山與+240 m底板回風大巷、回風上山和風井（風井位于礦井1號拐點附近，井口坐標X=3 070 180、Y=37 539 530、Z=+260 m，ɑ=215°）貫通，構成礦井負壓通風系統（見開拓系統、采區布置及機械設備配備圖）。主平硐采用料石砌碹支護[5]，半圓拱，凈寬2.2 m，墻高1.4 m，凈斷面積4.97 m2；風井采用料石砌碹支護，半圓拱，凈寬2.0 m，墻高1.27 m，凈斷面積4.1 m2。

3.3 采區及區段劃分

礦井走向、傾向長度、煤層賦存條件以及煤與瓦斯突出礦井等特點，設計劃為三個采區開采，礦井東翼為首采區，即11采區，礦井西翼為接替采區，即12、13采區。11采區劃為四個區段，平硐以上（+240～+260 m）為第一區段，區段垂高20 m；+200～+240 m為第二區段，區段垂高40 m；+165～+200 m為第三區段，區段垂高35 m；+135～+165 m為第四區段，區段垂高35 m。12采區劃為三個區段，+200～+240 m為第一區段，區段垂高40 m；+165～+200 m為第二區段，區段垂高35 m；+135～+165 m為第三區段，區段垂高35 m[6]。13采區劃為二個區段，+165～+200 m為第一區段，區段垂高35 m；+135～+165 m為第三區段，區段垂高35 m。

3.4 開采順序

礦井內先采11采區，接替12采區，最后采13采區；采區內先上后下，先上區段，后下區段；煤層內先采3煤，后采5煤。回采工作面為后退式回采。礦井東翼由于煤層倒轉，5煤層位于3煤層之上，故先采5煤再采3煤。

4 礦井通風與安全

4.1 礦井通風系統及通風方式

通風方式：礦井采用中央邊界式通風方式，主平硐為進風井，風井為回風井。通風方法：抽出式通風礦井通風路線：主平硐（進風）→+240 m底板運輸大巷→+240 m石門→1152運輸平巷→1152工作面→1152回風平巷→+260 m回風石門→+260 m回風大巷→風井→地面。

4.2 礦井風量計算

按回采、掘進、硐室實際需要的風量總和計算礦井總風量。按回采工作面所需風量（1）、工作面良好氣候條件所需風量（2）、工作面稀釋瓦斯所需風量，可計算：Q采=0.092 6qch4×T×K=0.092 6×16.61×91×1.45=202.95 m3/min，回采工作面所需風量取最大值Q采=226.8 m3/min。掘進頭采用局扇壓入式通風，這是獨立通風系統，一個掘進頭需要風量150 m3/min，則掘進所需風量為：Q掘=3×150=450 m3/min。礦井所需總風量Q總=(Q采+Q掘+Q他)×K通=(226.8+450+50)×1.2=872.16 m3/min=14.54 m3/s。風速校核（1）、主平硐斷面積為4.97 m2，風量是14.4 m3/s，V=14.4/4.97=2.92 m/s，1 m/s＜V＜ 8 m/s。

按同時工作的最多人數，計算礦井同時工作的最多人數為80人，所需風量為320 m3/min，而本礦所配風量為872.16 m3/min＞320 m3/min。以上風速均符合《煤礦安全規程》要求。按最大班下井人數和噸煤供風標準校驗，供風量符合要求，確定礦井總風量為14.54 m3/s。回采工作面按272.16 m3/min配風，掘進工作面按180 m3/min配風，其他巷道按60 m3/min配風。通過計算礦井前期通風最大負壓，礦井通風阻力為146.88 Pa，通風等積孔為：A=1.19×Q/H1/2=1.19×14.54/146.881/2=1.43 m2，礦井通風等積孔等于1，礦井通風難易程度屬中等。

4.3 礦井通風設備

設計依據礦井所需風量：14.54 m3/s，礦井前期最大負壓：146.88 Pa，礦井后期最大負壓：277.97 Pa，礦井瓦斯等級：高瓦斯礦井。

設備選型：通風機風量的計算（確定選用軸流式通風機）Q＝K×QK＝1.15×14.54=16.72 m3/s。關于通風機風壓的計算，通風機必須產生的最大靜壓：Hjmax=hmax+Δh=277.97+180=458 Pa。 其 中：Δh為 通 風設備阻力，一般取150～200 Pa，取Δh＝180 Pa。預選通風機：YBK56-6-No13型軸流式通風機。通風機工作點的確定最大網絡阻力系數Rmax=Hjmax/Q2=458/16.722=1.638，則通風機在開采最大負壓時期的網路特性方程式為H=RmaxQ2=1.638Q2，將上述網路特性方程式按同一比例畫在YBK56-6-№13軸流式風機的性能曲線圖上，即得風機在最大負壓時期工況點A。在工況點A點：QA＝16.38 m/s，HA=428.4 Pa，ηA=71%。

功率的計算。根據礦井所需風量和負壓，通對通風機進行選型計算，選用兩臺YBK56-6-No13型軸流式通風機作為主通風機，其中1臺工作，1臺備用。通風機配套電動機功率22 kW，額定風量6～23 m3/s，靜壓150～800 Pa，在礦井最大負壓時期（開采后期），將風機葉片調到36°時，產生的風量為16.38 m3/s，靜壓為428.4 Pa，可滿足礦井安全通風的要求。風機在運行過程中，應根據礦井所需風量，適時調整風機風量，使風機在工況點范圍內運行。

5 擴能改造項目總結

5.1 排水系統

隨著開采深入，+120 m正常涌水量預算會增大至20 m3/h，最大涌水量會增大至30 m3/h，現有水倉容量為420 m3，水泵流量43 m3/h，水倉不能滿足8 h正常涌水量容量，泵排不能在20 h內排出24 h最大涌水量；+40 m正常涌水量預算會增大至25 m3/h，最大涌水量會增大至35 m3/h，現有水倉容量為480 m3，水泵流量43 m3/h，水倉不能滿足8 h正常涌水量容量，泵排不能在20 h內排出24 h最大涌水量，影響安全，影響生產。投入資金對現有+120 m水倉和+40 m水倉進行擴容，更換水泵（滿足要求）和排水管徑ф85×8 mm二趟，滿足排水要求，具體改造方案見表2。

5.2 通風系統

南翼風井擔負全礦井通風，由于回風路線長，管理困難，巷道變形快，維修量大，造成風量不穩定，且不足，影響瓦斯防治能力，影響產能升級，必須改造升級。在礦井北翼建立一個新風井，形成兩翼對角式通風，南翼風井只擔負現有11、21采區回風，新建北翼風井擔負12、22采區，增大礦井總通風量、可靠性和穩定性，滿足擴能生產升級安全要求，具體技術改造方案見表3。

表2 排水系統的技改方案

表3 通風系統的技改方案

5.3 提升系統

目前，礦井地面絞車只能滿足6萬 t/a提升要求，不能滿足產能擴大提升要求。所以，必須加長地面提升車場和安裝JTP1.6×1.2型絞車提升。

6 結語

本文闡述了冷水江市金竹山塘沖工區煤礦的概況、開采系統、開拓方式等，分析了對礦井排水系統、通風系統、提升系統進行擴能改造的必要性和可行性，并利用技術手段，參照國家政策進行改造。在全國煤炭資源兼并重組的形勢下，這對于讓地方小煤礦轉到國有大礦的軌道上來，具有一定的意義。

1 李向東，張慶華，陳忠明，等.龍灘煤礦通風系統改造優化方案的研究[J].煤炭科學技術，2010，（12）：66-68.

2 鄔忠誠.五虎山煤礦通風系統優化改造方案分析[J].礦業安全與環保，2014，（1）：63-65.

3 張 英.大陽泉煤礦通風系統設計優化改造[J].煤炭工程，2012，（6）：21-23.

4 崔海威.東山煤礦通風系統改造方案優化[J].中國礦山工程，2011，（3）：54-56.

5 徐崇貴.煤礦通風系統技術改造方案[J].煤炭技術，2006，（8）：78-79.

6 焦繼紅.煤礦通風系統技術改造淺析[J].煤炭技術，2012，（8）：92-94.

Technical Renovation of Coal Mine Expansion

Li Xiangting
(Lengshuijiang Municipal Administration of Work Safety, Lengshuijiang 417500, China)

It is helpful to improve the scale of production enterprises, reduce the production cost and increase the economic benefit. Therefore, we must increase investment in safety, improve the level of equipment, improve production conditions,and further enhance the ability to resist risks. In this paper, the Lengshuijiang Jinzhu Chong Shantang coal mine as an example area, introduces the general situation, development methods, mining system, mining sequence and ventilation,analyzes the necessity and feasibility of revamping the mine drainage system, ventilation system, improve the system, in order to provide reference for related enterprises.

coal mine; transformation; technology; scheme

TD263

A

1008-9500(2017)06-0087-04

2017-03-26

李祥庭（1970-），男，湖南冷水江人，采礦助理工程師，從事煤礦安全生產監管與采礦工作。