礦井地面風硐的改造方案比選與施工

林 增

（山東東山古城煤礦有限公司，山東 兗州 272100）

1 概況

古城煤礦井田面積16.66km2，3#煤為主采煤層，平均厚度8.49m，2019年核定生產能力為176萬t/a。通風系統改造前地面安裝2臺FBCDZ№28型防爆軸流對旋式主通風機，風機供風量偏低(僅為5800m3/min)。2014年，將地面主通風機更換為FBCDZ№30型防爆軸流對旋式主通風機，配套YBF710S1-8型電機，功率為2×710kW，最大吸風量12900m3/min。

隨著井下采場向-1030m水平轉移，通風流程增大，部分巷道受壓變形導致通風斷面減小，礦井通風阻力急劇升高，特別是更換主通風機后，風硐風速超過15m/s，局部阻力增加更明顯，擬采取增加并聯風硐的方法加大地面風硐的過風能力。

2 改造方案

根據安全、可靠、簡單易行、盡量利用現有風硐和設施的原則，按并聯風硐的布置形式不同，設計以下方案。

方案一：在原地面風硐東側接地安設玻璃鋼制或混凝土澆筑的方形或圓形風硐，主井塔內架設玻璃鋼制材料風硐，形狀及斷面積視井筒具體尺寸及可利用空間而定，在主井井筒以北切割出口后與新風硐相連。

方案二：在原地面風硐東側接地安設玻璃鋼制圓形風硐，與原風硐分叉前的東壁開圓形口相連，全部用玻璃鋼材料。

方案三：高架式，利用地面主扇風機現有風道，在原風道上部鋪設高架輔助風道，輔助風道與原風道連接方式為：在主扇前原風道分岔處往北2m處于左右風道頂部分別開口，經褲衩式風道與主風道（輔助風道）相連，主風道（輔助風道）穿過主井房北墻壁鐵皮與主井上井口相連。該方案分鐵皮風道和玻璃鋼風道。

方案二安裝距離較短，不足以降低風速和阻力。方案三由于防爆井蓋的問題而無法施工。方案一雖然存在占用梯子間對主井檢修帶來不便的問題，但通過安裝推拉門、在檢修時將其關閉可解決；將主井塔內的風硐改為可拆卸式，可解決箕斗更換問題；全部改為玻璃鋼制風硐可解決澆筑工程量大、工期長的問題。

經綜合技術經濟比較，設計確定方案一為主導方案。即在原地面風硐東側接地安設玻璃鋼制風硐，并在主井井筒以北切割出口后與新風硐相連。

對三種風硐改造方案進行比較，如表1所示。

表1 風硐改造方案比較表

3 斷面設計

3.1 斷面形狀選擇

（1）半圓拱形：承受頂壓能力較好，施工較簡單方便。但承受側壓及底壓能力差。適用于不含水的穩定、較穩定的地層。

（2）正方形：施工較簡單方便，但承壓能力差。適用于穩定或埋深較淺的非穩定的地層。

（3）圓形：承壓能力強，但施工較復雜。適用于埋深較深的非穩定的地層。

通過比較分析，結合礦井實際和施工情況，設計采用正方形。

3.2 斷面積及技術參數的確定

方形風硐斷面7.84m2，高2.8m(與原風硐高度一致)，寬2.8m，主井井筒以北切割出口后與新風硐相連。

3.3 并聯風硐增設效果風速驗算

根據《煤礦安全規程》規定的風速對風硐的斷面進行驗算，其關系式如（1）：

式中：

V-風流速度，m/s；

Q-風井設計通過的風量，m3/s；

F-風硐設計斷面積，m2。

V=9.57m/s＜15m/s

風速合理，符合要求。

4 風道墻壁開鑿順序

（1）關閉風道擋板門，測量風壓。可以在風道上部開出測量孔和電纜、壓縮空氣等進線孔。

（2）開啟擋板門，觀察風壓的變化，核準風壓指數。

（3）進入人員，關閉入孔門，同時監視人員在風道內的情況，并進行不少于3次的無壓監視。

（4）開始剔除墻壁，首先鉆孔，把墻壁鉆出一個小孔，進行風壓測量，感受風道內工作環境。觀察剔除的垃圾是否由風機吸走，是否損傷風機。

（5）逐步擴大剔除面積。達到0.2×0.2m2時，停止工作，全面測量。仔細觀察風道受壓情況，觀察風道變形情況，測量風道的各項技術指標，測量風壓在“全打開→全關閉→入孔打開→入孔關閉”等各項數據，記錄存檔。

（6）繼續剔除內墻，并隨時測量風壓，每半小時更換施工人員一次，每次進入風道內的人員不少于三人。

（7）剔除面積達到1m2時，停止工作，再次全面測量觀察。此時不宜測量入孔門全部打開狀態的數據。入孔門打開時，必須讓人員進入兩道擋板門之間的位置，關閉2#擋板門后，再打開入孔門。同時觀察和測量擋板門對風壓載荷的變化，并隨時將剔除到身邊位置的垃圾及時清理出來。

（8）繼續擴大剔除面積，每隔1m2，進行一次全面測量，直至全部剔除完畢。

5 其他措施

（1）墻壁的開鑿必須保證洞口平齊，不得妨礙護板和支撐的安裝，風道接口采用弧形，降低局部通風阻力。

（2）護板安裝后，與墻壁的夾縫要用密封膠填充。

（3）前期能夠剝離的墻體要完全剝離，尤其是風道墻壁，把墻壁外層全部剔除，露出兩層鋼筋。剝離時，注意觀察內層是否能夠承受風壓（負壓）的載荷。

（4）新風道采取有效的防腐措施，風道外表面防腐為防銹漆+調和漆各兩道，內防腐為玻璃鋼漆6道，除銹為人工電動工具除銹，人工涂刷或噴涂。

6 改造效果分析

（1）增加風硐斷面積。斷面由10.2m2增加到18m2，風速由16.3m/s減小到9.57m/s，符合相關要求。

（2）降低了礦井通風阻力。局部阻力降低200Pa，礦井通風阻力由改造前的2650Pa降至2480Pa，進一步改善了礦井通風狀況。

（3）若對原風硐進行擴建，拆除、重建風硐難度高，土建工程量較大，工期長，影響礦井生產，甚至導致礦井停產。

（4）并聯新風硐工程量小，工藝簡單，工期短，不會影響礦井安全生產。

7 結語

由于建設回風立井選址困難、地企關系難以協調、建井周期長的制約，古城煤礦立足自身實際，積極開展通風系統優化改造，通過構筑地面并聯風硐，降低了礦井通風阻力，顯著改善了現場作業環境，滿足了礦井安全生產的需要。