高瓦斯矿井建井期间安全高效通风技术

 

——在新元矿基本建设中的应用

 

 

 

 

 

 

张爱科     黄振宇

 

 

 

 

 

 

阳泉煤业（集团）有限责任公司

二〇〇七年五月十日

 

高瓦斯矿井建井期间安全高效通风技术

——在新元矿基本建设中的应用

张爱科 黄振宇

摘  要  新元矿井3#煤瓦斯赋存高且有突出可能，建井期间又遇到通风安全与提升速度相矛盾的现实问题。为加快建设进度，在该矿采用地面设置临时风机，大直径玻璃钢管道作回风系统的技术，解决了上述矛盾，取得较好的经济社会效益。

关键词  高瓦斯   建井    通风技术    中图分类号 TD724.6

1、新元矿地质瓦斯条件及存在的问题

矿井设计生产能力确定为一期3Mt/a，二期6Mt/a。井田内煤层赋存平缓，一般3°～6°，多为5°以下，属近水平煤层。根据煤炭科学研究总院抚顺分院2003年11月编制阳泉煤业（集团）有限责任公司新元煤矿《矿井瓦斯危险程度预测及工作面瓦斯治理措施》，为高瓦斯矿井。根据相邻矿井地质报告资料，3号煤层有突出危险，井田内背向斜的轴部及倾伏端交汇处，煤层厚度变化大的部位及顶板冲刷区域等均是瓦斯突出的危险区段，两者或两者以上因素重合部位更为危险。

矿井采用斜井开拓，中央并列式。矿井移交生产及达到设计生产能力时，共布置4个井筒，即主斜井、副斜井、中央进风立井、中央回风立井。建井期间，没有专用回风井，中央进风立井、中央回风立井同时负担提升、通风任务。永久通风机投入前需进行大量的井底附近巷道、主运巷、总回风、采区上山及工作面顺槽，在多头掘进条件下，矿井的提升和通风能力非常困难。

2、针对现有技术存在的问题采取的安全高效通风技术

2.1方案提出

新元矿作为年产600万吨的高瓦斯特大型矿井，存在瓦斯涌出量大(据地质勘探资料)，主采的3号煤层具有煤与瓦斯突出危险性等通风与安全问题，并成为制约矿井建设的一个重要问题。新元矿井设计4个井筒，一期工程施工期间仅有4个井筒工作地点，供风距离也限于500米以内，需风量仅2000立方米／分钟左右即可满足要求。二、三期工程，井底车场、大巷、火药库等施工地点逐渐增多至12个以上，需风量增大至7600立方米／分钟，开掘距离不断增大至1000米以上。这个阶段最突出的问题为：(1)通风困难，仅靠四个井筒局扇风筒压入式通风，多局扇(巨扇群)多风筒送风又为《煤矿安全规程》所禁止。(2)安全保障程度低，压入式通风造成巷道及井筒全部处于污风流中，炮后瓦斯浓度可能超过规定限度，存在隐患。(3)生产工序复杂，劳动效率低。新元矿具有煤与瓦斯突出危险性，按规定每次放炮前，一个地点放炮须将受影响区域人员全部撤至新鲜风流中，井下全部为污风流，故须撤至井上。频繁的放炮撤人造成多个施工地点相互影响、施工效率低下。

为了解决上述问题，本项目在比较了多个通风方案后（见下表），采取在地面安设一台临时主要通风机代替地面多台局扇，中央进、回风立井分别安装两趟大直径(Ф1200mm)管道作为回风通道的全负压通风系统，变压入式通风为抽出式通风的技术，矿井供风能力达8000立方米／分钟以上。采用该项通风技术后，通风能力满足了15个开拓掘进头同时工作的需要；放炮前撤人至井下回风管道吸风口以外新鲜风流中即可，提高了安全保障程度；井下回风管道可随着井巷向前掘进而延伸，大幅度地降低了人员的撤人、升井、入井距离和时间，提高工效达3倍以上。

㈡、方案的实施及效果

1、玻璃钢风管临时通风系统：

在地面安装一台对旋轴流式临时主扇，简易的风机房留圆形孔连接玻璃钢风管。由于受井筒直径7m以及井筒内提升设备与风管的安全距离限制，确定安装每个井筒安装两趟风管，根据矿井总通风断面，管路选取直径1200mm。中央进、回风立井分别安装两趟大直径管道，管道安装在井筒两壁，管材选用内表面光滑、质量轻、易安装的玻璃钢管道。玻璃钢管道用作建井期间的回风道，连接至井下污风汇集巷道处，从而形成以下的通风系统：新鲜风流从地面————中央进风井(回)风井一一井下巷道一一局扇一一工作面，污风————巷道一一玻璃钢回风管道一一地面临时主扇。（见下图）

临时主扇：BDK-II-8-NO．26，电机功率：280*2KW；建井完成后可继续用作其它矿井使用。玻璃钢风管：直径1200mm，壁厚18mm、15mm，承受负压能力：7000mmH20；建井完成后可继续用作矿井瓦斯抽放管路使用。通风方式实现了全负压通风，通风量：8000m’／min，可满足15台局扇同时用风的需要。管道连接方式：插接式，接头处安装两个皮圈。管道安装形式：悬挂式和支撑式。

对管道的阻力计算方面由以下公式进行：

  H=（Δ×L×Qc2）/（K×D5）

  式中：Δ：瓦斯对空气的相对比重（1-0.004466CV）。

  L：瓦斯管道长度m

  Qc：混合量m3/h

  K：不同管径的系数 0.71（超过150mm时取值为0.71）

  D：管道直径cm

     H=[1×500×(60×60×25)²]/ （0.71× 120⁵）

      =[1×500×8100000000]/ （24883200000）

   =163mmH₂O(风量按照总配风量6000m3/min,一趟管道通风1500m3/min，管道按照1200mm选取）

     H=[1×560×(60×60×20.83)2]/ （0.71× 1205）

       =[1×560×5623200144]/ （24883200000）

    =112.5mmH₂O（风量按照总配风量5000m3/min,一趟管道通风1250m³/min，管道按照1200mm选取）

通过计算与采用磨擦阻力系数公式所计算数据相等，按照总配风量6000m³/min时，每趟管道过风按1500m³/min计算时，管道阻力为163mmH ₂O，管道内风速为22.65m/s；按照总配风量5000m³/min时，每趟管道过风按1250m³/min计算时管道阻力为112.5mmH ₂O，管道内风速为18.43m/s。

2、临时通风系统实施情况

1）、2004年6月新元矿井安装玻璃钢风管、临时主扇，在进风井安装两趟玻璃钢风管，进风井顺井壁东西两侧各安装一趟，立井共安装管道1050m；在回风立井安装两趟玻璃钢风管，回风井沿风井一侧安装两趟玻璃钢风管，安装管道1040m。

进风立井两趟管道出井后连接三通变为四趟玻璃钢风管连接120m与临时风机房接通；回风井两趟管道出井后连接三通变四趟管道连接80m与临时风机房接通。地面共安装八趟直径1200mm管道。

井下管道分别在中央进、回风井井底南北侧变为八趟。进风井井底管道出井底后分南北两侧延伸，在南侧连接三通接两趟管道延伸80m，在北侧连接三通接两趟管道延伸40m。回风井管道出井底后分南北两侧延伸，在南、北侧分别接三通后接两趟管道延伸50m。局部通风机安装在井底排风管出口外的进风流中，从而形成全风压的通风系统。

通过以上系统调节，建立了以立井四趟直径1200mm、井上、下各八趟1200mm的假回风系统。2004年7月15日，临时主扇开启，停止地面局扇供风。

临时主扇投用后风量的风机参数                

临时主扇投用后，井下测定最大风量8000 m3/min，风机房测定水柱265mmH2O,大直径风管临时通风系统投用，实现了井下全负压通风，结束了地面局扇供风，提高了矿井建设的通风能力，井下风量保障了15个以上掘进头的施工。

初期进风井井底南北两侧共安装局扇8台，回风井井底南北两侧安装局扇5台，随着井底巷道全部形成，主攻头集中胶带巷、集中辅助运输巷供风距离远，回风井在井底南车场延伸管道到东西两侧，增加两台局扇。

2）、井下通风系统变化

①、随着井下巷道掘进，井下巷道形成系统，供风距离最远的增加到1600m，必须进行井下通风系统的调节，减小风机集中安装带来的供风不利因素，在2005年5月对进、回风井井下通风系统调节，回风井井底南侧玻璃钢风管安装在专用东回风联巷内，进风井风管通过与东回风联巷施工的立眼与东回风联巷接通，从而形成了井下300米东回风联巷的专用回风巷。两井形成公共回风系统，通风系统实现了互相调节。全风压新鲜风流巷道增加，顺槽掘进实现了两进一回或一进一回的通风系统。为风机倒移创造了条件。

②、随着两风井南侧掘进巷道用风量增加，北侧巷道用风量减少的情况，在2005年7月实施北风南调工程，在回风井井底南侧车场的东西两侧安装三趟直径1200mm玻璃钢风管，用作“假风桥”，共施工闭墙8道，连接管道300m，从而实现了井下全部的风量共用，可有效地互相调节，保证了东一工作面集中五条综掘巷用风和横管、高抽巷共8个头掘进用风。到05年11月份。顺槽风机倒移，井下全负压通风距离增大，矿井总风量为6350m3/min，风机房水柱320mmH2O。

3、通风系统后期变化

临时通风系统从04年6月投用以来，风量从8000m3/min下降到6000m3/min，主要原因为井下通风巷道加长，通风阻力变化，到05年11月，随着井下顺槽掘进到1000m位置，且东采区与西采区同时布置掘进工作面，掘进头超过15个以上，且采区顺槽用风量也大大增加，由于按原计划永久主扇投用期的推迟(主要原因为主胶带巷到05年8月贯通后，主胶带巷安装皮带预计到06年7月，回风井解放到永久主扇投用到06年10月)，临时通风能力成为矿井建设的瓶颈，为此，在集中辅助巷与副斜井贯通后，永久主扇投用前，在副斜井井口安装一台临时主扇。

副斜井井口安装临时主扇，副斜井（集中辅助运输大巷）作专用回风巷；东一面掘进巷道通风利用副斜井主扇负担；保留的玻璃钢回风系统负担西区掘进用风。临时主扇选取Q_扇=12000 m³/min，h_扇=430mmH₂O，电机1000kw。

临时主扇选用了航空工业沈阳发动机研究所风机厂的AGF606-2.82。井下相应进行通风系统改造工程。

副斜井安装临时主扇后，实现两台主扇联合运转，通风量可达到15000m3/min，满足了矿井建设后期的顺槽掘进供风。

4、通风系统管理

①、玻璃钢作回风系统主要问题：接头漏风，由于受季节变化及井下部分巷道受压情况，井上、井下玻璃钢风管接头漏风的处理成为提高矿井有效风量的关键。

②、如不增加巷道设计施工量，井下通过1200mm玻璃钢管道作风桥，必须采取有效的管道防撞措施。

③、由于新元矿井井筒涌水量大，冬季供暖必须保障，防止因井口结冰砸损管道。

④、玻璃钢管道阻力损失较大，井下通风系统设计时，要充分考虑减少井下巷道段的通风阻力，以避免因通风阻力增加减少井下供风量。

三、 结论

该技术的实施，使通风能力从传统的满足4——8个掘进头生产提高至满足15个掘进头同时生产需要，通风能力提高一倍，极大提高了新元矿掘进的通风安全保障程度。若按工效提高一倍计算，可使该矿井提前一年投产，按年产300万吨煤、每吨煤按100元利润计算，可实现利润3亿元，经济效益明显。

在技术安全保障方面，使得井下全风压通风，满足了巷道掘进期间多头掘进局扇正常运转所需的风量；同时掘进工作面停风后，可及时撤人至全风压不必撤至井上，撤人距离短节约时间具有更高的安全性；大量机电运输设备可安装在全风压进风流中，可以设置瓦斯监测监控设备，最大限度消除了建井期间难以解决的瓦斯涌出不均衡隐患。作为建井期间地面局扇供风向永久主扇供风过渡期供风，大直径管道全风压通风技术可有效保证建井时期的供风的同时，瓦斯排放能力强，借助假风桥通风系统调节变得简单，可以全矿井大面积反风，有一定的抗灾害能力。

新元矿在建井期间采用的该技术，既保障了井下用风量，提高了通风能力，营造了安全的生产环境，又实现了多队组同时、独立施工和进、回风井筒同时下料、排矸等平行作业，为提高掘进效率和排矸运输速度创造了条件，是高瓦斯矿井快速建井的一项高效保障技术，达到了稳定、安全、经济的目的。

 

阳泉煤业（集团）有限责任公司  张爱科     黄振宇

二〇〇七年五月十一日

作者简历：

张爱科：（1964——）男，通风工程师。1983.08 大同煤矿学校毕业 采矿技术，1987~1999 阳煤集团通风部 技术员、助工、工程师，1999~2001 阳泉市燕龛煤炭公司 经营副总经理，2001~2003 阳煤集团通风部技术科 副科长（主持工作），2003~ 2005 阳煤集团通风部通风科（技术、管理两科合并） 科长，2003~ 现在 阳煤集团通风部 副部长。

 

 

黄振宇（1973——）男，通风助理工程师。1992年毕业于山西矿业学院采矿系通风与安全专业，1992——2004，阳煤集团一矿   技术员，2004——现在    阳煤集团通风部技术管理科  科员。

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