亨元煤業(yè)礦井主通風(fēng)系統(tǒng)改造實(shí)踐

馬永元

（山西煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán)壽陽(yáng)亨元煤業(yè)有限公司，山西 晉中 045400）

0 引言

山西煤炭運(yùn)銷(xiāo)集團(tuán)壽陽(yáng)亨元煤業(yè)有限公司為兼并重組資源整合發(fā)單保礦井，位于壽陽(yáng)縣城北，直距約11 km的解愁鄉(xiāng)陳家河村，行政區(qū)劃屬解愁鄉(xiāng)管轄。井田面積為6.236 6 km2，東西長(zhǎng)約2.405 km，南北長(zhǎng)約3.550 km，呈不規(guī)則多邊形；地理坐標(biāo)范圍：東經(jīng)113°09′06″～113°11′36″，北緯37°56′44″～37°59′58″，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力60萬(wàn)t/a，為高瓦斯礦井，現(xiàn)開(kāi)拓開(kāi)采3#、6#、8#煤層，均為不易自燃煤層，均有煤塵爆炸性，開(kāi)采煤層為3#～15下#煤層。該礦區(qū)距壽陽(yáng)—盂縣的S216省道3 km，經(jīng)該公路可達(dá)壽陽(yáng)縣城，307國(guó)道、石太鐵路線、太舊高速公路均從壽陽(yáng)經(jīng)過(guò)。井田內(nèi)有黃丹溝煤礦鐵路（東灣鐵路）專(zhuān)用線通過(guò)，距草溝煤站10 km，運(yùn)輸條件較為便利。

1 礦井通風(fēng)現(xiàn)狀分析

1.1 礦井通風(fēng)概況

礦井現(xiàn)由主斜井、副斜井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)立井回風(fēng)，通風(fēng)方式為中央并列式。礦井生產(chǎn)采區(qū)為東二采區(qū)，裝備1個(gè)回采工作面、2個(gè)順槽掘進(jìn)工作面、1個(gè)大巷綜掘工作面?；夭晒ぷ髅娌捎谩耙贿M(jìn)一回”U型通風(fēng)方式，掘進(jìn)工作面所需風(fēng)量由局部通風(fēng)機(jī)對(duì)其壓入式供給。礦井現(xiàn)總配風(fēng)量75 m3/s，礦井負(fù)壓1 740 Pa，平均等積孔2.1 m2；主扇風(fēng)機(jī)為2臺(tái)軸流式對(duì)旋風(fēng)機(jī)，一臺(tái)使用，一臺(tái)備用，配用電機(jī)功率均為132 kW×2。井下掘進(jìn)工作面采用雙風(fēng)機(jī)雙電源裝置，F(xiàn)BDY（7.5 kW×2、11 kW×2、22 kW×2）及DBKJ（18.5 kW×2）型局扇風(fēng)機(jī)配合600 mm和800 mm抗靜電阻燃風(fēng)筒供風(fēng)。通風(fēng)主要設(shè)備見(jiàn)表1，井下各用風(fēng)地點(diǎn)實(shí)際供風(fēng)量見(jiàn)表2。

表1 通風(fēng)主要設(shè)備表

表2 井下各用風(fēng)地點(diǎn)實(shí)際供風(fēng)量

根據(jù)礦井總需風(fēng)量及通風(fēng)系統(tǒng)分析，隨著礦井開(kāi)拓開(kāi)采的延深，礦井通風(fēng)阻力將進(jìn)一步增加［1-3］，同時(shí)由于巷道的變形、損壞，巷道的風(fēng)速超限問(wèn)題將進(jìn)一步加大，用風(fēng)點(diǎn)的風(fēng)量將無(wú)法穩(wěn)定、充足供給。為保證通風(fēng)系統(tǒng)與生產(chǎn)系統(tǒng)能力相適應(yīng)、風(fēng)量充足、風(fēng)流穩(wěn)定，抗災(zāi)能力強(qiáng)，對(duì)礦井進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)的改造勢(shì)在必行。

1.2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題

目前礦井的生產(chǎn)布局基本合理，礦井的通風(fēng)系統(tǒng)不合理，礦井現(xiàn)有風(fēng)量不足，通風(fēng)阻力較高，風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，但總供風(fēng)量偏小、部分回風(fēng)段井巷風(fēng)速偏高等問(wèn)題對(duì)井下安全生產(chǎn)構(gòu)成了威脅，制約礦井生產(chǎn)。另外，礦井現(xiàn)回風(fēng)立井井筒凈直徑為3.2 m，凈斷面積8.04 m2；副斜井凈寬3.2 m，凈斷面7.46 m2；主斜井斜長(zhǎng)438 m，凈斷面積10.7 m2，主要進(jìn)回風(fēng)巷道斷面偏小。由于礦井開(kāi)采年久，隨著開(kāi)采深度和接替采區(qū)的延深，隨著工作面接替至東二采區(qū)南部位置，通風(fēng)距離逐漸增長(zhǎng)，通風(fēng)阻力將隨之增大，礦井通風(fēng)將進(jìn)入困難時(shí)期，現(xiàn)有井筒斷面和通風(fēng)系統(tǒng)已不能滿(mǎn)足礦井后期接替采區(qū)安全生產(chǎn)需要。

當(dāng)?shù)V井需風(fēng)量進(jìn)一步增加至130 m3/s時(shí)，回風(fēng)立井、進(jìn)風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷等都將無(wú)法滿(mǎn)足安全生產(chǎn)的需要［4-6］。隨著工作面位置變化至困難時(shí)期通風(fēng)的形成風(fēng)量不足、通風(fēng)阻力增大、風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定、通風(fēng)系統(tǒng)不合理等問(wèn)題將愈加突出［7-10］。改造的必要性具體表現(xiàn)為：①風(fēng)門(mén)、調(diào)節(jié)設(shè)置不合理，如膠帶大巷、膠帶順槽均設(shè)置有通風(fēng)設(shè)施，使井下風(fēng)量不好控制，增加了通風(fēng)阻力；②配風(fēng)不合理，有些掘進(jìn)時(shí)使用的臨時(shí)聯(lián)絡(luò)巷道沒(méi)有及時(shí)密閉，導(dǎo)致用風(fēng)點(diǎn)風(fēng)量不足；③已有的部分巷道斷面偏小，風(fēng)速超限，阻力大；④部分巷道通風(fēng)系統(tǒng)與有關(guān)規(guī)定相抵觸；⑤隨著開(kāi)采深度和接替采區(qū)的延深，通風(fēng)系統(tǒng)不能滿(mǎn)足正常生產(chǎn)的需要。

2 改造方案及主要工程內(nèi)容

2.1 改造方案簡(jiǎn)述

現(xiàn)礦井回風(fēng)立井井筒凈直徑3.2 m，澆注混凝土支護(hù)，壁厚300 mm，凈斷面積8.04 m2，不能滿(mǎn)足通風(fēng)要求，設(shè)計(jì)維持礦井原主、副斜井不變，現(xiàn)有回風(fēng)立井改造為進(jìn)風(fēng)立井，改造后新建回風(fēng)立井245 m（井筒直徑5.5 m），本次通風(fēng)改造，新配回風(fēng)立井一次落底下組煤的15#煤層，落底標(biāo)高+874 m，在6#煤層留設(shè)馬頭門(mén)服務(wù)上組煤+950 m水平，+950 m水平以下回風(fēng)立井井筒施工完成后封閉處理，待開(kāi)采下組煤時(shí)再啟用。新增總回風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷162 m，新增進(jìn)風(fēng)聯(lián)絡(luò)巷110 m，與已有系統(tǒng)相貫通。井下其它巷道利用已有系統(tǒng)（同時(shí)考慮了建設(shè)期間采掘活動(dòng)井下增加巷道），則本次設(shè)計(jì)新增井巷工程517 m，掘進(jìn)體積12 656 m3，增加FBCDZ-8-№28（n=580 r/min）型礦用防爆對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)2臺(tái)。

2.2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造過(guò)程

經(jīng)過(guò)通風(fēng)改造后，維持原主斜井、副斜井不變，將原回風(fēng)立井改為進(jìn)風(fēng)立井擔(dān)負(fù)礦井的主要進(jìn)風(fēng)任務(wù)，屆時(shí)礦井將由新建回風(fēng)立井獨(dú)自擔(dān)負(fù)回風(fēng)任務(wù)，礦井將形成“三進(jìn)一回”的通風(fēng)系統(tǒng)。

井田開(kāi)拓方案：根據(jù)本礦井實(shí)際情況，利用井田中部主井場(chǎng)地沿鐵路線向東、南或北3個(gè)方向擴(kuò)建作為礦井的工業(yè)場(chǎng)地，并利用井田中部風(fēng)井場(chǎng)地現(xiàn)有的設(shè)施。采用斜井開(kāi)拓方式，利用井田中部主井場(chǎng)地沿鐵路線向北側(cè)擴(kuò)建作為兼并重組后礦井的主井工業(yè)場(chǎng)地，利用井田中部現(xiàn)有的風(fēng)井場(chǎng)地?cái)U(kuò)建作為礦井的新風(fēng)井場(chǎng)地，利用礦井現(xiàn)有副井工業(yè)場(chǎng)，利用主井工業(yè)場(chǎng)地的主斜井，利用原副井工業(yè)場(chǎng)地的副斜井，原回風(fēng)立井改為進(jìn)風(fēng)立井，同時(shí)在風(fēng)井場(chǎng)地布置新回風(fēng)立井井筒。運(yùn)輸系統(tǒng)改造后礦井通風(fēng)系統(tǒng)為中央分列式，通風(fēng)方式仍為機(jī)械抽出式。改造后，通風(fēng)按照開(kāi)采6#、8#煤層時(shí)礦井通風(fēng)容易時(shí)期和困難時(shí)期的通風(fēng)系統(tǒng)考慮。掘進(jìn)通風(fēng)和硐室通風(fēng)井下掘進(jìn)工作面采用獨(dú)立通風(fēng)方式，掘進(jìn)工作面所需風(fēng)量由局部扇風(fēng)機(jī)壓入式供給。井下永久避難硐室等硐室采用獨(dú)立通風(fēng)。

礦井風(fēng)量、負(fù)壓及等積孔計(jì)算：礦井開(kāi)采8#煤層時(shí)，礦井總需風(fēng)量取為110 m3/s，其中：主斜井進(jìn)風(fēng)量為30 m3/s，副斜井進(jìn)風(fēng)量為30 m3/s，進(jìn)風(fēng)立井進(jìn)風(fēng)量為50 m3/s，回風(fēng)立井回風(fēng)量為110 m3/s。礦井開(kāi)采6#煤層時(shí)，礦井總需風(fēng)量取為130 m3/s，其中：主斜井進(jìn)風(fēng)量為30 m3/s，副斜井進(jìn)風(fēng)量為40 m3/s，進(jìn)風(fēng)立井進(jìn)風(fēng)量為60 m3/s，回風(fēng)立井回風(fēng)量為130 m3/s。

風(fēng)量分配：將礦井總風(fēng)量分配到井下各用風(fēng)地。礦井通風(fēng)容易時(shí)期為礦井開(kāi)采主副井底西側(cè)西采區(qū)時(shí)的工作面，位于6#、8#煤層中部東側(cè)；礦井通風(fēng)困難時(shí)期工作面位于東二采區(qū)靠近礦井南部邊界的工作面。經(jīng)計(jì)算，開(kāi)采6#煤層時(shí)，通風(fēng)容易時(shí)期：Hmin=1 792.91 Pa（182.95 mmH2O）；通風(fēng)困難時(shí)期：Hmax=2 485.30 Pa（253.60 mmH2O）。開(kāi)采8#煤層時(shí)，通風(fēng)容易時(shí)期：Hmin=1 124.26 Pa（114.72 mm H2O）；通風(fēng)困難時(shí)期：Hmax=1 740.35 Pa（177.59 mmH2O）。經(jīng)計(jì)算，礦井開(kāi)采6#煤層時(shí)通風(fēng)容易時(shí)期和困難時(shí)期等積孔分別為3.65 m2、3.10 m2，礦井通風(fēng)容易時(shí)期、困難時(shí)期均屬通風(fēng)小阻力礦井；礦井開(kāi)采8#煤層時(shí)通風(fēng)容易時(shí)期和困難時(shí)期等積孔分別為3.90 m2、3.14 m2，礦井通風(fēng)容易時(shí)期、困難時(shí)期均屬通風(fēng)小阻力礦井。開(kāi)采6#煤礦井風(fēng)量分配見(jiàn)表3，開(kāi)采8#煤礦井風(fēng)量分配見(jiàn)表4。

表3 開(kāi)采6#煤礦井風(fēng)量分配表

表4 開(kāi)采8#煤礦井風(fēng)量分配表

2.3 礦井主通風(fēng)設(shè)備的選擇

選型依據(jù)：礦井開(kāi)采6#煤層時(shí)，回風(fēng)立井回風(fēng)量130 m3/s，通風(fēng)容易時(shí)期負(fù)壓1 792.91 Pa，通風(fēng)困難時(shí)期負(fù)壓2 485.3 Pa；礦井開(kāi)采8#煤層時(shí)，回風(fēng)立井回風(fēng)量110 m3/s，通風(fēng)容易時(shí)期負(fù)壓1 124.26 Pa，通風(fēng)困難時(shí)期負(fù)壓1 740.35 Pa，回風(fēng)立井井口標(biāo)高+1 120.0 m。

通風(fēng)設(shè)備選型計(jì)算：對(duì)通風(fēng)機(jī)所必需的風(fēng)量和負(fù)壓計(jì)算，并換算為標(biāo)況下的性能參數(shù)，通過(guò)管網(wǎng)阻力曲線方程，得出通風(fēng)設(shè)備選型計(jì)算值見(jiàn)表5。

通風(fēng)設(shè)備選型及工況點(diǎn)確定：根據(jù)計(jì)算，選擇兩臺(tái)FBCDZ-10-№28（n=580 r/min）礦用防爆對(duì)旋軸流通風(fēng)機(jī)，一臺(tái)工作，一臺(tái)備用。通風(fēng)機(jī)配套10 kV隔爆型2×355 kW變頻電動(dòng)機(jī)。為滿(mǎn)足礦井開(kāi)采不同煤層時(shí)通風(fēng)的需要，設(shè)計(jì)采用變頻器調(diào)速方式取得最佳調(diào)節(jié)效果，使風(fēng)機(jī)在不同時(shí)期都運(yùn)行在高效區(qū)。表6、7分別為礦井開(kāi)采6#、8#煤層時(shí)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況點(diǎn)參數(shù)。通風(fēng)機(jī)擴(kuò)散塔裝有消音裝置，以降低噪音對(duì)環(huán)境的污染。通風(fēng)機(jī)采用反轉(zhuǎn)反風(fēng)方式。通風(fēng)機(jī)可在10 min內(nèi)實(shí)現(xiàn)反風(fēng)，反風(fēng)量大于正常供風(fēng)量的40%，反風(fēng)時(shí)均通過(guò)了電動(dòng)機(jī)容量校驗(yàn)。

表5 通風(fēng)設(shè)備選型計(jì)算表

表6 通風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況點(diǎn)參數(shù)（礦井開(kāi)采6#煤層）

表7 通風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況點(diǎn)參數(shù)（礦井開(kāi)采8#煤層）

通風(fēng)機(jī)房配電控制：通風(fēng)機(jī)房?jī)苫?0 kV電源引自風(fēng)井場(chǎng)地10 kV變電所。設(shè)高、低壓配電室，選用KYN28型高壓開(kāi)關(guān)柜用作高壓配電保護(hù)，10 kV高壓接線方式為單母線分段接線。兩回380 V低壓電源由高壓室兩臺(tái)所用變壓器柜供給，為通風(fēng)機(jī)入口風(fēng)門(mén)、控制及照明等低壓380/220 V負(fù)荷提供電源。通風(fēng)機(jī)采用變頻控制，不僅能調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況，以適應(yīng)開(kāi)采不同煤層時(shí)風(fēng)量負(fù)壓的變化，保證風(fēng)機(jī)運(yùn)行在高效區(qū)，還能實(shí)現(xiàn)通風(fēng)機(jī)的軟起動(dòng)及軟停車(chē)。此外，通風(fēng)機(jī)房配備一套通風(fēng)機(jī)在線監(jiān)測(cè)裝置，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)通風(fēng)機(jī)運(yùn)行各項(xiàng)參數(shù)，包括風(fēng)量、負(fù)壓、軸承溫度、瓦斯?jié)舛鹊?，確保風(fēng)機(jī)安全可靠運(yùn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

新配回風(fēng)立井通風(fēng)系統(tǒng)改造后，既滿(mǎn)足了產(chǎn)量要求，又為礦井安全生產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件；不僅有較好的經(jīng)濟(jì)效益，而且產(chǎn)生良好的社會(huì)效益、環(huán)保效益；項(xiàng)目建設(shè)不僅是必要的，而且是可行的。新布置回風(fēng)立井對(duì)礦井安全生產(chǎn)提供了可靠的保障，建議加強(qiáng)日常檢查維護(hù)保證礦井通風(fēng)系統(tǒng)的可靠穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)做好監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)跟蹤處理。