張雙樓煤礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造研究與應(yīng)用

文/楊 瀚

一、概況

徐州礦務(wù)集團(tuán)張雙樓煤礦設(shè)計(jì)能力120萬(wàn)t/年，2015年核定生產(chǎn)能力210萬(wàn)t/年。礦井通風(fēng)方式為對(duì)角式，共有3個(gè)進(jìn)風(fēng)井（主井、副井、新副井），2個(gè)回風(fēng)井（東風(fēng)井和西風(fēng)井），抽出式通風(fēng)。

2018年1月，礦井有3個(gè)回采工作面、13個(gè)掘進(jìn)工作面、14個(gè)硐室、9處其他用風(fēng)地點(diǎn)獨(dú)立供風(fēng)，礦井總需要風(fēng)量為14278m3/min。東風(fēng)井回風(fēng)量8234m3/min，風(fēng)壓2790Pa；西風(fēng)井回風(fēng)量8116m3/min，風(fēng)壓2770Pa。《煤礦井工開采通風(fēng)技術(shù)條件》規(guī)定，礦井通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量 5000～10000m3/min時(shí)，通風(fēng)阻力不超過(guò)2500pa，礦井通風(fēng)阻力不符合要求。

目前張雙樓煤礦采深已經(jīng)達(dá)到-1150m，原巖溫度在40～44℃，HEMS降溫系統(tǒng)每年5月～12月運(yùn)行，工作面回風(fēng)流溫度仍達(dá)到30℃以上，隨著開采深度增加，溫度將繼續(xù)增加，需要增加采掘工作面供風(fēng)量改善高溫環(huán)境。

根據(jù)礦井生產(chǎn)布局和通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)網(wǎng)解算，礦井通風(fēng)困難時(shí)期，東風(fēng)井風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況為：風(fēng)量7903m3/min，風(fēng)壓 4449.2Pa，超過(guò)風(fēng)機(jī)最大允許風(fēng)壓3825Pa（風(fēng)機(jī)最大風(fēng)壓4250Pa×0.9）；西風(fēng)井風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況為：風(fēng)量7931m3/min，風(fēng)壓4467.7Pa，超過(guò)風(fēng)機(jī)最大允許風(fēng)壓4050Pa（風(fēng)機(jī)最大風(fēng)壓4500Pa×0.9）。當(dāng)前礦井通風(fēng)能力不能滿足礦井困難時(shí)期生產(chǎn)需要。因此，需要對(duì)礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造。

二、礦井通風(fēng)系統(tǒng)改造方案

根據(jù)礦井生產(chǎn)布局，結(jié)合礦井地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)了三種通風(fēng)系統(tǒng)改造方案。

1.方案一：西三區(qū)域布置新進(jìn)風(fēng)井

在西三區(qū)域布置新風(fēng)井，井筒落底標(biāo)高-830m，通過(guò)新掘-830m進(jìn)風(fēng)巷與-830m石門聯(lián)通。同時(shí)在-500m西四車場(chǎng)與西五回風(fēng)上山之間新布置1條回風(fēng)巷（布置在9煤底板內(nèi)），西五采區(qū)形成2進(jìn)2回的通風(fēng)系統(tǒng) （-830m運(yùn)輸大巷、-500m西五大巷進(jìn)風(fēng)，-500m西五回風(fēng)巷、-500m西五回風(fēng)巷回風(fēng)）。

（1）井筒位置選擇

地表情況。井筒位于龍河公路西側(cè)260m處，沛縣安國(guó)鎮(zhèn)蔡家居委會(huì)張莊組農(nóng)田內(nèi)，井筒位置選擇符合 《煤礦安全規(guī)程》第146條、247條規(guī)定要求。

壓煤情況。根據(jù)礦井開采與煤層賦存情況，在西三區(qū)域第11勘探線向東20m位置7、9煤沉缺區(qū)內(nèi)，不壓覆現(xiàn)有采煤工作面儲(chǔ)量。

井筒地質(zhì)情況。井筒穿過(guò)第四系、侏羅-白堊系、二疊系、石炭系地層。穿過(guò)的含水層有9個(gè)，井筒落底在F9斷層上盤9煤底板約45m一灰層位內(nèi)，在新副井施工過(guò)程中已穿過(guò)。

（2）井筒參數(shù)、工期及預(yù)算

井筒內(nèi)徑5.5m，截面積23.75m2。井筒地面標(biāo)高+38.1m，落底標(biāo)高-833.74m，深度872m。井筒凍結(jié)段井壁為雙層鋼筋砼，基巖段為澆灌砼。配套風(fēng)道1418m，工期安排18個(gè)月，工程費(fèi)用預(yù)算10773萬(wàn)元。

（3）預(yù)期改造效果

使用《礦井通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)模擬軟件》進(jìn)行解網(wǎng)預(yù)測(cè)，東風(fēng)井風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況為：風(fēng)量7692m3/min，風(fēng)壓 2449.4Pa；西風(fēng)井風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況：風(fēng)量8274m3/min，風(fēng)壓2484.1Pa。

2.方案二：掘巷及擴(kuò)巷降阻

-500m水平增加2條回風(fēng)巷，西五采區(qū)形成2進(jìn)3回的通風(fēng)系統(tǒng)；西三采區(qū)增加1條回風(fēng)巷，形成1進(jìn)2回的通風(fēng)系統(tǒng)；-500m水平大巷進(jìn)行擴(kuò)巷降阻。

（1）工期及預(yù)算

風(fēng)道掘進(jìn)工程量3852m；將-500m西一至西五大巷巷道斷面由10m2擴(kuò)修到15m2，長(zhǎng)度2715m。 工期安排24個(gè)月，工程費(fèi)用預(yù)算10455萬(wàn)元。

（2）預(yù)期改造效果

應(yīng)用《礦井通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)模擬軟件》進(jìn)行解網(wǎng)，西風(fēng)井風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況：風(fēng)量8328m3/min，風(fēng)壓2461.7Pa；東風(fēng)井風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況：風(fēng)量 7644m3/min，風(fēng)壓 2497.1Pa。

3.方案三：在西風(fēng)井廣場(chǎng)內(nèi)布置新進(jìn)風(fēng)井

在西風(fēng)井廣場(chǎng)內(nèi)布置新風(fēng)井，井筒落底標(biāo)高-380m，在-380m與-500m水平大巷之間建立進(jìn)風(fēng)下山與-500m大巷連通。同時(shí)在-500m西四車場(chǎng)與西五回風(fēng)上山之間新布置1條回風(fēng)巷（布置在9煤底板內(nèi)），西五采區(qū)形成2進(jìn)2回的通風(fēng)系統(tǒng) （-830m運(yùn)輸大巷、-500m西五大巷進(jìn)風(fēng)，-500m西五回風(fēng)巷、-500m西五回風(fēng)巷回風(fēng)）。

（1）井筒位置選擇

壓煤情況。新風(fēng)井布置在西風(fēng)井廣場(chǎng)內(nèi)，不存在壓煤情況。

井筒地質(zhì)情況。井筒穿過(guò)第四系、二疊系、石炭系地層。穿過(guò)的含水層有7個(gè)，其中第四系4個(gè)、二疊系3個(gè)，井筒落底在石炭系四灰頂板內(nèi)。

地表情況。在西風(fēng)井工業(yè)廣場(chǎng)院內(nèi)。

（2）井筒參數(shù)、工期及預(yù)算

井筒內(nèi)徑5.5m，截面積23.75m2。井筒地面標(biāo)高+38.9m，落底標(biāo)高-380m，深度419m。井筒凍結(jié)段井壁為雙層鋼筋砼，基巖段為澆灌砼。配套風(fēng)道1431m。工期安排21個(gè)月，工程費(fèi)用預(yù)算12315萬(wàn)元。

（3）預(yù)期改造效果

應(yīng)用《礦井通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)預(yù)測(cè)模擬軟件》進(jìn)行解網(wǎng)，西風(fēng)井風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況：風(fēng)量8310m3/min，風(fēng)壓2496.0Pa；東風(fēng)井風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況：風(fēng)量7662m3/min，風(fēng)壓2465.2Pa。

三、方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

1.方案一：西三區(qū)域布置新進(jìn)風(fēng)井

（1）優(yōu)點(diǎn)：見效快。風(fēng)井施工完成后（約18個(gè)月），可為西三采區(qū)增加風(fēng)量、降溫。縮短93606、93608工作面通風(fēng)流程3000m，為其增風(fēng)降溫。有利于安全生產(chǎn)組織，新建井筒處于礦工業(yè)廣場(chǎng)以外，減少副提排矸壓力；由外委隊(duì)伍施工，對(duì)井下安全生產(chǎn)干擾因素小。配套井巷工程量小，巷道維護(hù)費(fèi)用低。工程地質(zhì)條件相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)工程施工進(jìn)度影響小。

（2）缺點(diǎn)：工程費(fèi)用較高。在工業(yè)廣場(chǎng)外施工，增加征地、供電、新建道路、橋梁等工程量。

2.方案二：掘巷及擴(kuò)巷降阻

（1）優(yōu)點(diǎn)：不需要增加征地、新建道路等工程。

（2）缺點(diǎn)：副井排矸能力不足。巖巷工程量大，需要增加3個(gè)掘進(jìn)工作面，需要供應(yīng)車皮增加排矸車皮270個(gè)，副井排矸能力不能滿足需要。通風(fēng)系統(tǒng)不可靠。增加3個(gè)掘進(jìn)工作面需要增加風(fēng)量1800m3/min左右，西風(fēng)井主要通風(fēng)機(jī)接近風(fēng)機(jī)運(yùn)行“喘振”區(qū)。見效慢，工期長(zhǎng)，近期無(wú)法為西三采區(qū)提供服務(wù)。生產(chǎn)組織復(fù)雜，新增3條巖巷，占用隊(duì)伍多，與現(xiàn)有采掘活動(dòng)相互影響，管理難度大。巷道后期維護(hù)量大，占用維護(hù)力量，維護(hù)費(fèi)用高。降溫效果差。

綜合排矸、增風(fēng)因素，方案2無(wú)實(shí)施可行性。

3.方案三：西風(fēng)井廣場(chǎng)內(nèi)布置新進(jìn)風(fēng)井

（1）優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需增加征地、新建道路等工程。在西風(fēng)井廣場(chǎng)內(nèi)施工，受外界干擾因素小。

（2）缺點(diǎn)：施工存在不確定性。井筒、配套井巷工程水文地質(zhì)條件復(fù)雜，臨近陷落柱、斷層發(fā)育區(qū)域，需要超前進(jìn)行電法、鉆探等探查工作，提前預(yù)注漿等防治水措施。降溫效果差。新進(jìn)風(fēng)井位置距離西三采區(qū)93606工作面通風(fēng)流程與新副井供風(fēng)距離相比，僅縮短100m，通風(fēng)流程仍有12900m。

四、方案綜合比較選擇

方案一與方案三相比，配套風(fēng)道少13m，工期少3個(gè)月，工程費(fèi)用少1542萬(wàn)元。方案一在西三區(qū)域施工新進(jìn)風(fēng)井，水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單；方案三在西四區(qū)域施工新進(jìn)風(fēng)井，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，存在突水危險(xiǎn)，安全可靠性差。

綜合方案的優(yōu)缺點(diǎn)、工程量、工期、工程費(fèi)用、安全可靠性、施工可行性等方面分析比較，方案一最優(yōu)，推薦為采用方案。

五、結(jié)論

通過(guò)在西三區(qū)域新建進(jìn)風(fēng)井、西五采區(qū)回風(fēng)巷，前期可為西三采區(qū)93606、93608工作面縮短通風(fēng)流程3000m，溫度下降1℃以上；在礦井通風(fēng)困難時(shí)期西五采區(qū)首采工作面92812工作面生產(chǎn)后，礦井西風(fēng)井風(fēng)壓為2484.1Pa，達(dá)到優(yōu)化礦井通風(fēng)系統(tǒng)的目的。