王海鳳
(陽泉煤業(yè)有限責(zé)任公司 安全監(jiān)察局,山西 陽泉 045000)
新元礦井設(shè)計生產(chǎn)能力為一期300萬t/a。主采3#煤,煤層厚度平均2.5 m,埋藏深度500 m。礦井采用斜井開拓方式,采用無軌膠輪車運輸,布置主、副斜井和中央進、回風(fēng)立井4個井筒。礦井屬于高瓦斯礦井,相對瓦斯涌出量為22.62 m3/t,3#煤層預(yù)測具有突出危險性。
新元礦井建設(shè)遵循高效安全的原則,實現(xiàn)礦井快速建設(shè)的關(guān)鍵就是解決建設(shè)期間瓦斯治理的問題,保障建設(shè)礦井通風(fēng)能力,確保掘進工作面的供風(fēng)量。
礦井建設(shè)期通風(fēng)分3個階段,第一階段井筒開掘后井筒施工期,一般采用地面局扇向開拓巷供風(fēng),此段施工巖巷,供風(fēng)長度一般為500~600 m;第二階段為煤巷施工期,井下采掘大巷和運輸巷道掘進,此期間巷道瓦斯涌出量大,且掘進頭數(shù)布置較多,只有形成全負壓通風(fēng)系統(tǒng),才能提高建設(shè)期通風(fēng)能力。另外,減少回風(fēng)巷長度增加巷道掘進安全是一個至關(guān)重要的因素;第三階段為建設(shè)期接近結(jié)束到回采面形成,礦井井筒全部貫通,且主扇投用,建設(shè)期通風(fēng)結(jié)束。
2004年3月底,新元礦中央進風(fēng)井、中央回風(fēng)井井筒已全部到底,副斜井與中央進風(fēng)井施工的集中輔助運輸巷主貫通頭、主斜井與中央回風(fēng)井施工的集中膠帶巷主貫通頭未貫通,在此期間,從中央進、回風(fēng)井地面局扇供風(fēng)只能滿足4個掘進工作面的生產(chǎn),按以往常采用的回風(fēng)井井筒封閉,采用回風(fēng)井地面安裝1臺臨時主扇進行通風(fēng)的辦法,解決基建通風(fēng)存在的較多問題,特別是安全性能差的缺點。為此,探索一套安全可靠的礦井建設(shè)通風(fēng)方式,提高建設(shè)礦井的通風(fēng)能力,增加掘進工作面施工,是新元礦井實現(xiàn)快速建設(shè)礦井的關(guān)鍵。
經(jīng)過考察論證,新元礦井采用大直徑管道和地面臨時風(fēng)機,實現(xiàn)了礦井全風(fēng)壓通風(fēng)及礦井建設(shè)的穩(wěn)定、安全、經(jīng)濟。
為解決地面局扇供風(fēng)不能滿足礦井掘進頭增加后的用風(fēng)量問題,必須采用臨時主扇通風(fēng)方案,實現(xiàn)礦井的全負壓通風(fēng),通過對國內(nèi)建井期間通風(fēng)方案的比較,提出以下兩種通風(fēng)方案:
方案一:地面安裝臨時主扇,利用大直徑風(fēng)管作為回風(fēng)風(fēng)路,中央進、回風(fēng)井作進風(fēng)系統(tǒng)的全負壓通風(fēng)方案。
方案二:以中央回風(fēng)井作為回風(fēng)系統(tǒng),回風(fēng)井井口封閉,在回風(fēng)井口安裝臨時主扇,進風(fēng)立井進風(fēng)。
地面安裝1臺臨時主扇,臨時主扇與風(fēng)機房接通,風(fēng)機房與地面8趟玻璃鋼風(fēng)管連接,地面管路與井筒內(nèi)管路連接,管路順中央進風(fēng)井、回風(fēng)井井壁延伸到井下,初期井底施工時,井筒均在井底南北車場,后期運輸掘進期間,管路延伸到專用回風(fēng)巷,形成全負壓通風(fēng)系統(tǒng)。
井下通風(fēng)系統(tǒng)。進風(fēng)流:中央進風(fēng)井、回風(fēng)井井筒—進風(fēng)巷—局扇—風(fēng)筒;回風(fēng)流:工作面—回風(fēng)巷—井下玻璃鋼管—井筒玻璃鋼管—地面玻璃鋼管—主扇。
管道通風(fēng)面積和管道摩擦阻力是本方案通風(fēng)能力技術(shù)關(guān)鍵,通過對1 200 mm管道按照摩擦阻力為0.000 1計算,管道總通風(fēng)量在8 000 m3/ min時通風(fēng)阻力為1 598.48 Pa,地面管道8趟,井筒內(nèi)管路4趟,新元礦井地面主扇利用風(fēng)管假回風(fēng)通風(fēng)系統(tǒng)圖見圖1。
圖1 新元礦井地面主扇利用風(fēng)管假回風(fēng)通風(fēng)系統(tǒng)圖
在中央回風(fēng)井井口修筑臨時風(fēng)機房,風(fēng)機房一側(cè)安裝臨時主扇,在風(fēng)機房的兩側(cè)設(shè)置進出車風(fēng)門,兩井均做提升井,形成以下通風(fēng)系統(tǒng):入風(fēng)為中央進風(fēng)立井—井下巷道—局扇—工作面—巷道—中央回風(fēng)井—地面臨時主扇。
回風(fēng)井筒用作回風(fēng)的同時兼做提升井,相應(yīng)的一部分提升設(shè)備及電纜、人員布置在回風(fēng)系統(tǒng)中,高突礦井規(guī)程規(guī)定不允許回風(fēng)巷內(nèi)有電和人員。井下巷道銜接必須先考慮構(gòu)成通風(fēng)系統(tǒng),為加快進度,可考慮大量增加長距離獨巷掘進工作面,相應(yīng)地需要提供更多的風(fēng)量。
1) 方案一。
優(yōu)點:a) 進風(fēng)井、回風(fēng)井同時作為建井期間的提升井,可滿足礦井建設(shè)期間掘進1 200 m的提升要求,井筒所設(shè)通風(fēng)管道與提升設(shè)備的運作不會相互影響。提升能力提高,可以在井下同時布置10~20個高效掘進工作面,掘進能力提高,按實現(xiàn)礦井投產(chǎn)共需井巷工程量48 404.4 m計算,可提前一年投產(chǎn)。噸煤按100元利潤計算,一期年產(chǎn)量300萬t,可實現(xiàn)利潤3億元,經(jīng)濟效益顯著。
b) 可提高礦井的通風(fēng)能力,選擇高負壓的通風(fēng)機,通風(fēng)量可達到8 000 m3/ min。風(fēng)機設(shè)置于地面,實現(xiàn)雙風(fēng)機互備、雙回路供電,且井下通風(fēng)設(shè)施少,設(shè)施的構(gòu)筑全部采用堅固抗壓材料,井下通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)簡單,調(diào)節(jié)方便,實現(xiàn)了系統(tǒng)穩(wěn)定的目標(biāo)。
c) 礦井主要運輸、供電設(shè)備均在進風(fēng)風(fēng)流中,高瓦斯涌出礦井回風(fēng)流無電器設(shè)備。各個掘進工作面采用壓入式通風(fēng),滿足各用風(fēng)地點風(fēng)量,監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)完備,可以實現(xiàn)礦井的通風(fēng)安全。
d) 前期投入的400萬元管路,不僅可以服務(wù)于建井期而且礦井投產(chǎn)后,回風(fēng)井安裝的玻璃鋼風(fēng)管也可用作礦井生產(chǎn)期間的抽放管道,在管道安裝期不影響礦井建設(shè)生產(chǎn),可節(jié)約大量資金。
缺點:玻璃鋼風(fēng)管阻力大。
2) 方案二。
優(yōu)點:通風(fēng)阻力小。
缺點:a) 限制了礦井的提升能力,回風(fēng)井回風(fēng),且作為提升井時,提升能力降低一半以上,最大提升能力為800 m/日。限制了井下同時作業(yè)掘進工作面的數(shù)量,由此導(dǎo)致礦井投產(chǎn)推遲。
b) 回風(fēng)立井在作為提升井的同時兼作回風(fēng),作為高瓦斯礦井,瓦斯涌出不平衡性較大,回風(fēng)風(fēng)流中的電器設(shè)備實現(xiàn)聯(lián)鎖困難,且回風(fēng)巷有人作業(yè),一旦發(fā)生瓦斯突出,很容易造成傷亡,給瓦斯管理帶來安全隱患。
c) 井口漏風(fēng)大,外部漏風(fēng)率難以控制在15%以下。
兩種通風(fēng)方案的技術(shù)比較見表1。
通過對兩種方案的比較分析,結(jié)合新元礦的實際情況,選擇方案一。
玻璃鋼臨時通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備選型如下:
臨時主扇:山西安瑞風(fēng)機制造廠生產(chǎn)的BDK-Ⅱ-8-NO.26型對旋軸流式風(fēng)機,電機功率:280×2 kW。
表1 通風(fēng)方案技術(shù)比較表
玻璃鋼風(fēng)管:d1 200 mm。管壁:回風(fēng)井安裝的2趟管道壁厚18 mm,進風(fēng)立井安裝的2趟玻璃鋼風(fēng)管壁厚15 mm。管道連接方式:插接式,接頭處安裝2個皮圈,管道承受負壓能力68.647 kPa。玻璃鋼風(fēng)管內(nèi)壁光滑,耐高溫。管道安裝形式:懸掛式和支撐式。
主系統(tǒng)安裝實施:2004年6月新元礦井安裝玻璃鋼風(fēng)管、臨時主扇,在進風(fēng)井安裝2趟玻璃鋼風(fēng)管,進風(fēng)井順井壁東西兩側(cè)各安裝1趟,立井共安裝管道1 050 m;在回風(fēng)立井安裝2趟玻璃鋼風(fēng)管,回風(fēng)井沿風(fēng)井一側(cè)安裝2趟玻璃鋼風(fēng)管,安裝管道1 040 m。
臨時主扇投用后風(fēng)量及風(fēng)機參數(shù)見表2。
表2 臨時主扇投用后風(fēng)量風(fēng)機參數(shù)表
進風(fēng)立井2趟管道出井后連接三通變?yōu)?趟玻璃鋼風(fēng)管連接120 m與臨時風(fēng)機房接通;回風(fēng)井2趟管道出井后連接三通變4趟管道連接80 m與臨時風(fēng)機房接通。地面共安裝8趟d1 200 mm管道。
進風(fēng)井井底管道出井底后分南北兩側(cè)延伸,在南側(cè)連接三通接2趟管道延伸40 m?;仫L(fēng)井管道出井底后分南北兩側(cè)延伸,在南、北側(cè)分別接三通后接2趟管道延伸50 m。
通過以上系統(tǒng)調(diào)節(jié),建立了立井4趟,井上、下8趟d1 200 mm的假回風(fēng)系統(tǒng)。2004年7月15日,臨時主扇開啟,停止地面局扇供風(fēng)。
臨時主扇投用后,井下測定最大風(fēng)量7 650 m3/ min,風(fēng)機房測定壓力2.598 kPa,大直徑風(fēng)管臨時通風(fēng)系統(tǒng)的投用,提高了礦井建設(shè)的通風(fēng)能力,保障了井下風(fēng)量15個以上掘進工作面的施工。
1) 提升系統(tǒng)全部在進風(fēng)風(fēng)流內(nèi),礦井安全性能高,人員作業(yè)安全,消除了因瓦斯?jié)舛瘸抟l(fā)事故的隱患。
2) 新元礦井采用大直徑管道全負壓通風(fēng)技術(shù),保障了井下用風(fēng)量,提高了通風(fēng)能力,是高瓦斯礦井快速建井的一項新技術(shù)。
3) 大直徑管道全負壓通風(fēng)技術(shù)可保證建井期間地面局扇供風(fēng)向永久主扇供風(fēng)的過渡。
4) 在高瓦斯礦井快速建井通風(fēng)方案選擇時,如果鑒定礦井瓦斯涌出量大或為煤與瓦斯突出礦井,在礦井設(shè)計時,要優(yōu)先考慮此通風(fēng)方案。
該項技術(shù)的推廣可以保證建設(shè)單位安全的生產(chǎn)環(huán)境,良好的經(jīng)濟效益,對需要建立永久抽放系統(tǒng)的礦井有先期建設(shè)同時受益的效果,可適用于絕大部分大井型礦井。
參 考 文 獻
[1]袁 亮.煤礦總工程師技術(shù)手冊[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2004:334-376.