李祥庭

（冷水江市安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局，湖南 冷水江 417500）

煤礦擴(kuò)能的技術(shù)改造

李祥庭

（冷水江市安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局，湖南 冷水江 417500）

技術(shù)改造有助于提高安全生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模，降低生產(chǎn)成本，增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。所以，必須加大安全投入，提高企業(yè)的裝備水平，改善生產(chǎn)條件，進(jìn)一步提高企業(yè)抗風(fēng)險(xiǎn)能力。本文以冷水江市金竹山塘沖工區(qū)煤礦為例，介紹了其概況、開(kāi)采系統(tǒng)、開(kāi)拓方式、開(kāi)采順序和通風(fēng)等，分析了對(duì)礦井排水系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、提升系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)能改造的必要性和可行性，以期為相關(guān)企業(yè)提供借鑒。

煤礦；改造；技術(shù)；方案

1 基本情況

金竹山塘沖工區(qū)煤礦礦井處于冷水江礦區(qū)中連井田57～62勘探線之間，屬于中連井田。井田及井田邊緣處露地層由老至新有第四系(Q)，石炭系中上統(tǒng)壺天群（C2+3ht）、石炭系下統(tǒng)梓門(mén)橋組（C1z）、測(cè)水組（C1c）、石磴子組（C1s）。可采煤層為3、5煤層。3煤層：灰黑與黑色，以塊狀結(jié)構(gòu)為主。煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，夾矸0～2層，一般1層，是本礦井的主采煤層。煤厚0.8～3.20 m，平均厚1.9 m。煤層傾角16°～28°，平均傾角22°左右。煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，與5煤層平均層間距4～18 m。5煤層：黑色反光，粉末狀結(jié)構(gòu)為主，煤層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，夾矸0～2層，一般1層，夾矸多為炭質(zhì)泥巖或泥巖，是本礦井的可采煤層。煤厚0.39～3.23 m，平均厚1.67 m。煤層傾角20°～30°，平均傾角25°左右。礦井水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，礦井允水地質(zhì)因素主要為大氣降水、含水層水、斷層水和老窿水。+120 m水平正常涌水量為6 m3/h，最大涌水量為9 m3/h；+40 m水平正常涌水量為3 m3/h，最大涌水量為7 m3/h。

斷裂構(gòu)造主要有金竹山塘沖工區(qū)正斷層。本礦范圍內(nèi)金竹山塘沖工區(qū)正斷層的上盤(pán)+120 m標(biāo)高以上為老窯采空區(qū)，下盤(pán)為單斜構(gòu)造，煤層賦存較好，為金竹山塘沖工區(qū)煤礦的主要開(kāi)拓部位。金竹山塘沖工區(qū)正斷層構(gòu)造賦存下的煤層，斷裂構(gòu)造為開(kāi)放型，走向北東12°～80°，傾向北西，傾角35°～70°，斷距10～30 m，造成梓門(mén)橋灰?guī)r與煤系地層部分缺失，使淺部煤層破壞，并釋放了大部分瓦斯。為防止瓦斯突出，選擇3煤層做為保護(hù)層開(kāi)采，解決礦井煤與瓦斯突出有效的區(qū)域性措施[1]。由于礦井3煤層瓦斯相對(duì)5煤層瓦斯小，將3煤層作為瓦斯解放層開(kāi)采：一是大量瓦斯經(jīng)過(guò)一定時(shí)間排放，瓦斯含量相對(duì)減少，區(qū)域瓦斯壓力也就降低，造成瓦斯在煤層內(nèi)部的破壞力減少。發(fā)生煤與瓦斯突出，均與地應(yīng)力、瓦斯含量、煤層結(jié)構(gòu)相互依存的關(guān)系有關(guān)，而金竹山塘沖工區(qū)煤礦3、5煤層頂板為砂巖，裂隙多，易于瓦斯流動(dòng)和釋放，礦井中部存在一條金竹山塘沖工區(qū)開(kāi)放型正斷層，

2 現(xiàn)有系統(tǒng)概況（見(jiàn)表1）

使瓦斯流動(dòng)有一個(gè)通道，引起瓦斯排放和壓力降低，造成礦井煤層瓦斯含量相對(duì)較小。目前，核定生產(chǎn)能力為6萬(wàn)噸/年，將通過(guò)技改擴(kuò)能達(dá)到生產(chǎn)能力15萬(wàn)噸 /年[2]。

表1 金竹山塘沖工區(qū)煤礦現(xiàn)有開(kāi)采系統(tǒng)概況

3 改造開(kāi)拓方式與開(kāi)采順序的分析

3.1 開(kāi)拓方案選擇

根據(jù)煤層賦存情況、礦區(qū)地形和礦井開(kāi)采現(xiàn)狀結(jié)合礦方意見(jiàn)，筆者初步提出兩個(gè)開(kāi)拓方案：

方案Ⅰ：新掘主平硐和風(fēng)井。在礦井2號(hào)拐點(diǎn)處新掘主平硐，井口坐標(biāo)X=3 070 170、Y=37 539 470、Z=+238.5 m，以191°的方位角施工平硐15 m，再以?=28°的坡度施工11軌道上山至+130 m標(biāo)高落底，長(zhǎng)231.11 m，落底后沿巖層走向布置+130 m底板運(yùn)輸大巷至井田中部，并以坡度30°的偽傾斜方向施工11通風(fēng)上山與+240 m底板回風(fēng)大巷、回風(fēng)上山和風(fēng)井（風(fēng)井位于礦井1號(hào)拐點(diǎn)附近，井口坐標(biāo)X=3 070 180、Y=37 539 530、Z=+260 m，ɑ=215°）貫通，構(gòu)成礦井負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)（見(jiàn)開(kāi)拓系統(tǒng)、采區(qū)布置及機(jī)械設(shè)備配備圖）[3]。

方案Ⅱ：利用現(xiàn)有的主斜井及工業(yè)廣場(chǎng)，延深主斜井至+130 m標(biāo)高，沿巖層走向布置+130 m底板運(yùn)輸大巷至礦井井田北翼附近，再布置采區(qū)上山。在礦井1號(hào)拐點(diǎn)附近布置風(fēng)井，通過(guò)+260 m總回風(fēng)與采區(qū)通風(fēng)上山貫通，形成礦井負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)。從以上兩個(gè)方案分析，方案Ⅰ要重新選擇主平硐、風(fēng)井和工業(yè)廣場(chǎng)并征地，初期投資大，建井工期長(zhǎng)，但運(yùn)輸系統(tǒng)簡(jiǎn)單，前期通風(fēng)線路短，通風(fēng)容易。方案Ⅱ首采區(qū)生產(chǎn)時(shí)運(yùn)輸線路較長(zhǎng)（達(dá)2 000 m），煤矸通過(guò)軌道上山下放到+130 m底板運(yùn)輸大巷，再?gòu)闹餍本嵘恋孛妫\(yùn)輸系統(tǒng)比較復(fù)雜，運(yùn)輸費(fèi)用較高；由于巷道較長(zhǎng)，通風(fēng)阻力大，通風(fēng)較困難；原主井因服務(wù)年限，受采動(dòng)壓力的影響，巷道嚴(yán)重變形，斷面較小，需擴(kuò)大斷面，且施工難度大；+130 m底板運(yùn)輸大巷需要從小溪流下方通過(guò)，且?guī)r柱較小，受楊家灣斷層的影響，地表水可能通過(guò)斷層裂隙帶進(jìn)入礦井，從而增加排水費(fèi)用，其優(yōu)點(diǎn)是可以利用現(xiàn)有工業(yè)廣場(chǎng)、設(shè)施和設(shè)備[4]。

3.2 開(kāi)拓方式

礦井采用平硐-暗斜井開(kāi)拓，主平硐布置在礦井范圍2號(hào)拐點(diǎn)附近位置，井口坐標(biāo)X=3 070 170、Y=37 539 470、Z=+238.5 m，以191°的方位角施工平硐15 m，再以?=28°的坡度施工11軌道上山至+130 m標(biāo)高落底，長(zhǎng)231.11 m，落底后沿巖層走向布置+130 m底板運(yùn)輸大巷至井田中部，并以坡度30°的偽傾斜方向施工11通風(fēng)上山與+240 m底板回風(fēng)大巷、回風(fēng)上山和風(fēng)井（風(fēng)井位于礦井1號(hào)拐點(diǎn)附近，井口坐標(biāo)X=3 070 180、Y=37 539 530、Z=+260 m，ɑ=215°）貫通，構(gòu)成礦井負(fù)壓通風(fēng)系統(tǒng)（見(jiàn)開(kāi)拓系統(tǒng)、采區(qū)布置及機(jī)械設(shè)備配備圖）。主平硐采用料石砌碹支護(hù)[5]，半圓拱，凈寬2.2 m，墻高1.4 m，凈斷面積4.97 m2；風(fēng)井采用料石砌碹支護(hù)，半圓拱，凈寬2.0 m，墻高1.27 m，凈斷面積4.1 m2。

3.3 采區(qū)及區(qū)段劃分

礦井走向、傾向長(zhǎng)度、煤層賦存條件以及煤與瓦斯突出礦井等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)劃為三個(gè)采區(qū)開(kāi)采，礦井東翼為首采區(qū)，即11采區(qū)，礦井西翼為接替采區(qū)，即12、13采區(qū)。11采區(qū)劃為四個(gè)區(qū)段，平硐以上（+240～+260 m）為第一區(qū)段，區(qū)段垂高20 m；+200～+240 m為第二區(qū)段，區(qū)段垂高40 m；+165～+200 m為第三區(qū)段，區(qū)段垂高35 m；+135～+165 m為第四區(qū)段，區(qū)段垂高35 m。12采區(qū)劃為三個(gè)區(qū)段，+200～+240 m為第一區(qū)段，區(qū)段垂高40 m；+165～+200 m為第二區(qū)段，區(qū)段垂高35 m；+135～+165 m為第三區(qū)段，區(qū)段垂高35 m[6]。13采區(qū)劃為二個(gè)區(qū)段，+165～+200 m為第一區(qū)段，區(qū)段垂高35 m；+135～+165 m為第三區(qū)段，區(qū)段垂高35 m。

3.4 開(kāi)采順序

礦井內(nèi)先采11采區(qū)，接替12采區(qū)，最后采13采區(qū)；采區(qū)內(nèi)先上后下，先上區(qū)段，后下區(qū)段；煤層內(nèi)先采3煤，后采5煤?；夭晒ぷ髅鏋楹笸耸交夭?。礦井東翼由于煤層倒轉(zhuǎn)，5煤層位于3煤層之上，故先采5煤再采3煤。

4 礦井通風(fēng)與安全

4.1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)及通風(fēng)方式

通風(fēng)方式：礦井采用中央邊界式通風(fēng)方式，主平硐為進(jìn)風(fēng)井，風(fēng)井為回風(fēng)井。通風(fēng)方法：抽出式通風(fēng)礦井通風(fēng)路線：主平硐（進(jìn)風(fēng)）→+240 m底板運(yùn)輸大巷→+240 m石門(mén)→1152運(yùn)輸平巷→1152工作面→1152回風(fēng)平巷→+260 m回風(fēng)石門(mén)→+260 m回風(fēng)大巷→風(fēng)井→地面。

4.2 礦井風(fēng)量計(jì)算

按回采、掘進(jìn)、硐室實(shí)際需要的風(fēng)量總和計(jì)算礦井總風(fēng)量。按回采工作面所需風(fēng)量（1）、工作面良好氣候條件所需風(fēng)量（2）、工作面稀釋瓦斯所需風(fēng)量，可計(jì)算：Q采=0.092 6qch4×T×K=0.092 6×16.61×91×1.45=202.95 m3/min，回采工作面所需風(fēng)量取最大值Q采=226.8 m3/min。掘進(jìn)頭采用局扇壓入式通風(fēng)，這是獨(dú)立通風(fēng)系統(tǒng)，一個(gè)掘進(jìn)頭需要風(fēng)量150 m3/min，則掘進(jìn)所需風(fēng)量為：Q掘=3×150=450 m3/min。礦井所需總風(fēng)量Q總=(Q采+Q掘+Q他)×K通=(226.8+450+50)×1.2=872.16 m3/min=14.54 m3/s。風(fēng)速校核（1）、主平硐斷面積為4.97 m2，風(fēng)量是14.4 m3/s，V=14.4/4.97=2.92 m/s，1 m/s＜V＜ 8 m/s。

按同時(shí)工作的最多人數(shù)，計(jì)算礦井同時(shí)工作的最多人數(shù)為80人，所需風(fēng)量為320 m3/min，而本礦所配風(fēng)量為872.16 m3/min＞320 m3/min。以上風(fēng)速均符合《煤礦安全規(guī)程》要求。按最大班下井人數(shù)和噸煤供風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)校驗(yàn)，供風(fēng)量符合要求，確定礦井總風(fēng)量為14.54 m3/s?；夭晒ぷ髅姘?72.16 m3/min配風(fēng)，掘進(jìn)工作面按180 m3/min配風(fēng)，其他巷道按60 m3/min配風(fēng)。通過(guò)計(jì)算礦井前期通風(fēng)最大負(fù)壓，礦井通風(fēng)阻力為146.88 Pa，通風(fēng)等積孔為：A=1.19×Q/H1/2=1.19×14.54/146.881/2=1.43 m2，礦井通風(fēng)等積孔等于1，礦井通風(fēng)難易程度屬中等。

4.3 礦井通風(fēng)設(shè)備

設(shè)計(jì)依據(jù)礦井所需風(fēng)量：14.54 m3/s，礦井前期最大負(fù)壓：146.88 Pa，礦井后期最大負(fù)壓：277.97 Pa，礦井瓦斯等級(jí)：高瓦斯礦井。

設(shè)備選型：通風(fēng)機(jī)風(fēng)量的計(jì)算（確定選用軸流式通風(fēng)機(jī)）Q＝K×QK＝1.15×14.54=16.72 m3/s。關(guān)于通風(fēng)機(jī)風(fēng)壓的計(jì)算，通風(fēng)機(jī)必須產(chǎn)生的最大靜壓：Hjmax=hmax+Δh=277.97+180=458 Pa。 其 中：Δh為 通 風(fēng)設(shè)備阻力，一般取150～200 Pa，取Δh＝180 Pa。預(yù)選通風(fēng)機(jī)：YBK56-6-No13型軸流式通風(fēng)機(jī)。通風(fēng)機(jī)工作點(diǎn)的確定最大網(wǎng)絡(luò)阻力系數(shù)Rmax=Hjmax/Q2=458/16.722=1.638，則通風(fēng)機(jī)在開(kāi)采最大負(fù)壓時(shí)期的網(wǎng)路特性方程式為H=RmaxQ2=1.638Q2，將上述網(wǎng)路特性方程式按同一比例畫(huà)在YBK56-6-№13軸流式風(fēng)機(jī)的性能曲線圖上，即得風(fēng)機(jī)在最大負(fù)壓時(shí)期工況點(diǎn)A。在工況點(diǎn)A點(diǎn)：QA＝16.38 m/s，HA=428.4 Pa，ηA=71%。

功率的計(jì)算。根據(jù)礦井所需風(fēng)量和負(fù)壓，通對(duì)通風(fēng)機(jī)進(jìn)行選型計(jì)算，選用兩臺(tái)YBK56-6-No13型軸流式通風(fēng)機(jī)作為主通風(fēng)機(jī)，其中1臺(tái)工作，1臺(tái)備用。通風(fēng)機(jī)配套電動(dòng)機(jī)功率22 kW，額定風(fēng)量6～23 m3/s，靜壓150～800 Pa，在礦井最大負(fù)壓時(shí)期（開(kāi)采后期），將風(fēng)機(jī)葉片調(diào)到36°時(shí)，產(chǎn)生的風(fēng)量為16.38 m3/s，靜壓為428.4 Pa，可滿足礦井安全通風(fēng)的要求。風(fēng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)礦井所需風(fēng)量，適時(shí)調(diào)整風(fēng)機(jī)風(fēng)量，使風(fēng)機(jī)在工況點(diǎn)范圍內(nèi)運(yùn)行。

5 擴(kuò)能改造項(xiàng)目總結(jié)

5.1 排水系統(tǒng)

隨著開(kāi)采深入，+120 m正常涌水量預(yù)算會(huì)增大至20 m3/h，最大涌水量會(huì)增大至30 m3/h，現(xiàn)有水倉(cāng)容量為420 m3，水泵流量43 m3/h，水倉(cāng)不能滿足8 h正常涌水量容量，泵排不能在20 h內(nèi)排出24 h最大涌水量；+40 m正常涌水量預(yù)算會(huì)增大至25 m3/h，最大涌水量會(huì)增大至35 m3/h，現(xiàn)有水倉(cāng)容量為480 m3，水泵流量43 m3/h，水倉(cāng)不能滿足8 h正常涌水量容量，泵排不能在20 h內(nèi)排出24 h最大涌水量，影響安全，影響生產(chǎn)。投入資金對(duì)現(xiàn)有+120 m水倉(cāng)和+40 m水倉(cāng)進(jìn)行擴(kuò)容，更換水泵（滿足要求）和排水管徑ф85×8 mm二趟，滿足排水要求，具體改造方案見(jiàn)表2。

5.2 通風(fēng)系統(tǒng)

南翼風(fēng)井擔(dān)負(fù)全礦井通風(fēng)，由于回風(fēng)路線長(zhǎng)，管理困難，巷道變形快，維修量大，造成風(fēng)量不穩(wěn)定，且不足，影響瓦斯防治能力，影響產(chǎn)能升級(jí)，必須改造升級(jí)。在礦井北翼建立一個(gè)新風(fēng)井，形成兩翼對(duì)角式通風(fēng)，南翼風(fēng)井只擔(dān)負(fù)現(xiàn)有11、21采區(qū)回風(fēng)，新建北翼風(fēng)井擔(dān)負(fù)12、22采區(qū)，增大礦井總通風(fēng)量、可靠性和穩(wěn)定性，滿足擴(kuò)能生產(chǎn)升級(jí)安全要求，具體技術(shù)改造方案見(jiàn)表3。

表2 排水系統(tǒng)的技改方案

表3 通風(fēng)系統(tǒng)的技改方案

5.3 提升系統(tǒng)

目前，礦井地面絞車(chē)只能滿足6萬(wàn) t/a提升要求，不能滿足產(chǎn)能擴(kuò)大提升要求。所以，必須加長(zhǎng)地面提升車(chē)場(chǎng)和安裝JTP1.6×1.2型絞車(chē)提升。

6 結(jié)語(yǔ)

本文闡述了冷水江市金竹山塘沖工區(qū)煤礦的概況、開(kāi)采系統(tǒng)、開(kāi)拓方式等，分析了對(duì)礦井排水系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、提升系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)能改造的必要性和可行性，并利用技術(shù)手段，參照國(guó)家政策進(jìn)行改造。在全國(guó)煤炭資源兼并重組的形勢(shì)下，這對(duì)于讓地方小煤礦轉(zhuǎn)到國(guó)有大礦的軌道上來(lái)，具有一定的意義。

1 李向東，張慶華，陳忠明，等.龍灘煤礦通風(fēng)系統(tǒng)改造優(yōu)化方案的研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2010，（12）：66-68.

2 鄔忠誠(chéng).五虎山煤礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造方案分析[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2014，（1）：63-65.

3 張 英.大陽(yáng)泉煤礦通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化改造[J].煤炭工程，2012，（6）：21-23.

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5 徐崇貴.煤礦通風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)改造方案[J].煤炭技術(shù)，2006，（8）：78-79.

6 焦繼紅.煤礦通風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)改造淺析[J].煤炭技術(shù)，2012，（8）：92-94.

Technical Renovation of Coal Mine Expansion

Li Xiangting
(Lengshuijiang Municipal Administration of Work Safety, Lengshuijiang 417500, China)

It is helpful to improve the scale of production enterprises, reduce the production cost and increase the economic benefit. Therefore, we must increase investment in safety, improve the level of equipment, improve production conditions,and further enhance the ability to resist risks. In this paper, the Lengshuijiang Jinzhu Chong Shantang coal mine as an example area, introduces the general situation, development methods, mining system, mining sequence and ventilation,analyzes the necessity and feasibility of revamping the mine drainage system, ventilation system, improve the system, in order to provide reference for related enterprises.

coal mine; transformation; technology; scheme

TD263

A

1008-9500(2017)06-0087-04

2017-03-26

李祥庭（1970-），男，湖南冷水江人，采礦助理工程師，從事煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)管與采礦工作。