崔宏科(陜西彬長礦業(yè)集團(tuán)有限公司，陜西 咸陽 712046)

大佛寺煤礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)研究

崔宏科(陜西彬長礦業(yè)集團(tuán)有限公司，陜西 咸陽 712046)

大佛寺煤礦投產(chǎn)后因礦井絕對瓦斯涌出量急劇增加，主要進(jìn)回風(fēng)巷風(fēng)速超限，礦井通風(fēng)系統(tǒng)不能滿足設(shè)計(jì)產(chǎn)量的需求，更難以保證安全。實(shí)施通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀分析、阻力計(jì)算、改造等優(yōu)化技術(shù)方案后，解決了生產(chǎn)問題，探索出適合該礦區(qū)的通風(fēng)系統(tǒng)布置方式，對礦區(qū)后建的4對礦井和其它開采高瓦斯易自燃煤層的礦井通風(fēng)系統(tǒng)管理具有借鑒意義。

通風(fēng)系統(tǒng)；優(yōu)化技術(shù)；綜采工作面；通風(fēng)阻力；瓦斯抽放

1 前言

礦井瓦斯是我國礦井的主要自燃災(zāi)害之一。根據(jù)2004年國有重點(diǎn)煤礦瓦斯等級鑒定等資料，全國高瓦斯和煤與瓦斯突出礦井?dāng)?shù)量為258個(gè)，占礦井總數(shù)的45.7%；瓦斯災(zāi)害是我國煤礦安全生產(chǎn)的最大危害，是威脅礦工生命的“第一殺手”。據(jù)統(tǒng)計(jì)，建國以來全國煤礦發(fā)生多次特別重大事故，其中瓦斯事故占87.5%。瓦斯災(zāi)害不除，煤礦安全和礦工生命就沒有保障[1]。存在煤炭自燃的礦井占礦井總數(shù)的56%，煤炭自燃而引起的火災(zāi)占礦井火災(zāi)總數(shù)的90%以上。近年來，隨著開采技術(shù)的改革和采煤設(shè)備的升級，一部分煤礦為了提高生產(chǎn)效率，增加了工作面的寬度，由于這種開采方法工作面兩端風(fēng)壓大、漏風(fēng)嚴(yán)重、采空區(qū)及煤體瓦斯涌出量大，使得瓦斯管理難度加大。因此，瓦斯超限等問題嚴(yán)重制約這些大工作面的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益。

2 礦井概況

陜西彬長礦業(yè)集團(tuán)有限公司是國家特大型煤炭基地之一，礦區(qū)計(jì)劃開發(fā)建設(shè)五對礦井，首個(gè)礦井大佛寺礦建成并進(jìn)入試運(yùn)轉(zhuǎn)，一期生產(chǎn)能力300萬t/a。井田的4煤層組，分為4#、4上-1、4上-2、4上四層，其中4上-1、4上-2、4上為4#煤的上分叉煤層。主采4#煤層，煤層全厚0～19.73m，平均11.65m，煤層結(jié)構(gòu)簡單，傾角5°，屬較穩(wěn)定煤層。4#煤層屬極易發(fā)火煤層，發(fā)火期一般為3～5個(gè)月，最短為24天；煤塵爆炸指數(shù)30.08%，具有爆炸性，瓦斯含量大部分區(qū)域在6.4m3/t左右，最高達(dá)17.11m3/t。采用立井、斜井混合開拓方式，單水平開拓，水平高程+653m，在4煤中布置膠帶運(yùn)輸大巷、輔助運(yùn)輸大巷和回風(fēng)大巷。采用走向長臂綜采放頂煤，一次采全高回采工藝，全部垮落法頂板管理。

3 礦井通風(fēng)情況及改造的必要性

礦井通風(fēng)系統(tǒng)為中央并列式抽出法通風(fēng)，主、副斜井為進(jìn)風(fēng)井，立風(fēng)井為回風(fēng)井，安裝2臺(tái)GAF25-11.8-1型軸流式通風(fēng)機(jī)，1臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)，1臺(tái)備用，額定功率750kW，礦井總進(jìn)風(fēng)量7 729m3/min，總回風(fēng)量7 846m3/min，瓦斯?jié)舛?.58%，負(fù)壓1 140Pa，礦井瓦斯絕對涌出量89.62m3/min，其中風(fēng)排量45.62m3/min，抽放量44m3/min。

礦井布置一個(gè)采面和6個(gè)掘進(jìn)面，地面已運(yùn)行三套永久抽放系統(tǒng)抽放采面瓦斯，計(jì)劃再建兩套系統(tǒng)[2]；井下運(yùn)行3臺(tái)移動(dòng)抽放泵實(shí)施掘進(jìn)預(yù)抽。

通風(fēng)系統(tǒng)改造的必要性如下所述。

（1）南回風(fēng)大巷斷面積16.3m2，風(fēng)量7 600m3/min，敷設(shè)有三趟Φ820mm抽放管路，截面積1.6m2，巷道風(fēng)速8.62m/s,超過《規(guī)程》界限值[3]。

（2）安設(shè)地面4#、5#抽放系統(tǒng)時(shí)，因南回風(fēng)大巷風(fēng)速超限，井下沒有滿足條件的巷道用于鋪設(shè)抽放主管路，制約了增建抽放系統(tǒng)的項(xiàng)目。

（3）南回風(fēng)大巷在采面回風(fēng)口至六號聯(lián)絡(luò)巷一段范圍瓦斯?jié)舛?.7%～0.9%，超過《規(guī)程》規(guī)定的0.75%界限。因南回風(fēng)大巷風(fēng)速超限，通過增加風(fēng)量解決瓦斯超限問題已不可能。

（4）根據(jù)大佛寺煤礦瓦斯抽放工程初步設(shè)計(jì)，礦井二期600萬t/a，開采4煤層和4上煤層，絕對瓦斯涌出量282.95m3/min，必須增加一條專用回風(fēng)巷解決4煤層開采的通風(fēng)、瓦斯治理問題，同時(shí)用于瓦斯抽放管路的安設(shè)[4]。

4 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案的選擇

根據(jù)大佛寺礦目前的生產(chǎn)現(xiàn)狀，優(yōu)化方案選擇平行于1#回風(fēng)大巷布置一條專用回風(fēng)巷，達(dá)到增加礦井風(fēng)量、降低通風(fēng)阻力的目的。對新增回風(fēng)巷道布置提出兩種方案。

4.1 方案簡介

方案一：平行于現(xiàn)在的401采區(qū)1#回風(fēng)大巷，位于其西側(cè)，與其相距40m，從立風(fēng)井下的繞道開始，至現(xiàn)施工的40104面的最下端的5#橫川，斷面18.4m2(凈寬5.2m,凈高4.1m，半圓拱巷道),隨大巷延深而延深;設(shè)計(jì)工程量約1 240m，基本為全煤巷道。

方案二：在4上煤布置一條回風(fēng)大巷，做斜巷和4煤回風(fēng)大巷相連形成第二條回風(fēng)大巷，以后開采4上煤時(shí)作4上回風(fēng)大巷。在4煤三條大巷延深時(shí)，同時(shí)延深該巷，該方案工程量1 890m，其中巖巷610m，煤巷1 280m；該巷從井底換裝站開口，按+5°施工巖巷420m掘至4上煤層，然后與回風(fēng)立井貫通，再向南掘進(jìn)到40104面下順槽，同時(shí)在40104面下順槽掘一18°斜巷與該巷貫通形成系統(tǒng)。

4.2 方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

（1）工程量對比。方案一總工程量為1 240m，基本為全煤巷；方案二工程量為1 890m，巖巷占總工程量的三分之一，工程量大；按工程量選方案一最優(yōu)。

（2）工期對比。方案一大部分為煤巷進(jìn)度250m/月，工期約3個(gè)月；方案二巖巷工程量大，巖巷進(jìn)度80m/月，工期5.3個(gè)月，煤巷1 280m，進(jìn)度250m/月，工期5.1個(gè)月,考慮巖石斜巷與煤巷平等施工,也需工期10.4個(gè)月；按工期對比，方案一最優(yōu)。

（3）按施工的難易程度對比。方案一設(shè)計(jì)從40301運(yùn)順口對面向西掘一條聯(lián)絡(luò)巷40m，再向北與立風(fēng)井繞道貫通，施工上段比較簡單；下端采取南北對掘，一處從40301運(yùn)順口對面聯(lián)巷向南掘進(jìn)，一處從40104回順聯(lián)巷北掘，南北對掘貫通，施工也容易。

方案二從換裝站開口，掘巖巷到4上煤層后，掘煤巷到401采區(qū)膠帶大巷上方，然后用豎直煤倉與膠帶大巷貫通，形成出煤系統(tǒng)，再向北掘進(jìn)與立風(fēng)井貫通，再向南掘進(jìn)與巖石斜巷貫通，才能形成系統(tǒng)，施工比較困難，且與4煤的采掘工作面為串聯(lián)通風(fēng)。按施工難易程度對比，方案一最易施工。

（4）按利用程度對比。方案一為4煤開采服務(wù)，方案二為4煤和4上煤開采服務(wù)，按利用程度對比，方案二最優(yōu)。

（5）按施工時(shí)通風(fēng)難易程度對比。方案一可以利用聯(lián)絡(luò)巷實(shí)現(xiàn)局部通風(fēng)最短距離；方案二可先與風(fēng)井貫通，減少局部地區(qū)通風(fēng)距離；因此兩種方案通風(fēng)都容易。

綜合以上各方面分析對比，為方便井田西部回采4#煤時(shí)解決礦井通風(fēng)瓦斯問題，選擇方案一優(yōu)化礦井通風(fēng)系統(tǒng)。通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化示意圖見圖1。

5 通風(fēng)系統(tǒng)改造的主要內(nèi)容

圖1 大佛寺煤礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化示意圖

在南回風(fēng)大巷西側(cè)相距40m處平行布置一條2#回風(fēng)大巷[5]，巷道掘?qū)挕辆蚋?5 500mm×4 250mm，凈斷面18.4m2，巷道形狀為半圓拱巷道，樹脂錨桿掛鋼筋網(wǎng)噴射混凝土支護(hù)；設(shè)計(jì)工程量約1 240m，以后隨大巷延深而延深;巷道類型為全煤巷道；施工形式為綜合機(jī)械化掘進(jìn)。

對現(xiàn)南回風(fēng)大巷拉底擴(kuò)斷面，長度500m,斷面積由 16.3m2擴(kuò)至 18.4m2。

6 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化效果

通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化后，巷逆風(fēng)量及風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)比較見表1及表2。

表1 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化前后實(shí)測巷道風(fēng)量

（1）礦井總進(jìn)風(fēng)量增加1 792m3/min；總回風(fēng)增加1 795m3/min，解決了1#回風(fēng)大巷瓦斯超限問題，瓦斯?jié)舛扔?.7%～0.9%降至0.6%,礦井總回瓦斯?jié)舛扔?.58%降至0.5%。同時(shí)礦井增加風(fēng)量1 795m3/min，也解決了4煤接續(xù)面掘進(jìn)欠風(fēng)問題，保證了接續(xù)面按期圈成回采，年產(chǎn)量完成300萬t，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

表2 優(yōu)化前后實(shí)測主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)

（2）主要通風(fēng)機(jī)運(yùn)行負(fù)壓降低390Pa，低負(fù)壓運(yùn)行更加有利于礦井防滅火管理。

（3）主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行功率降低54.64kW，年節(jié)約電費(fèi)25萬元。

（4）解決了1#回風(fēng)大巷風(fēng)速超限問題，風(fēng)速由8.62m/s降至4.04m/s。

（5）礦井形成兩條回風(fēng)巷回風(fēng)，不但解決了4#、5#抽放系統(tǒng)管理設(shè)置地點(diǎn)問題，也從根本上提高了礦井的抗災(zāi)能力。礦區(qū)其它在建的四對礦井借鑒本次優(yōu)化方案，在建井時(shí)即建設(shè)為雙進(jìn)雙回風(fēng)大巷。

[1] 范維澄.能源化工行業(yè)安全生產(chǎn)形勢分析和關(guān)鍵技術(shù)[M].合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2002.

[2] 王佑安.煤礦安全手冊（第二篇礦井瓦斯防治）[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,1994.

[3] 煤礦安全規(guī)程[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2010.

[4] 于不凡，王佑安.煤礦瓦斯災(zāi)害防治及利用技術(shù)手冊[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2000.

[5] 吳中立.礦井通風(fēng)與安全[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1989.

Study on optimum technology of ventilation system in Dafosi coal mine

Because the gas discharge increased sharply after Dafosi coal mine brought into production,and the air velocity in main intake and return airway were over the limit,the ventilation system could not meet the demand of production.It was difficult to ensure safety production.After the situation analyzing,drag calculation,improvement of ventilation system,the production problems were solved,and the suitable ventilation system was sought out,and which provided reference for ventilation system management and later shafts construction.

ventilation system;optimum technology;fully mechanized working face;ventilation resistance;gas emission

1672-609X（2010）06-0024-03

TD724

B

2010-04-29

2010-05-19

崔宏科（1972-），男，陜西咸陽人，工程師，從事通風(fēng)瓦斯技術(shù)工作。