武翀

（山煤集團長治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司，山西 長治 047100）

1 北翼回風井建設(shè)的必要性

山西省煤炭工業(yè)廳綜合測試中心對經(jīng)坊煤業(yè)2012 年瓦斯等級鑒定為瓦斯礦井，在礦井北翼采區(qū)巷道掘進時發(fā)現(xiàn)瓦斯含量增高，涌出量增大。為滿足礦井瓦斯抽采及增加風量、降低風阻的需要，建設(shè)北翼回風井是非常必要的，其建設(shè)必要性有以下兩個方面：

（1）北翼采區(qū)瓦斯含量增大，從稀釋和排出瓦斯角度出發(fā)，現(xiàn)有通風系統(tǒng)已很難再滿足安全生產(chǎn)要求。為此，除進一步加強瓦斯抽放工作外，尚需對礦井現(xiàn)有系統(tǒng)進行改造，增加礦井通風能力。通過對現(xiàn)有系統(tǒng)分析，礦井現(xiàn)有4 個井筒，其中3進1 回，進風井筒有效通風斷面可滿足瓦斯增大礦井通風量的要求，回風井筒有效斷面不能滿足礦井增加通風量的要求，因此新建北翼回風井非常必要。

（2）八采區(qū)位于井田西北部，通風距離約為6.5 km。本井田北部八采區(qū)無安全出口，建設(shè)北翼回風井可使八采區(qū)增加一個安全出口，縮短了災(zāi)害時的逃生距離。

2 北翼回風井建設(shè)方案

根據(jù)北翼回風井建設(shè)原則，按照礦井目前通風系統(tǒng)情況分析，北翼回風井建設(shè)項目初步設(shè)計遵循可研報告確定的建設(shè)方案，在八采區(qū)東南部建設(shè)北翼回風井擔負七、八、九采區(qū)回風，現(xiàn)有回風立井擔負礦井南翼采區(qū)回風。

北翼回風立井井筒位置可供選擇的地方有3 處：七采區(qū)南部靠近九采區(qū)的北集中大巷與西二集中大巷交匯處，西墳上村西側(cè)約350 m 處，西二集中大巷南側(cè)約140 m 處。雖然井筒位于七、八、九采區(qū)的中部較為合適，但考慮到購地情況（盡量不占基本農(nóng)田），設(shè)計采用可研階段批準的井筒位置。

新建北翼回風井方案中考慮到斜井斷面利用率低、井筒工程量大及井筒壓煤多，并且北翼采區(qū)埋深較大、表土層較厚，設(shè)計確定采用立井方案。新建北翼回風立井井口位置設(shè)計考慮在北呈村東北側(cè)約300 m、八采區(qū)回風巷西側(cè)約270 m 處（現(xiàn)為一個舊磚窯）。井口標高為+945 m，井底標高+557 m，井筒深度為388 m。由于回風井井筒附近存在陷落柱，井口位置存在風險，需要進一步探查核實。在井筒建設(shè)前要施工井筒檢查鉆孔，準確定位北翼回風立井井筒位置，確保施工安全。經(jīng)坊煤業(yè)礦井通風設(shè)計如圖1 所示。

圖1 坊煤業(yè)礦井通風設(shè)計圖

3 北翼回風立井設(shè)計主要技術(shù)參數(shù)

為滿足生產(chǎn)需要，北翼回風立井井筒的設(shè)計直徑為3.5 m，垂深為120 m，井筒為砌體結(jié)構(gòu)。井筒裝備范圍包括寬罐籠帶平衡錘系統(tǒng)和窄罐籠提升系統(tǒng)。寬罐籠提升鋼絲繩最大終端載荷為550 kN，寬罐平衡錘提升鋼絲繩最大終端載荷475 kN，窄罐籠提升鋼絲繩最大終端載荷425 kN，窄罐平衡錘提升鋼絲繩最大終端載荷345 kN。新建北翼回風立井投入使用后，礦井回風井筒分別為新建北翼回風立井和已有回風立井2 個回風井筒。礦井總回風量為235 m3/s，其中新建北翼回風立井回風量為120 m3/s ，已有回風立井回風量為115 m3/s。各進風井風量分配：主斜井進風量為20 m3/s，副斜井進風量為85 m3/s，進風立井進風量為130 m3/s。

4 北翼回風立井建設(shè)方案的優(yōu)缺點

4.1 主要優(yōu)點

（1）井筒與風井場地不占基本農(nóng)田。

（2）井筒工程量最小。設(shè)計確定的北翼回風立井場地的井口標高為+945 m，井底標高為+557 m，井筒深度為388 m，而井筒位置方案的井筒深度全部都在400 m 以上。

（3）安全出口距離最短。

4.2 主要缺點

（1）北翼回風立井井口南側(cè)50～60 m 左右存在一個陷落柱（X8-14），對井筒施工與使用帶來了影響。

（2）北翼回風立井場地靠近八采區(qū)南部邊界也是礦井井田邊界，場地南部煤柱有局部超出井田范圍的問題，但建設(shè)單位目前已與臨礦山西華晟榮煤礦有限公司簽訂了壓覆礦產(chǎn)資源協(xié)議書，可以保證礦井生產(chǎn)安全。

5 北翼回風立井建設(shè)對瓦斯抽采的影響

5.1 瓦斯含量測定

在井下布置了6 個瓦斯含量測點，含量測定情況見表1，其中殘存瓦斯含量為2.34 m3/t。6 個測點都處于甲烷帶，煤層埋深與瓦斯含量存在線性關(guān)系。根據(jù)3 號煤層測點的埋藏深度及瓦斯含量值，回歸計算3 號煤層瓦斯含量隨煤層埋藏深度增加變化趨勢圖，如圖2 所示。

表1 測點埋深及瓦斯含量表

圖2 煤層瓦斯含量隨埋深的變化規(guī)律

5.2 可抽瓦斯量計算

礦井可抽采瓦斯量反映著礦井瓦斯資源的開發(fā)程度，與其抽采工藝技術(shù)和抽采能力密切相關(guān)。一般采用下式計算：

式中：Wkc為礦井可抽瓦斯量，Mm3；ηk為礦井瓦斯抽采率，取ηk=45%；Wk為礦井瓦斯儲量，Mm3。

根據(jù)礦井煤層數(shù)據(jù)，可計算得礦井可抽采瓦斯量。

Wkc=19 451.49×0.45=8 753.2 Mm3。

礦井3 號煤層七采區(qū)或八采區(qū)布置一個回采工作面、一個準備工作面，回采前進行預(yù)抽，回采時邊采邊抽。預(yù)計本煤層采煤工作面最大瓦斯抽采量為15.5 m3/min。

礦井3 號煤層回采工作面鄰近層最大絕對瓦斯涌出量為2.18 m3/min，占回采工作面瓦斯涌出12%，影響較小，可以不采用鄰近層瓦斯抽采方法。

礦井老采空區(qū)瓦斯涌出量最大16.81 m3/min，設(shè)計采用全封閉插管抽采方法抽采一個采空區(qū)，設(shè)計瓦斯抽采量均為3 m3/min。為了解決回采工作面后方緊鄰采空區(qū)瓦斯問題，設(shè)計采用埋管抽采或高位鉆孔抽采上隅角瓦斯，預(yù)計抽采量為4 m3/min。

礦井3 號煤層瓦斯抽采量包括采煤工作面瓦斯抽采、老采空區(qū)瓦斯抽采及上隅角瓦斯抽采，因此計算礦井最大瓦斯抽采量為：

15.5+3+4=22.5 m3/min。

礦井設(shè)計年抽采瓦斯量為11.82 Mm3/a。

5.3 瓦斯抽采率

3 號煤層八采區(qū)瓦斯最大抽采量為22.5 m3/min，最大瓦斯涌出量為29.24 m3/min，最大瓦斯抽采率可達76.9%。根據(jù)抽采達標指標，礦井抽采率為不小于35%，按照最小抽采率計算風排瓦斯量。瓦斯最小抽采量為10.23 m3/min，采空區(qū)最小瓦斯抽采量為2.5 m3/min，回采工作面最小瓦斯抽采量為7.7 m3/min（掘進工作面不抽采）。

6 結(jié)論

通過上述分析，北翼回風井的建設(shè)方案必要性、優(yōu)缺點得到了充分的論證。北翼回風井的建設(shè)能夠顯著提高瓦斯的抽采效果，滿足礦井瓦斯抽采及增加風量、降低風阻的需要。