馬俊輝，李白鶴，王永輝

(平頂山平煤設(shè)計(jì)院有限公司，河南 平頂山 467000)

礦井通風(fēng)系統(tǒng)是礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分，礦井通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)劣好壞，直接影響著礦井的生產(chǎn)、災(zāi)害防治、經(jīng)濟(jì)效益。建立完善、合理的礦井通風(fēng)系統(tǒng)是礦井安全生產(chǎn)和提高效益的基本保證。

1 概 況

本項(xiàng)目通過(guò)研究以平煤股份十三礦為代表的礦井，找到適合平煤股份大采深突出礦井通風(fēng)系統(tǒng)的方法，并應(yīng)用到條件類似的礦井中。

平煤股份十三礦礦井東翼為目前礦井的主要生產(chǎn)區(qū)域，隨著開(kāi)采區(qū)域下移，采深逐漸增加，地溫、瓦斯含量、瓦斯壓力隨之增大。為解決東翼通風(fēng)負(fù)壓過(guò)高，部分巷道風(fēng)速過(guò)大的問(wèn)題，提高礦井安全可靠程度，同時(shí)為加大瓦斯治理力度，緩解高地溫影響，實(shí)現(xiàn)東翼采區(qū)分區(qū)通風(fēng)，需要對(duì)礦井東翼通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造。以此保證礦井產(chǎn)能穩(wěn)定，創(chuàng)造良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)分析

根據(jù)礦井東翼生產(chǎn)接替要求及采區(qū)接替安排，東翼用風(fēng)量大致分為四個(gè)階段(按照保證正常接替進(jìn)行配風(fēng))：

1) 現(xiàn)階段：2018年至2022年。礦井東翼己一采區(qū)與己三采區(qū)同步開(kāi)采，最大風(fēng)量12 766 m3/min，2020年至2022年己一采區(qū)回采結(jié)束，己三下延采區(qū)還未投產(chǎn)，礦井東翼己三采區(qū)生產(chǎn)，在礦井西翼己四采區(qū)布置2個(gè)回采工作面(己15、己16-17面各一個(gè))生產(chǎn)，東翼1個(gè)工作面，現(xiàn)有東翼通風(fēng)系統(tǒng)可以滿足要求。

2) 礦井東翼采區(qū)前期：2023年至2035年。己一采區(qū)已回采結(jié)束，己一下延與己三兩個(gè)單翼采區(qū)交替回采，礦井東翼保持2個(gè)綜采工作面同時(shí)生產(chǎn)?？傂栾L(fēng)量337 m3/s，即20 220 m3/min。其中己一下延與己三采區(qū)需風(fēng)量173 m3/s，己三下延采區(qū)需風(fēng)量164 m3/s。

3) 礦井東翼采區(qū)中期：2036年至2038年。此時(shí)己三采區(qū)與己一下延采區(qū)已經(jīng)回采結(jié)束，其接替采區(qū)己五采區(qū)開(kāi)始投產(chǎn)，與己三下延采區(qū)同時(shí)期布置生產(chǎn)，礦井東翼保持2個(gè)綜采工作面同時(shí)生產(chǎn)。總需風(fēng)量323 m3/s，即19 380 m3/min。其中己三下延采區(qū)需風(fēng)量167 m3/s，己五采區(qū)需風(fēng)量156 m3/s。

4) 礦井東翼采區(qū)后期：2039年至2048年。此時(shí)己三下延采區(qū)回采結(jié)束，其接替采區(qū)己七采區(qū)開(kāi)始投產(chǎn)，己五采區(qū)同時(shí)期布置生產(chǎn)，礦井東翼繼續(xù)保持2個(gè)綜采工作面同時(shí)生產(chǎn)?？傂栾L(fēng)量324 m3/s，即19 440 m3/min。其中己五采區(qū)需風(fēng)量164 m3/s，己七采區(qū)需風(fēng)量160 m3/s。

上述計(jì)算結(jié)果與東翼主要通風(fēng)機(jī)最大通風(fēng)能力(實(shí)際總進(jìn)風(fēng)量11 400 m3/min)相比：礦井東翼采區(qū)前期總需風(fēng)量存在8 820 m3/min的缺口；中期總需風(fēng)量存在7 980 m3/min的缺口；后期總需風(fēng)量存在8 040 m3/min的缺口。由此可見(jiàn)，礦井東翼通風(fēng)能力存在不足，不能滿足未來(lái)東翼正常生產(chǎn)接替要求。

3 通風(fēng)系統(tǒng)改造的必要性

1) 解決礦井東翼通風(fēng)能力不足的需要。東回風(fēng)井風(fēng)機(jī)目前風(fēng)葉角度0°，排風(fēng)量11 731 m3/min，負(fù)壓3 100 Pa，實(shí)際總進(jìn)風(fēng)量11 400 m3/min，現(xiàn)有風(fēng)機(jī)無(wú)法提供保證采掘安全生產(chǎn)的需風(fēng)量。

2) 保證東翼正常接替的需要。根據(jù)采掘工程接替的要求，需布置保證接替的開(kāi)拓掘進(jìn)工作面，如己一下延、己三下延等工程施工，但由于風(fēng)量不足，開(kāi)拓工程無(wú)法開(kāi)工。

3) 實(shí)現(xiàn)采區(qū)分區(qū)通風(fēng)、解決東回風(fēng)井風(fēng)速過(guò)高的問(wèn)題。礦井東翼僅有1個(gè)回風(fēng)井，如果東翼采區(qū)所有的回風(fēng)全由此井筒排出，風(fēng)速均超規(guī)程要求的最高風(fēng)速15 m/s，不滿足規(guī)程要求。

4) 瓦斯治理的需要。隨著開(kāi)采深度的增加，東翼己三采區(qū)深部局部煤層瓦斯含量為19.6 m3/t，瓦斯壓力3.6 MPa。為防止生產(chǎn)過(guò)程中瓦斯超限，需要對(duì)東翼通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，加大瓦斯治理力度。

5) 熱害治理的需要。礦井東翼己組煤底板地溫23.3～44.5°，十三礦東翼開(kāi)采采區(qū)基本位于一級(jí)熱害區(qū)和二級(jí)熱害區(qū)，熱害威脅嚴(yán)重，需要對(duì)東翼通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

4 通風(fēng)系統(tǒng)改造思路

根據(jù)礦井東翼實(shí)際情況，東翼各個(gè)時(shí)期按照正常生產(chǎn)接替均存在不同程度的風(fēng)量缺口，按照東翼正常生產(chǎn)時(shí)生產(chǎn)布局情況，對(duì)東翼需風(fēng)量重新進(jìn)行核算，校核東翼現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)，找出制約礦井東翼通風(fēng)的薄弱環(huán)節(jié)，提出改造思路。

4.1 對(duì)現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行局部改造，擴(kuò)巷降阻，更換風(fēng)機(jī)

東進(jìn)風(fēng)井井筒直徑4.5 m，坐標(biāo)X=3 749 911.992、Y=38 445 539.000，地面標(biāo)高+87.18 m，井底標(biāo)高-203.91 m，為縮短?hào)|翼通風(fēng)路線，降低通風(fēng)阻力，將東進(jìn)風(fēng)井延伸至-512 m標(biāo)高，延伸后深度599 m，作為己一采區(qū)專用回風(fēng)井(改造回風(fēng)井)，井底新做回風(fēng)石門與己一采區(qū)回風(fēng)上山聯(lián)通，將原-200 m進(jìn)風(fēng)石門改為己一采區(qū)回風(fēng)石門，原東回風(fēng)井作為己三采區(qū)專用回風(fēng)井，擴(kuò)修東大巷，解決風(fēng)速超限問(wèn)題。

結(jié)論：巷道擴(kuò)修工程量巨大，東大巷1 850 m巷道需要擴(kuò)修到30 m2左右滿足供風(fēng)要求。東翼作為礦井主要生產(chǎn)區(qū)域，更換風(fēng)機(jī)會(huì)對(duì)正常生產(chǎn)造成較大影響，作為礦井優(yōu)質(zhì)煤生產(chǎn)區(qū)域，經(jīng)濟(jì)損失較大。己一采區(qū)預(yù)計(jì)2020年回采結(jié)束，不能解決己三下延采區(qū)的通風(fēng)問(wèn)題，礦井東翼采區(qū)接替會(huì)脫節(jié)，造成礦井產(chǎn)能大幅下滑。對(duì)現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行局部改造，擴(kuò)巷降阻，更換風(fēng)機(jī)不可行。

4.2 東進(jìn)風(fēng)井延伸，東翼深部新做進(jìn)、回風(fēng)井，同時(shí)對(duì)生產(chǎn)區(qū)域進(jìn)行通風(fēng)布局優(yōu)化

1) 為從根本上解決目前礦井東翼通風(fēng)問(wèn)題，并兼顧深部資源開(kāi)發(fā)，選擇合適位置新建1個(gè)回風(fēng)井。新回風(fēng)井前期擔(dān)負(fù)己三下延采區(qū)通風(fēng)任務(wù)，中期擔(dān)負(fù)己五采區(qū)通風(fēng)任務(wù)，后期擔(dān)負(fù)己五及己七采區(qū)的通風(fēng)任務(wù)。

2) 礦井東翼現(xiàn)有輔助運(yùn)輸系統(tǒng)維持己一、己三采區(qū)生產(chǎn)都比較緊張，部分矸石通過(guò)總部膠帶巷帶式輸送機(jī)運(yùn)輸，影響煤質(zhì)，深部己三下延采區(qū)投產(chǎn)后，根據(jù)瓦斯賦存及礦井深部治理規(guī)劃情況，東翼矸石量將大幅增加，需要在深部新打進(jìn)風(fēng)井，提升礦井的輔助提升能力及進(jìn)風(fēng)需求。

3) 同時(shí)對(duì)現(xiàn)有通風(fēng)格局進(jìn)行優(yōu)化。延伸東風(fēng)井、優(yōu)化相關(guān)通風(fēng)線路，東風(fēng)井前期擔(dān)負(fù)己一下延(己三)采區(qū)通風(fēng)任務(wù)，后期擔(dān)負(fù)己三下延采區(qū)的通風(fēng)任務(wù)。

經(jīng)過(guò)上述分析認(rèn)為思路二可行，現(xiàn)對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行詳細(xì)論述。

5 通風(fēng)系統(tǒng)改造方案

東進(jìn)風(fēng)井延伸，東翼深部新做進(jìn)、回風(fēng)井，同時(shí)對(duì)生產(chǎn)區(qū)域進(jìn)行通風(fēng)布局優(yōu)化

1) 東進(jìn)風(fēng)井延伸。東進(jìn)風(fēng)井井筒直徑4.5 m，將東進(jìn)風(fēng)井由-203.91 m標(biāo)高延伸至-512 m附近位置，延伸深度304.5 m。井底新做進(jìn)風(fēng)巷與己一采區(qū)下車場(chǎng)連接，原-200 m進(jìn)風(fēng)石門改為回風(fēng)石門。

2) 新建進(jìn)風(fēng)井。新建進(jìn)風(fēng)井，井筒直徑8.5 m，井深876.3 m。裝備1套提升設(shè)備，承擔(dān)下料、提升大件、矸石和人員運(yùn)輸?shù)娜蝿?wù)。提升方式為雙罐籠(單層單車)提升，提升容器為3 t固定箱式礦車。如圖1所示。

圖1 新進(jìn)風(fēng)井井筒布置平面(mm)

3) 新建回風(fēng)井。新建回風(fēng)井，井筒直徑7.0 m，井深866 m，井筒內(nèi)無(wú)裝備。

6 通風(fēng)系統(tǒng)改造后風(fēng)量及負(fù)壓

6.1 過(guò)渡期(新進(jìn)、回風(fēng)井貫通前)

在新進(jìn)、回風(fēng)井貫通前，通過(guò)東進(jìn)風(fēng)井延伸，縮短了通風(fēng)路線，-200 m進(jìn)風(fēng)巷改為回風(fēng)巷，增加了回風(fēng)通道，東翼供風(fēng)量由11 400 m3/min增加到12 766 m3/min，東回風(fēng)井工作風(fēng)量由11 731 m3/min增加到13 365 m3/min，負(fù)壓由3 100 Pa降低到2 800 Pa，暫時(shí)緩解了通風(fēng)系統(tǒng)緊張的局面。

6.2 投運(yùn)期(新進(jìn)風(fēng)井貫通后)

通風(fēng)系統(tǒng)改造工程投入運(yùn)行后，東回風(fēng)井擔(dān)負(fù)己一、己三采區(qū)(交替開(kāi)采)回風(fēng)、新回風(fēng)井擔(dān)負(fù)己三下延、己五及己七采區(qū)回風(fēng)。

1) 東回風(fēng)井系統(tǒng)：前期需風(fēng)量(己一、己三采區(qū)交替開(kāi)采)：173 m3/s，負(fù)壓：2 250 Pa；中期需風(fēng)量(己三下延采區(qū)后期開(kāi)采)：167 m3/s，負(fù)壓：2 811 Pa。

2) 新回風(fēng)井系統(tǒng)：前期需風(fēng)量(己三下延采區(qū)投產(chǎn))：164 m3/s，負(fù)壓：1 738 Pa；中期需風(fēng)量(己五采區(qū)投產(chǎn))：156 m3/s，負(fù)壓：1 241 Pa；后期需風(fēng)量(己五、己七采區(qū)同采)：324 m3/s，負(fù)壓：2 049 Pa。

己三下延采區(qū)回采結(jié)束后，己七采區(qū)投產(chǎn)，東風(fēng)井關(guān)閉。進(jìn)風(fēng)井投運(yùn)后，滿足礦井通風(fēng)要求，礦井通風(fēng)系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。

7 結(jié) 語(yǔ)

平煤股份十三礦東翼通風(fēng)系統(tǒng)改造工程除解決了東翼己一(及己一下延)采區(qū)、己三采區(qū)通風(fēng)問(wèn)題，還為東翼深部資源開(kāi)發(fā)提供了輔助運(yùn)輸、通風(fēng)、排水等系統(tǒng)，奠定了未來(lái)二十年內(nèi)東翼深部資源開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)。工程完工后新回風(fēng)井掛網(wǎng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了東翼采區(qū)分區(qū)通風(fēng)，解決了礦井東翼通風(fēng)能力不足的問(wèn)題，為礦井東翼瓦斯治理工程及深部延伸工程的施工創(chuàng)造了有利條件，對(duì)穩(wěn)定礦井規(guī)模，保持礦井持續(xù)、安全生產(chǎn)有積極意義。

該項(xiàng)目通過(guò)對(duì)十三礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化思路、改造方案進(jìn)行分析研究，并模擬方案實(shí)施后的實(shí)際效果，總結(jié)出了平煤股份其他類似大采深突出礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化可行方法，可推廣應(yīng)用在條件類似的礦井中。