金芝緯
(大同煤礦集團華盛虎峰煤業(yè)有限公司,山西 運城 043300)
晉華宮礦是大同煤礦集團有限責任公司下屬的國有大型礦井之一,位于大同市以西12.5 km處,居大同煤田東北端,與舉世聞名的云岡石窟隔河相望,地理位置優(yōu)越,交通便利。
晉華宮礦是一個多井口的大型礦井,礦井井田位于大同煤田東北邊緣,井田面積約為41 km2,由馬武山井、晉華宮大井、南山井組成。馬武山井因資源枯竭原因于1985年10月報廢;晉華宮大井于1957年投產,原設計生產能力為0.9 Mt/a,歷經多次擴建,核定生產能力為3.15Mt/a;南山井利用云岡礦報廢井口進行改造,1971年開工建設,1973年投產,歷經多次改造,核定生產能力為1.2 Mt/a。晉華宮礦歷年瓦斯等級鑒定結果為低瓦斯礦井。
晉華宮礦大井劃分為兩個水平開采,一水平為斜井開拓,二水平為主斜井-副立井混合開拓方式,礦井現主要開采水平為二水平(+870 m水平),2011年,晉華宮礦大井主要開采煤層為7-3#、7-4#、11#、12-3#共四個煤層,共劃分為三個生產采區(qū)和一個接續(xù)采區(qū),生產采區(qū)分別為大井河南區(qū)域12-3#層301采區(qū)、河北區(qū)域7-3#層307采區(qū)、河北11#層307采區(qū);接續(xù)采區(qū)為河北7-4#層307采區(qū)。大井現有三個綜采工作面,8個掘進工作面 (其中有兩個機掘工作面)。
晉華宮礦大井通風方式為混合分區(qū)式,通風方法為機械抽出式,目前共有七個進風井,三個回風井;進風井分別為主斜井、副斜井、副立井、行人井、中一區(qū)斜井、北二斜井、北三立井,回風井分別為麻村風井、榆澗風井和中央風井。其中大井河北區(qū)域由麻村風井和榆澗風井擔負供風,大井河南區(qū)域主要由中央風井擔負供風任務,大井河南區(qū)域主要生產盤區(qū)為12-3#層301盤區(qū),盤區(qū)布置有1個綜采工作面,4個掘進工作面。中央風井裝有2K58II№28型主通風機兩臺,一臺運轉,一臺備用,風井總回風量為7548 m3/min,通風負壓為2303 Pa,主通風機排風量7880 m3/min,已達到最大通風能力。該主通風機自安裝使用至今,因使用年限長,機體銹蝕嚴重、機型技術落后,且效率低、耗能高、噪音大、維護困難,存在較大安全隱患。
考慮到晉華宮礦大井開采向縱深進一步發(fā)展,中央風井主通風機擔負河南區(qū)域12-3#層301盤區(qū)新增采掘隊組、盤區(qū)產量進一步提升,區(qū)域需風量增大的要求,為解決中央風井主通風機擔負大井河南區(qū)域通風路線長,巷道通風阻力大,盤區(qū)深部風量衰減嚴重,部分進風、回風巷道內風速超限、主通風機運行負荷加大的問題,必須對中央風井通風系統進行改造,對中央風井主通風機予以升級改造,保障礦井安全生產。
通過對晉華宮礦中央風井場地多次進行現場踏勘,針對該場區(qū)舊有主通風機正在運行,場地面積有限,地面現有在建辦公樓及舊有通風機房、壓風機房等建筑存在的問題,對中央風井場地重新進行了整體規(guī)劃;經過對多種方案仔細分析、比選、研究和論證,最終確定了最為經濟實用的合理化方案,即在不影響現有中央風井舊主通風機正常運轉使用、保障礦井安全生產的前提下,在中央風井垂直風井舊風硐一側施工新風硐,安裝新主通風機,完美解決新、舊主通風機更換的關系,最終解決晉華宮礦大井河南區(qū)域生產盤區(qū)用風困難的問題。關鍵技術方案如下:
1)在保證晉華宮礦中央風井現有舊有主通風機持續(xù)運轉,最小限度影響礦井井下現有正常生產的前提下,平面位置垂直中央風井舊風硐施工主風硐(新風硐),主風硐(新風硐)與中央風井原有風硐段對接(原有風硐段為早期形成,巷道斷面較小,長度約為5~6 m),主風硐傾角45°,設計凈斷面16.1 m2,長度27.2 m,采用C30鋼筋混凝土砌碹支護;由于對接原有風硐段斷面較小,因此同時施工輔助風硐以解決風硐風速超限問題,設計輔助風硐傾角1°左右,設計凈斷面12.3 m2,長度18.2 m,采用C30鋼筋混凝土砌碹支護。
本次研究方案,為保證工程施工時不影響礦井正常生產,在輔助風硐與中央風井原有舊風硐接口位置、新掘主風硐與中央風井井筒接口位置分別預留3 m間距,先進行主風硐和輔助風硐的施工,當兩者均施工到位后,按制定的相關安全技術措施將中央風井服務區(qū)域作業(yè)人員全部撤出地面,停止主要通風機運轉,再當班完成中央風井原有主風硐與輔助風硐、新掘主風硐與中央風井井筒的對接。同時砌筑永久密閉墻對中央風井舊風硐進行隔絕封閉。中央風井風硐布置平面見圖1。
同時對晉華宮礦大井河南區(qū)域301盤區(qū)井下通風系統作進一步的優(yōu)化:對部分回風巷道雜物、浮矸進行清理,對部分回風巷補打錨桿、錨索,架工字鋼棚加強支護,對部分回風巷斷面進行刷大改造,刷大巷道長度合計約為460 m,解決了河南區(qū)域回風巷風速超限問題,進一步降低了區(qū)域通風阻力,保證了礦井正常生產銜接接替要求,保障了礦井安全生產。
2)經過比選,中央風井主要通風機新選擇AGF606-2.82-1.58-2型軸流通風機2臺,1臺工作,1臺備用,異步電機型號為Y6302-8型,電機功率1250 kW,電壓6 kV,礦井通風機前、后期靜壓效率達74%~85%,節(jié)能效果好。通風機采用先進、可靠的傳感器及計算機技術實現了主通風機性能及狀態(tài)的在線實時監(jiān)測。能夠滿足晉華宮礦大井河南區(qū)域井下生產風量要求。
3)經過多次現場考察,對已有中央風井工業(yè)場地進行整體規(guī)劃,結合地勢、地形合理布置中央風井新主風硐、輔助風硐、地面風道、新建通風機房、配電室等建(構)筑物,拆除、優(yōu)化、集中整合利用部分小型建筑物,整修場內道路,盡量減少土石方工程量和基礎工程費用;整體設計經濟合理,有利生產、方便生活,便于管理。
1)中央風井通風系統改造方案在最小限度影響礦井正常生產的前提下,克服現有風井場地平面空間狹小,地下已有舊風硐等通風建構筑設施情況不甚明朗的特點,精心進行設計,合理規(guī)劃,中央風井新施工一條主風硐和一條輔助風硐,并在施工過程中很好地解決了井下新、舊風硐對接,新、舊主通風機安裝,新、舊地面配套系統替換等一系列問題,本次改造于2012年底完成后,中央風井總回風量增加為9648 m3/min,而通風負壓僅為2350 Pa,解決了礦井大井河南區(qū)域風量緊張、局部通風阻力大的問題,為礦井產能的進一步提升提供了有力的保證,保障了礦井的安全生產。
2)新選中央風井通風機能夠在生產過程中掌握主通風運行參數和狀態(tài),通風機電動機具有電壓、電流、功率、風量、風速、負 壓、效率、振動、電動機定子和軸承溫度監(jiān)測,且溫度超限時報警;監(jiān)測系統可動態(tài)顯示運轉風機的風量、負壓、效率曲線,具有故障自診斷功能。改變了傳統的設備管理方式,提高了主通風機設備的自動化管理水平,有力地保證了主通風機設備的經濟、可靠運行。
3)利用中央風井場地現有地面空間,新建主通風機房、配電室等地面建(構)筑物,結構緊湊,布局合理,在滿足基本生產及工藝要求的同時,節(jié)約了大量資金。
晉華宮礦中央風井通風系統改造后,在滿足晉華宮礦大井河南區(qū)域風量使用要求的同時,有效地解決了部分回風巷風速超限問題,進一步降低區(qū)域通風阻力,保證了礦井正常銜接接替和穩(wěn)產增效要求,保障了礦井安全生產。