北嶺煤業(yè)礦井通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整方案的優(yōu)選與實(shí)踐

劉義孟

（平朔集團(tuán)有限公司，山西 朔州 036002）

1 礦井基本情況

北嶺煤業(yè)位于山西省朔州市，在寧武煤田西北部。井田地形、地貌基本上北高南低，坡度較緩，最高點(diǎn)位于井田的中北部，標(biāo)高為1380.0m，最低點(diǎn)位于井田的南界邊緣，標(biāo)高為1250.0m，相對(duì)高差為130m左右。一般地形高差在50～80m之間，屬緩坡黃土丘陵地貌。氣溫年平均4.8～8.6C°，最高氣溫曾達(dá)37 C°，最低氣溫為-32.4 C°，冬季寒冷而漫長(zhǎng)，夏季炎熱而短暫，溫差大為其特點(diǎn)。2009年平朔集團(tuán)公司對(duì)其進(jìn)行了兼并重組，兼并后對(duì)礦井進(jìn)行技術(shù)改造，核定生產(chǎn)能力由0.15Mt/a提升至0.9Mt/a，可采煤層有4#、9#和11#，批準(zhǔn)開采煤層為4#煤層，采用綜采放頂煤生產(chǎn)工藝。原礦方有三條井筒，輔助運(yùn)輸采用絞車，主要運(yùn)輸采用1.0m皮帶；兼并重組后輔助運(yùn)輸方式改為無(wú)軌膠輪車，新開拓輔運(yùn)運(yùn)輸斜井一條：副平硐，斷面20.13m2。四條井筒中，舊副斜井、主斜井和新副平硐進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)斜井回風(fēng)。各井筒參數(shù)見表1。

表1 井筒參數(shù)表

2 礦井通風(fēng)概況

礦井通風(fēng)方式為中央并列式，通風(fēng)方法為抽出式，回風(fēng)斜井安裝2臺(tái)FBCDZ-NO.24型軸流式通風(fēng)機(jī)，電機(jī)功率2×132kW。 北嶺煤業(yè)有工作面（停產(chǎn)）1個(gè)、備用面1個(gè)、硐室5個(gè)、獨(dú)立用風(fēng)巷道2個(gè)，礦井總進(jìn)風(fēng)量為59.2m3/s，其中主斜井進(jìn)風(fēng)量為7.35m3/s、副斜井進(jìn)風(fēng)量為17.1m3/min、副平硐進(jìn)風(fēng)量為34.75m3/s，風(fēng)機(jī)排風(fēng)量為60.2m3/s，主通風(fēng)機(jī)靜壓580Pa，各地點(diǎn)額定需風(fēng)及實(shí)際風(fēng)量見表2。

表2 北嶺煤業(yè)供風(fēng)及實(shí)測(cè)風(fēng)量表

2015年礦井瓦斯等級(jí)鑒定結(jié)果為：CH4絕對(duì)涌出量0.77m3/min，CO2絕對(duì)涌出量為1.64m3/min，為低瓦斯礦井；煤層有自燃傾向性，自然發(fā)火等級(jí)為Ⅱ級(jí)，自然發(fā)火期為3～6個(gè)月；4#煤層具有煤塵爆炸危險(xiǎn)性。

3 礦井技改投產(chǎn)后需風(fēng)量

礦井技改結(jié)束轉(zhuǎn)為生產(chǎn)礦井后，按照核定生產(chǎn)能力和采掘接續(xù)計(jì)劃，將布置2個(gè)采煤工作面，一采一備，布置3個(gè)掘進(jìn)工作面，二掘一備，其他用風(fēng)地點(diǎn)不變，屆時(shí)礦井需風(fēng)量預(yù)測(cè)結(jié)果如表3所示。

4 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造的必要性

（1）根據(jù)實(shí)測(cè)，回風(fēng)斜井風(fēng)速達(dá)7.73m/s，已接近《煤礦安全規(guī)程》允許的最高風(fēng)速8.0m/s。礦井改擴(kuò)建后，回風(fēng)斜井風(fēng)速預(yù)計(jì)為14.5m/s，將嚴(yán)重超速。作為安全通道的回風(fēng)斜井，不符合《煤礦安全規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定，不利于井下工作人員在發(fā)生災(zāi)害時(shí)通過(guò)回風(fēng)斜井撤離升井。

（2）回風(fēng)斜井通風(fēng)阻力計(jì)算：

式中：

hf-通風(fēng)阻力，Pa；

Rf-摩擦風(fēng)阻，Ns2/m8；

Q-風(fēng)量，m3/s；

α- 摩擦阻力系數(shù)，(kg·s2/m4)；

L-井筒或巷道長(zhǎng)度，m；

U-井筒或巷道周長(zhǎng)，m；

S-井筒或巷道斷面積，m2。

回風(fēng)斜井通風(fēng)阻力為79.8Pa，占礦井通風(fēng)系統(tǒng)總阻力的13.8%?？梢娀仫L(fēng)斜井受其斷面小、摩擦阻力系數(shù)大等因素影響，通風(fēng)阻力集中問(wèn)題突出，回風(fēng)斜井已成為礦井通風(fēng)系統(tǒng)的瓶頸[3]，嚴(yán)重消耗礦井通風(fēng)動(dòng)力，制約礦井安全生產(chǎn)。

（3）技改結(jié)束后，礦井向深水平9#煤層延伸時(shí)，通風(fēng)路線延長(zhǎng)，通風(fēng)阻力增大，主通風(fēng)機(jī)為各工作面等用風(fēng)地點(diǎn)供風(fēng)壓力增大，亟需進(jìn)行礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整[4]，以保證礦井風(fēng)量充足，供風(fēng)穩(wěn)定。

表3 北嶺煤業(yè)技改完成礦井需風(fēng)量表[2]

5 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案

5.1 優(yōu)化方案選擇

根據(jù)礦井實(shí)際情況并經(jīng)多方研究，初步擬定了2套通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案。

方案Ⅰ：根據(jù)表3，為保證回風(fēng)斜井風(fēng)速不超過(guò)8.0m/s，其斷面應(yīng)在13.6m2以上，因此在不改變各井筒功能的前提下，將現(xiàn)用回風(fēng)斜井?dāng)嗝嫠U(kuò)至14.5m2。

方案Ⅱ：合理安排現(xiàn)有4條井筒的用途，將舊副斜井改為回風(fēng)斜井，現(xiàn)回風(fēng)斜井調(diào)整為進(jìn)風(fēng)井。對(duì)兩種方案的經(jīng)濟(jì)性、安全性及操作性等方面進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)分析，結(jié)果如表4所示。

表4 礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案優(yōu)選分析

通過(guò)對(duì)上述兩種方案進(jìn)行綜合分析，雖然方案Ⅱ成本比方案Ⅰ高出20.1萬(wàn)元，但方案Ⅰ施工過(guò)程中嚴(yán)重威脅主通風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行，因此該礦決定采取方案Ⅱ。

調(diào)整前通風(fēng)系統(tǒng)見圖1。

圖1 調(diào)整前礦井通風(fēng)系統(tǒng)圖

5.2 方案實(shí)施

5.2.1 前期準(zhǔn)備工作

（1）在地面施工主通風(fēng)機(jī)房、風(fēng)硐及風(fēng)道，井下掘進(jìn)總回風(fēng)聯(lián)巷，并與舊副斜井貫通；

（2）總回風(fēng)聯(lián)巷內(nèi)安裝2道臨時(shí)調(diào)節(jié)設(shè)施，防止舊副斜井與回風(fēng)大巷風(fēng)流短路；

（3）回風(fēng)斜井安全通道內(nèi)拆除正反風(fēng)門，新建1道370mm調(diào)節(jié)墻，調(diào)節(jié)窗規(guī)格為600×800mm，作為后期控制回風(fēng)斜井風(fēng)量的設(shè)施；

（4）舊副斜井井底新建1道370mm調(diào)節(jié)墻，調(diào)節(jié)窗規(guī)格為1200×2000mm，控制輔運(yùn)進(jìn)風(fēng)大巷與舊副斜井的風(fēng)量；

（5）回風(fēng)斜井及舊副斜井井口各設(shè)置1道臨時(shí)板墻，拆除防爆門時(shí)臨時(shí)控制井筒風(fēng)流。

5.2.2 主通風(fēng)機(jī)挪移

（1）將一臺(tái)主通風(fēng)機(jī)挪移至舊副斜井，停止回風(fēng)斜井主通風(fēng)機(jī)運(yùn)行；

（2）拆除總回風(fēng)聯(lián)巷內(nèi)2道臨時(shí)調(diào)節(jié)，開啟舊副斜井主通風(fēng)機(jī)；

（3）原回風(fēng)斜井與舊副斜井聯(lián)巷內(nèi)新建2道正反調(diào)節(jié)風(fēng)門，風(fēng)門規(guī)格為800×1800mm；

（4）拆除回風(fēng)井口防爆門，封閉其風(fēng)道。

5.2.3 后續(xù)調(diào)整工作

（1）舊副斜井井口安裝防爆門，拆除其井口臨時(shí)板墻；

（2）封閉回風(fēng)斜井安全通道；

（3）封閉301回風(fēng)巷，簡(jiǎn)化通風(fēng)系統(tǒng)，調(diào)整后礦井通風(fēng)系統(tǒng)圖,見圖2。

圖2 調(diào)整后礦井通風(fēng)系統(tǒng)圖

6 優(yōu)化改造結(jié)果分析

調(diào)整后實(shí)測(cè)新回風(fēng)斜井風(fēng)速3.97m/s，負(fù)壓460Pa，根據(jù)表1相關(guān)參數(shù)計(jì)算新回風(fēng)斜井通風(fēng)阻力為9.2Pa。在達(dá)到設(shè)計(jì)采掘部署后，礦井總風(fēng)量預(yù)計(jì)為108.7m3/s，屆時(shí)回風(fēng)斜井風(fēng)速為7.30m/s，通風(fēng)阻力31Pa，風(fēng)量滿足正常生產(chǎn)需求，消除了通風(fēng)系統(tǒng)瓶頸，優(yōu)化效果明顯。