馬俊輝,李白鶴,王永輝
(平頂山平煤設計院有限公司,河南 平頂山 467000)
礦井通風系統(tǒng)是礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分,礦井通風系統(tǒng)的優(yōu)劣好壞,直接影響著礦井的生產(chǎn)、災害防治、經(jīng)濟效益。建立完善、合理的礦井通風系統(tǒng)是礦井安全生產(chǎn)和提高效益的基本保證。
本項目通過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系統(tǒng)的方法,并應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。為解決東翼通風負壓過高,部分巷道風速過大的問題,提高礦井安全可靠程度,同時為加大瓦斯治理力度,緩解高地溫影響,實現(xiàn)東翼采區(qū)分區(qū)通風,需要對礦井東翼通風系統(tǒng)進行改造。以此保證礦井產(chǎn)能穩(wěn)定,創(chuàng)造良好的社會和經(jīng)濟效益。
根據(jù)礦井東翼生產(chǎn)接替要求及采區(qū)接替安排,東翼用風量大致分為四個階段(按照保證正常接替進行配風):
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)同步開采,最大風量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個回采工作面(己15、己16-17面各一個)生產(chǎn),東翼1個工作面,現(xiàn)有東翼通風系統(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單翼采區(qū)交替回采,礦井東翼保持2個綜采工作面同時生產(chǎn)??傂栾L量337 m3/s,即20 220 m3/min。其中己一下延與己三采區(qū)需風量173 m3/s,己三下延采區(qū)需風量164 m3/s。
3) 礦井東翼采區(qū)中期:2036年至2038年。此時己三采區(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)開始投產(chǎn),與己三下延采區(qū)同時期布置生產(chǎn),礦井東翼保持2個綜采工作面同時生產(chǎn)??傂栾L量323 m3/s,即19 380 m3/min。其中己三下延采區(qū)需風量167 m3/s,己五采區(qū)需風量156 m3/s。
4) 礦井東翼采區(qū)后期:2039年至2048年。此時己三下延采區(qū)回采結(jié)束,其接替采區(qū)己七采區(qū)開始投產(chǎn),己五采區(qū)同時期布置生產(chǎn),礦井東翼繼續(xù)保持2個綜采工作面同時生產(chǎn)。總需風量324 m3/s,即19 440 m3/min。其中己五采區(qū)需風量164 m3/s,己七采區(qū)需風量160 m3/s。
上述計算結(jié)果與東翼主要通風機最大通風能力(實際總進風量11 400 m3/min)相比:礦井東翼采區(qū)前期總需風量存在8 820 m3/min的缺口;中期總需風量存在7 980 m3/min的缺口;后期總需風量存在8 040 m3/min的缺口。由此可見,礦井東翼通風能力存在不足,不能滿足未來東翼正常生產(chǎn)接替要求。
1) 解決礦井東翼通風能力不足的需要。東回風井風機目前風葉角度0°,排風量11 731 m3/min,負壓3 100 Pa,實際總進風量11 400 m3/min,現(xiàn)有風機無法提供保證采掘安全生產(chǎn)的需風量。
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拓掘進工作面,如己一下延、己三下延等工程施工,但由于風量不足,開拓工程無法開工。
3) 實現(xiàn)采區(qū)分區(qū)通風、解決東回風井風速過高的問題。礦井東翼僅有1個回風井,如果東翼采區(qū)所有的回風全由此井筒排出,風速均超規(guī)程要求的最高風速15 m/s,不滿足規(guī)程要求。
4) 瓦斯治理的需要。隨著開采深度的增加,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)過程中瓦斯超限,需要對東翼通風系統(tǒng)進行改造,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°,十三礦東翼開采采區(qū)基本位于一級熱害區(qū)和二級熱害區(qū),熱害威脅嚴重,需要對東翼通風系統(tǒng)進行優(yōu)化。
根據(jù)礦井東翼實際情況,東翼各個時期按照正常生產(chǎn)接替均存在不同程度的風量缺口,按照東翼正常生產(chǎn)時生產(chǎn)布局情況,對東翼需風量重新進行核算,校核東翼現(xiàn)有通風系統(tǒng),找出制約礦井東翼通風的薄弱環(huán)節(jié),提出改造思路。
東進風井井筒直徑4.5 m,坐標X=3 749 911.992、Y=38 445 539.000,地面標高+87.18 m,井底標高-203.91 m,為縮短東翼通風路線,降低通風阻力,將東進風井延伸至-512 m標高,延伸后深度599 m,作為己一采區(qū)專用回風井(改造回風井),井底新做回風石門與己一采區(qū)回風上山聯(lián)通,將原-200 m進風石門改為己一采區(qū)回風石門,原東回風井作為己三采區(qū)專用回風井,擴修東大巷,解決風速超限問題。
結(jié)論:巷道擴修工程量巨大,東大巷1 850 m巷道需要擴修到30 m2左右滿足供風要求。東翼作為礦井主要生產(chǎn)區(qū)域,更換風機會對正常生產(chǎn)造成較大影響,作為礦井優(yōu)質(zhì)煤生產(chǎn)區(qū)域,經(jīng)濟損失較大。己一采區(qū)預計2020年回采結(jié)束,不能解決己三下延采區(qū)的通風問題,礦井東翼采區(qū)接替會脫節(jié),造成礦井產(chǎn)能大幅下滑。對現(xiàn)有通風系統(tǒng)進行局部改造,擴巷降阻,更換風機不可行。
1) 為從根本上解決目前礦井東翼通風問題,并兼顧深部資源開發(fā),選擇合適位置新建1個回風井。新回風井前期擔負己三下延采區(qū)通風任務,中期擔負己五采區(qū)通風任務,后期擔負己五及己七采區(qū)的通風任務。
2) 礦井東翼現(xiàn)有輔助運輸系統(tǒng)維持己一、己三采區(qū)生產(chǎn)都比較緊張,部分矸石通過總部膠帶巷帶式輸送機運輸,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,需要在深部新打進風井,提升礦井的輔助提升能力及進風需求。
3) 同時對現(xiàn)有通風格局進行優(yōu)化。延伸東風井、優(yōu)化相關(guān)通風線路,東風井前期擔負己一下延(己三)采區(qū)通風任務,后期擔負己三下延采區(qū)的通風任務。
經(jīng)過上述分析認為思路二可行,現(xiàn)對優(yōu)化方案進行詳細論述。
東進風井延伸,東翼深部新做進、回風井,同時對生產(chǎn)區(qū)域進行通風布局優(yōu)化
1) 東進風井延伸。東進風井井筒直徑4.5 m,將東進風井由-203.91 m標高延伸至-512 m附近位置,延伸深度304.5 m。井底新做進風巷與己一采區(qū)下車場連接,原-200 m進風石門改為回風石門。
2) 新建進風井。新建進風井,井筒直徑8.5 m,井深876.3 m。裝備1套提升設備,承擔下料、提升大件、矸石和人員運輸?shù)娜蝿铡L嵘绞綖殡p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 新進風井井筒布置平面(mm)
3) 新建回風井。新建回風井,井筒直徑7.0 m,井深866 m,井筒內(nèi)無裝備。
在新進、回風井貫通前,通過東進風井延伸,縮短了通風路線,-200 m進風巷改為回風巷,增加了回風通道,東翼供風量由11 400 m3/min增加到12 766 m3/min,東回風井工作風量由11 731 m3/min增加到13 365 m3/min,負壓由3 100 Pa降低到2 800 Pa,暫時緩解了通風系統(tǒng)緊張的局面。
通風系統(tǒng)改造工程投入運行后,東回風井擔負己一、己三采區(qū)(交替開采)回風、新回風井擔負己三下延、己五及己七采區(qū)回風。
1) 東回風井系統(tǒng):前期需風量(己一、己三采區(qū)交替開采):173 m3/s,負壓:2 250 Pa;中期需風量(己三下延采區(qū)后期開采):167 m3/s,負壓:2 811 Pa。
2) 新回風井系統(tǒng):前期需風量(己三下延采區(qū)投產(chǎn)):164 m3/s,負壓:1 738 Pa;中期需風量(己五采區(qū)投產(chǎn)):156 m3/s,負壓:1 241 Pa;后期需風量(己五、己七采區(qū)同采):324 m3/s,負壓:2 049 Pa。
己三下延采區(qū)回采結(jié)束后,己七采區(qū)投產(chǎn),東風井關(guān)閉。進風井投運后,滿足礦井通風要求,礦井通風系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠。
平煤股份十三礦東翼通風系統(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)通風問題,還為東翼深部資源開發(fā)提供了輔助運輸、通風、排水等系統(tǒng),奠定了未來二十年內(nèi)東翼深部資源開發(fā)的基礎。工程完工后新回風井掛網(wǎng)運行,實現(xiàn)了東翼采區(qū)分區(qū)通風,解決了礦井東翼通風能力不足的問題,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。
該項目通過對十三礦通風系統(tǒng)優(yōu)化思路、改造方案進行分析研究,并模擬方案實施后的實際效果,總結(jié)出了平煤股份其他類似大采深突出礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化可行方法,可推廣應用在條件類似的礦井中。