高瓦斯矿井建井期间安全高效通风技术.doc

高瓦斯矿井建井期间安全高效通风技术 在新元矿基本建设中的应用 张爱科 黄振宇 阳泉煤业（集团）有限责任公司 二〇〇七年五月十日 高瓦斯矿井建井期间安全高效通风技术 在新元矿基本建设中的应用 张爱科 黄振宇 摘 要 新元矿井3煤瓦斯赋存高且有突出可能，建井期间又遇到通风安全与提升速度相矛盾的现实问题。为加快建设进度，在该矿采用地面设置临时风机，大直径玻璃钢管道作回风系统的技术，解决了上述矛盾，取得较好的经济社会效益。 关键词 高瓦斯 建井 通风技术 中图分类号 TD724.6 1、新元矿地质瓦斯条件及存在的问题 矿井设计生产能力确定为一期3Mt/a，二期6Mt/a。井田内煤层赋存平缓，一般3～6，多为5以下，属近水平煤层。根据煤炭科学研究总院抚顺分院2003年11月编制阳泉煤业（集团）有限责任公司新元煤矿矿井瓦斯危险程度预测及工作面瓦斯治理措施，为高瓦斯矿井。根据相邻矿井地质报告资料，3号煤层有突出危险，井田内背向斜的轴部及倾伏端交汇处，煤层厚度变化大的部位及顶板冲刷区域等均是瓦斯突出的危险区段，两者或两者以上因素重合部位更为危险。 矿井采用斜井开拓，中央并列式。矿井移交生产及达到设计生产能力时，共布置4个井筒，即主斜井、副斜井、中央进风立井、中央回风立井。建井期间，没有专用回风井，中央进风立井、中央回风立井同时负担提升、通风任务。永久通风机投入前需进行大量的井底附近巷道、主运巷、总回风、采区上山及工作面顺槽，在多头掘进条件下，矿井的提升和通风能力非常困难。 2、针对现有技术存在的问题采取的安全高效通风技术 2.1方案提出 新元矿作为年产600万吨的高瓦斯特大型矿井，存在瓦斯涌出量大据地质勘探资料，主采的3号煤层具有煤与瓦斯突出危险性等通风与安全问题，并成为制约矿井建设的一个重要问题。新元矿井设计4个井筒，一期工程施工期间仅有4个井筒工作地点，供风距离也限于500米以内，需风量仅2000立方米／分钟左右即可满足要求。二、三期工程，井底车场、大巷、火药库等施工地点逐渐增多至12个以上，需风量增大至7600立方米／分钟，开掘距离不断增大至1000米以上。这个阶段最突出的问题为1通风困难，仅靠四个井筒局扇风筒压入式通风，多局扇巨扇群多风筒送风又为煤矿安全规程所禁止。2安全保障程度低，压入式通风造成巷道及井筒全部处于污风流中，炮后瓦斯浓度可能超过规定限度，存在隐患。3生产工序复杂，劳动效率低。新元矿具有煤与瓦斯突出危险性，按规定每次放炮前，一个地点放炮须将受影响区域人员全部撤至新鲜风流中，井下全部为污风流，故须撤至井上。频繁的放炮撤人造成多个施工地点相互影响、施工效率低下。 为了解决上述问题，本项目在比较了多个通风方案后（见下表），采取在地面安设一台临时主要通风机代替地面多台局扇，中央进、回风立井分别安装两趟大直径Ф1200mm管道作为回风通道的全负压通风系统，变压入式通风为抽出式通风的技术，矿井供风能力达8000立方米／分钟以上。采用该项通风技术后，通风能力满足了15个开拓掘进头同时工作的需要；放炮前撤人至井下回风管道吸风口以外新鲜风流中即可，提高了安全保障程度；井下回风管道可随着井巷向前掘进而延伸，大幅度地降低了人员的撤人、升井、入井距离和时间，提高工效达3倍以上。 技术性能 方案一 管路系统 方案二 井口封闭 方案三 井底风机 方案四 专用风井 通风方式 全负压 一井筒在回风流中 一井筒在回风流中 全负压 通风量 m3/min 8000 7000 5000 10000-15000 通风阻力 mmH2O 300-400 150-200 130-200 100-200 电机 kw 500-600 400 350 280-400 提升能力 m/月 1600 1000 1000 2000 反风能力 可反风 不能反风 不能反风 可以反风 与主扇切换能力 影响 影响 影响 不影响 安全评价 高，适合高瓦斯矿井建设 中，适用低瓦斯矿井 低，不适合大型矿井建设 最高，适合双突矿井和高瓦斯矿井 ㈡、方案的实施及效果 1、玻璃钢风管临时通风系统 在地面安装一台对旋轴流式临时主扇，简易的风机房留圆形孔连接玻璃钢风管。由于受井筒直径7m以及井筒内提升设备与风管的安全距离限制，确定安装每个井筒安装两趟风管，根据矿井总通风断面，管路选取直径1200mm。中央进、回风立井分别安装两趟大直径管道，管道安装在井筒两壁，管材选用内表面光滑、质量轻、易安装的玻璃钢管道。玻璃钢管道用作建井期间的回风道，连接至井下污风汇集巷道处，从而形成以下的通风系统新鲜风流从地面中央进风井回风井一一井下巷道一一局扇一一工作面，污风巷道一一玻璃钢回风管道一一地面临时主扇。（见下图） 临时主扇BDK-II-8-NO．26，电机功率280*2KW；建井完成后可继续用作其它矿井使用。玻璃钢风管直径1200mm，壁厚18mm、15mm，承受负压能力7000mmH20；建井完成后可继续用作矿井瓦斯抽放管路使用。通风方式实现了全负压通风，通风量8000m’／min，可满足15台局扇同时用风的需要。管道连接方式插接式，接头处安装两个皮圈。管道安装形式悬挂式和支撑式。 对管道的阻力计算方面由以下公式进行 H（ΔLQc2）/（KD5） 式中Δ瓦斯对空气的相对比重（1-0.004466CV）。 L瓦斯管道长度m Qc混合量m3/h K不同管径的系数 0.71（超过150mm时取值为0.71） D管道直径cm H[15006060252]/ （0.71 1205） [15008100000000]/ （24883200000） 163mmH2O风量按照总配风量6000m3/min,一趟管道通风1500m3/min，管道按照1200mm选取） H[1560606020.832]/ （0.71 1205） [15605623200144]/ （24883200000） 112.5mmH2O（风量按照总配风量5000m3/min,一趟管道通风1250m3/min，管道按照1200mm选取） 通过计算与采用磨擦阻力系数公式所计算数据相等，按照总配风量6000m3/min时，每趟管道过风按1500m3/min计算时，管道阻力为163mmH 2O，管道内风速为22.65m/s；按照总配风量5000m3/min时，每趟管道过风按1250m3/min计算时管道阻力为112.5mmH 2O，管道内风速为18.43m/s。 2、临时通风系统实施情况 1）、2004年6月新元矿井安装玻璃钢风管、临时主扇，在进风井安装两趟玻璃钢风管，进风井顺井壁东西两侧各安装一趟，立井共安装管道1050m；在回风立井安装两趟玻璃钢风管，回风井沿风井一侧安装两趟玻璃钢风管，安装管道1040m。 进风立井两趟管道出井后连接三通变为四趟玻璃钢风管连接120m与临时风机房接通；回风井两趟管道出井后连接三通变四趟管道连接80m与临时风机房接通。地面共安装八趟直径1200mm管道。 井下管道分别在中央进、回风井井底南北侧变为八趟。进风井井底管道出井底后分南北两侧延伸，在南侧连接三通接两趟管道延伸80m，在北侧连接三通接两趟管道延伸40m。回风井管道出井底后分南北两侧延伸，在南、北侧分别接三通后接两趟管道延伸50m。局部通风机安装在井底排风管出口外的进风流中，从而形成全风压的通风系统。 通过以上系统调节，建立了以立井四趟直径1200mm、井上、下各八趟1200mm的假回风系统。2004年7月15日，临时主扇开启，停止地面局扇供风。 临时主扇投用后风量的风机参数 电压 功率 水柱 井下风量 风机出风量 10KV 280*2kw 265mmH2O 8000m3/min 8300 m3/min 临时主扇投用后，井下测定最大风量8000 m3/min，风机房测定水柱265mmH2O,大直径风管临时通风系统投用，实现了井下全负压通风，结束了地面局扇供风，提高了矿井建设的通风能力，井下风量保障了15个以上掘进头的施工。 初期进风井井底南北两侧共安装局扇8台，回风井井底南北两侧安装局扇5台，随着井底巷道全部形成，主攻头集中胶带巷、集中辅助运输巷供风距离远，回风井在井底南车场延伸管道到东西两侧，增加两台局扇。 2）、井下通风系统变化 ①、随着井下巷道掘进，井下巷道形成系统，供风距离最远的增加到1600m，必须进行井下通风系统的调节，减小风机集中安装带来的供风不利因素，在2005年5月对进、回风井井下通风系统调节，回风井井底南侧玻璃钢风管安装在专用东回风联巷内，进风井风管通过与东回风联巷施工的立眼与东回风联巷接通，从而形成了井下300米东回风联巷的专用回风巷。两井形成公共回风系统，通风系统实现了互相调节。全风压新鲜风流巷道增加，顺槽掘进实现了两进一回或一进一回的通风系统。为风机倒移创造了条件。 ②、随着两风井南侧掘进巷道用风量增加，北侧巷道用风量减少的情况，在2005年7月实施北风南调工程，在回风井井底南侧车场的东西两侧安装三趟直径1200mm玻璃钢风管，用作“假风桥”，共施工闭墙8道，连接管道300m，从而实现了井下全部的风量共用，可有效地互相调节，保证了东一工作面集中五条综掘巷用风和横管、高抽巷共8个头掘进用风。到05年11月份。顺槽风机倒移，井下全负压通风距离增大，矿井总风量为6350m3/min，风机房水柱320mmH2O。 3、通风系统后期变化 临时通风系统从04年6月投用以来，风量从8000m3/min下降到6000m3/min，主要原因为井下通风巷道加长，通风阻力变化，到05年11月，随着井下顺槽掘进到1000m位置，且东采区与西采区同时布置掘进工作面，掘进头超过15个以上，且采区顺槽用风量也大大增加，由于按原计划永久主扇投用期的推迟主要原因为主胶带巷到05年8月贯通后，主胶带巷安装皮带预计到06年7月，回风井解放到永久主扇投用到06年10月，临时通风能力成为矿井建设的瓶颈，为此，在集中辅助巷与副斜井贯通后，永久主扇投用前，在副斜井井口安装一台临时主扇。 副斜井井口安装临时主扇，副斜井（集中辅助运输大巷）作专用回风巷；东一面掘进巷道通风利用副斜井主扇负担；保留的玻璃钢回风系统负担西区掘进用风。临时主扇选取Q扇12000 m3/min，h扇430mmH2O，电机1000kw。 临时主扇选用了航空工业沈阳发动机研究所风机厂的AGF606-2.82。井下相应进行通风系统改造工程。 副斜井安装临时主扇后，实现两台主扇联合运转，通风量可达到15000m3/min，满足了矿井建设后期的顺槽掘进供风。 4、通风系统管理 ①、玻璃钢作回风系统主要问题接头漏风，由于受季节变化及井下部分巷道受压情况，井上、井下玻璃钢风管接头漏风的处理成为提高矿井有效风量的关键。 ②、如不增加巷道设计施工量，井下通过1200mm玻璃钢管道作风桥，必须采取有效的管道防撞措施。 ③、由于新元矿井井筒涌水量大，冬季供暖必须保障，防止因井口结冰砸损管道。 ④、玻璃钢管道阻力损失较大，井下通风系统设计时，要充分考虑减少井下巷道段的通风阻力，以避免因通风阻力增加减少井下供风量。 三、 结论 该技术的实施，使通风能力从传统的满足48个掘进头生产提高至满足15个掘进头同时生产需要，通风能力提高一倍，极大提高了新元矿掘进的通风安全保障程度。若按工效提高一倍计算，可使该矿井提前一年投产，按年产300万吨煤、每吨煤按100元利润计算，可实现利润3亿元，经济效益明显。 在技术安全保障方面，使得井下全风压通风，满足了巷道掘进期间多头掘进局扇正常运转所需的风量；同时掘进工作面停风后，可及时撤人至全风压不必撤至井上，撤人距离短节约时间具有更高的安全性；大量机电运输设备可安装在全风压进风流中，可以设置瓦斯监测监控设备，最大限度消除了建井期间难以解决的瓦斯涌出不均衡隐患。作为建井期间地面局扇供风向永久主扇供风过渡期供风，大直径管道全风压通风技术可有效保证建井时期的供风的同时，瓦斯排放能力强，借助假风桥通风系统调节变得简单，可以全矿井大面积反风，有一定的抗灾害能力。 新元矿在建井期间采用的该技术，既保障了井下用风量，提高了通风能力，营造了安全的生产环境，又实现了多队组同时、独立施工和进、回风井筒同时下料、排矸等平行作业，为提高掘进效率和排矸运输速度创造了条件，是高瓦斯矿井快速建井的一项高效保障技术，达到了稳定、安全、经济的目的。 阳泉煤业（集团）有限责任公司 张爱科 黄振宇 二〇〇七年五月十一日 作者简历 张爱科（1964）男，通风工程师。1983.08大同煤矿学校毕业采矿技术，19871999阳煤集团通风部技术员、助工、工程师，19992001阳泉市燕龛煤炭公司经营副总经理，20012003阳煤集团通风部技术科副科长（主持工作），2003 2005阳煤集团通风部通风科（技术、管理两科合并）科长，2003 现在阳煤集团通风部副部长。 黄振宇（1973）男，通风助理工程师。1992年毕业于山西矿业学院采矿系通风与安全专业，19922004，阳煤集团一矿 技术员，2004现在 阳煤集团通风部技术管理科 科员。