礦井通風系統改造優化設計

張新偉

（中國平煤神馬集團平煤股份平寶公司，河南省許昌市，461714）

礦井通風系統改造優化設計

張新偉

（中國平煤神馬集團平煤股份平寶公司，河南省許昌市，461714）

從通風能力方面對首山一礦原有進風和回風系統進行了分析，提出了新建井筒的必要性并在這一基礎上提出了3個改造方案，綜合分析了每個方案的優缺點，確定了在原回風井工業廣場院內施工大直徑新回風井及改造原回風井為進風井的先期方案，減少了初期投資，既保證了礦井近期安全生產的需要，又保證了礦井長遠發展。

通風系統 風量 進風系統 回風系統 改造 優化設計

1　概述

首山一礦主體構造為一軸向320°寬緩的白石山背斜，地層傾角8°～20°（南緩北陡），地質構造屬中等偏簡單，水文地質條件為中等類型，煤塵具有爆炸危險，煤層具有自然發火傾向性，地溫為二級高溫區，煤層頂底板主要為泥巖及砂質泥巖。礦井按高瓦斯設計，生產能力240萬t/a，投產的二二采區二12-12010采面和三一采區三9-10-11080采面保證達產；礦井采用立井開拓，布置主井、副井和中央回風井3個井筒；采用主、副井進風，中央回風井回風的兩進一回中央分列抽出式通風，主要通風機為英國豪頓華軸流通風機，風葉最大工作角度47°，工作風量293 m3/s，風壓2670 Pa。

礦井在建設過程中升級為煤與瓦斯突出礦井，主采的三9-10煤層和二1煤層均具有突出危險性，其中三9-10煤層因為突出危險嚴重、瓦斯壓力達到6.6 MPa暫停開發。針對突出煤層，首山一礦采取低抽巷預抽煤層瓦斯區域防突措施掩護煤巷掘進，因此用風地點增加。目前礦井有二二采區（生產采區）、二一采區（準備采區）和三一采區（緩建采區），其中二二采區二12-12030采面和二1-12041采面正在生產，二一采區首采面二1-11061煤巷正在掘進，三一采區形成全風壓通風系統，礦井用風量265.5 m3/s，當年完成產量162萬t，與初步設計達產要求存在較大差異。礦井為了保證兩個綜采工作面的需風量，只能減少掘進頭個數和降低低抽巷等地點用風標準，給礦井的安全生產和采掘接替帶來困難。根據礦井發展規劃，2016年以后礦井3個綜采工作面同時生產，達到設計產量，需風量計算為449 m3/s；2018年接替采區開始準備，礦井需風量計算為500 m3/s。由此可見，礦井通風能力嚴重不足，初期不能滿足兩個采面同時生產及接替需風量，遠期不能實現礦井達產、采區接替風量要求。為此，必須進行通風系統改造。

2　礦井通風系統改造基本思路

2.1改造回風系統

目前煤礦回風系統需要解決通風機能力不足和回風路線斷面小風速超限的問題。由于中央回風井直徑6.0 m，凈斷面28.3 m2，礦井達產時風速達到15.88 m/s，超出《煤礦安全規程》要求，因此單一更換主要通風機、提高供風量解決不了根本問題。正確思路是更換通風機和規劃建設新回風井井筒同時進行。

2.2改造進風系統

目前二二采區主要進風巷道僅有-600 m水平軌道大巷和運輸大巷，凈斷面分別為18 m2和 11.5 m2，根據 《煤礦安全規程》風速要求，通過風量最多232 m3/s，現有井下進風系統基本能夠保證兩個采煤工作面同時生產。根據礦井發展規劃，礦井達產需要三綜兩備，二二采區最大需風量280 m3/s，后期接替采區準備用風約50 m3/s，合計風量330 m3/s，僅靠主、副井和-600 m水平軌道及運輸大巷進風滿足不了要求，因此需要規劃進風井筒。

3　通風系統改造優化設計方案

3.1方案Ⅰ

在中央回風井附近集中布置新進風井和回風井。為了最大限度減少初期投資，先施工直徑8.0 m回風井，投運同期，把中央風井改做進風井（通風機等設施保留），解決礦井近期進風能力不足問題，具體設計見圖1。在接替采區準備初期（約2018年），再開始施工進風井并裝備。屆時，把中央風井恢復為回風井，主要為礦井北翼各采區服務，?8.0 m回風井主要為礦井南翼各采區服務，整個礦井實現南北分區通風。

圖1　方案Ⅰ、Ⅲ新回風井井位及一期工程設計圖

3.1.1井筒位置

新回風井井筒布置在中央風井工業廣場內，不存在征地問題，可以盡早開工建設，能夠保證新回風井與井下現有回風系統的聯絡工程量最小。進風井布置在中央風井工業廣場南100 m的一緩坡山地上，有簡易山路與鄉村公路相通。

3.1.2通風系統

（1）通風路線分為兩個階段。

新回風井投運，原中央回風井改為進風井。該時期全礦井采用一個大直徑8.0 m的回風井，生產區域為二一采區和二二采區。期間礦井主要通風路線為二一采區：主、副井進風→-600 m水平軌道大巷→二一采區進風巷→二一軌道和運輸下山→各區段采掘工作面→回風聯絡巷→二一回風下山（東、西翼兩條）→二一回風聯巷→-600 m水平總回風巷→新東回風巷→新回風井→地面。二二采區：風流分為東翼和西翼兩條路線，東翼為中央風井進風→新進風巷→二二集中軌道巷→二二軌道和運輸下山→東翼各區段采掘工作面→回風聯絡巷→二二回風下山→二二采區輔助總回風→新東回風巷→新回風井→地面；西翼為中央風井進風→新進風巷→二二集中軌道巷→二二輔助軌道和運輸下山→西翼各區段采掘工作面→回風聯絡巷→二二輔助回風下山→二二西翼總回風巷→新西回風巷→新回風井→地面。

二二采區結束，新進風井投運，原中央風井恢復為回風井。該時期礦井實現分區通風，新回風井主要為南部接替采區服務；中央回風井主要為二一采區和后期生產的三一采區服務。

（2）風量及負壓。根據以上通風路線兩個階段的劃分，第一階段礦井三綜兩備實現達產，總需風量449 m3/s期間，二一采區最大需風量152 m3/s，通風負壓2398.47 Pa，二二采區最大需風量280 m3/s，通風負壓2669.52 Pa。

第二階段礦井南北翼實現分區通風，北翼二一和三一采區由主副井進風，中央風井回風；南翼接替采區所需風量全部由新進、回風井承擔。

3.1.3一期工程量

回風井井筒、井下與二一、二二和三一采區聯絡的回風巷、中央回風井改做進風井相聯的進風巷、供電線路改造、主要通風機及通風機房等設施和設備作為一期工程先行建設，其中一期井巷工程量為1100 m/55025.8 m3。

3.1.4方案投資

一期工程概算投資10751.08萬元，其中，礦建工程6371.76萬元，土建工程910.48萬元，安裝工程600.80萬元，設備及工器具購置1288.50萬元，工程建設其他費用1166.04萬元，工程預備費413.50萬元。

3.2方案Ⅱ

新打進風井和回風井，集中布置在中央風井工業廣場西南約850 m、礦井南翼儲量中心位置。具體設計方案見圖2。

3.2.1井筒位置

新打進風井和回風井位于張莊南300 m，緊鄰鄉村公路，為一平地農田。

3.2.2通風系統

（1）通風路線分為兩條路線。一是中央回風井主要為二一采區服務，其通風路線為：主、副井進風→-600 m水平軌道大巷→二一采區進風巷→二一軌道和運輸下山→各區段采掘工作面→回風聯絡巷→二一回風下山（東、西翼兩條）→二一回風聯巷→-600 m水平總回風巷→中央回風井→地面。二是南翼新進、回風井前期為二二采區服務，后期為南部接替采區服務。前期通風路線分為東西兩條：東為南翼新進風井→新井底車場→-760 m水平運輸大巷→二二軌道下山（帶式輸送機下山）→二二東翼采面運輸巷道`→東翼采面→東翼采面回風巷道`→二二回風下山→二二補套回風石門東段→南翼新回風井→地面；西為南翼新進風井→新井底車場→-760 m水平運輸大巷→二二輔助軌道下山（輔助運輸下山）→二二西翼采面運輸巷道`→西翼采面→西翼采面回風巷道`→二二輔助回風下山→二二補套回風石門西段→南翼新回風井→地面。后期通風路線為：南翼新進風井→新井底車場→-760 m水平運輸大巷→接替采區軌道下山（帶式輸送機下山）→采面運輸巷道`→采面→采面回風巷道`→接替采區回風下山（2條）→-760 m水平回風大巷→二二回風下山→二二補套回風石門東段→南翼新回風井→地面。

（2）風量及負壓。對中央回風井線路來講，主要承擔二一采區生產用風和三一采區通風路線用風，總回風量179 m3/s，通風負壓2268.57 Pa。經驗算，現有通風系統和設備滿足需要。

對南翼新回風井線路來講，前期承擔二二采區回風，回風量280 m3/s，通風負壓1350.73 Pa。后期為接替采區服務，回風量242 m3/s，通風負壓1510.27 Pa。

圖2　方案Ⅱ新建風井井位及一期工程設計圖

3.2.3一期工程量

南翼新進、回風井，新井底車場，二二補套回風石門，主要通風機及通風機房，變電所，消防水池等設施和設備作為一期工程先行建設，其中一期井巷工程量為2540 m/127866 m3。

3.2.4方案投資

一期工程估算投資32368.28萬元，其中，井巷工程22568.27萬元（包括約3980萬元的地面及工作面預注漿費用），土建工程2568.36萬元，安裝工程1795.62萬元，設備及工器具購置1396.86萬元，工程建設其他費用2359.78萬元，工程預備費1679.39萬元。

3.3方案Ⅲ

在中央回風井工業廣場布置新回風井，先期建設，設計功能同方案Ⅰ；在礦井西南邊界、鄰礦三水平風井附近布置新進風井，后期建設。

3.3.1井筒位置

新回風井位置同方案Ⅰ；新進風井布置在礦井西南邊界、鄰礦三水平風井東300 m位置，可以降低征地難度，便于前期準備。

3.3.2通風系統

（1）通風線路。新回風井投運后，前期主要為二一、二二采區服務，通風線路同方案Ⅰ。

后期南部接替采區投產，新進風井建成與新回風井共同為接替采區服務，通風路線為：新進風井→新井底車場→-760 m水平運輸大巷→接替采區軌道下山（帶式輸送機下山）→采面運輸巷道`→采面→采面回風巷道`→接替采區回風下山（2條）→-760 m水平回風大巷→二二回風下山→二二輔助總回風→新東回風巷→新回風井→地面。

（2）風量及負壓。新回風井投運前期，風量及負壓計算同方案Ⅰ。接替采區投產后所需風量全部由新進、回風井承擔。風量192 m3/s，負壓2235.18 Pa。

（3）一期工程量、方案投資均同方案Ⅰ。

4　礦井通風系統改造優化設計方案選擇

4.1方案比較

4.1.1方案Ⅰ

（1）優點：一期投運，二二采區通風線路短，負壓小；通風補套總工程量比方案Ⅱ少；新增工業廣場壓煤最少，約79萬t，不影響南部采區開拓布置方案；地面為山地，工農關系簡單，征地容易；距離原中央回風井近，不需施工井檢孔，井筒不穿含水層；一期投資最少，工期14個月最短。

（2）缺點：進風井井筒穿過二1煤層，需加強防突管理；南部采區通風線路遠，負壓較高；南部采區的通風要利用二二回風下山，巷道維護量較大；工業廣場土地平整工程量較大，場外道路較其他方案遠。

4.1.2方案Ⅱ

（1）優點：新風井基本處在礦井南翼儲量中心，有利于接替采區準備和生產，對二二采區和接替采區的通風管理有利；新進、回風井同時投運，南北分區通風安全性高；新建風井不影響接替采區開拓布置方案；場外道路便利，利于施工準備。

（2）缺點：井筒均穿過二1煤層，安全風險大；農田征地難度大，工業廣場距離村莊近，工農關系復雜；井筒穿過含水層，矸石排放環節多，施工條件差；新增工業廣場壓煤多，工期長達42個月，投資多。

4.1.3方案Ⅲ

（1）優點：一期同方案Ⅰ。二期進風井設在鄰礦三水平進風井工業廣場山頂平地，減少工業廣場煤柱，征地相對容易，方便建設期的矸石排放；與鄰礦風井合用一個變電站，既降低總體投資，又方便施工。

（2）缺點：二期通風補套工程量大，投資多，對礦井生產影響較大；進、回風井分處兩個場地，管理分散；進風井位置不利于接替采區的建設和生產；進風井井筒穿過含水層，增大施工費用和工期。

4.2方案選擇

經過分析、比較，從一期工程只施工回風井、改造中央風井來說，方案Ⅰ與方案Ⅲ相同，在早開工、早投運、工期短、投資少、施工條件好等方面優于方案Ⅱ；從礦井長遠發展看，特別是減少南部接替采區開發對二二采區影響等方面，方案Ⅱ優于其他方案；方案Ⅲ進風井位于礦井西南邊界，通風系統改造總體工程量要大于方案Ⅰ。

經過綜合分析，本次設計既要盡早解決眼前通風能力不足，又要為礦井長遠發展做準備，確定方案Ⅰ為本次通風系統改造優化設計方案。

4.3應用效果

2013年8月方案Ⅰ開始實施，2014年9月原礦井主要通風機停運，新主要通風機開始運行，11月末原中央回風井改做進風井，礦井形成三進一回通風系統。與原兩進一回通風系統相比，礦井總回風量由16183 m3/min增至21010 m3/min，負壓由2180 Pa降到1750 Pa，等積孔由6.8 m2增至10.4 m2，各采區增風1200～2200 m3/min，綜采工作面增風200～400 m3/min，抽放巷增風500～700 m3/min，井下局部通風機7組中5組由單極改為雙極運行，各工作面降溫3～5℃。礦井總風量滿足綜采工作面、開掘工作面、抽放巷、各機電硐室用風需要，為實現礦井達產、正常接替提供了保證。

5　結論

通過對礦井通風能力不足的分析，設計從進、回風系統兩個方面提出了優化改造方案即進風系統把原中央回風井改做進風井并施工進風通道；回風系統在原中央回風井工業廣場內由獨立井口施工直徑8.0 m的回風井筒及連接井下總回風的聯巷，做到了一期工程量最小、工期最短、投資最少。該方案實施后有效解決了礦井達產和可持續發展所需風量問題。

［1］ 張榮立，何國緯，李鐸.采礦工程設計手冊 ［M］.北京：煤炭工業出版社，2003

［2］ 國家安全生產監督管理總局，國家煤礦安全監察局.防治煤與瓦斯突出規定 ［M］.北京：煤炭工業出版社，2009

［3］ 林柏泉，崔恒信.礦井瓦斯防治理論與技術 ［M］.徐州：中國礦業大學出版社，1998

［4］ 楊國和，柏建彪，李磊.底抽巷合理位置及圍巖支護技術研究［J］.能源技術與管理，2011（6）

［5］ 郝天軒，李輝等.礦井通風系統平面圖自動繪制系統的研制［J］.中國煤炭，2005（3）

［6］ 徐偉.大采深突出煤層深孔控制預裂爆破消突技術應用［J］.煤礦安全，2011（9）

［7］ 張朝舉.祁東煤礦近距離突出煤層群保護層開采的實踐［J］.煤炭科技，2011（1）

［8］ 國家安全生產監督管理總局，國家煤礦安全監察局.煤礦安全規程 ［M］.北京：煤炭工業出版社，2012

（責任編輯 張艷華）

中國神華54億元收購大股東優質電力資產

中國神華近日公告，公司擬以2007年發行A股剩余的募集資金及自有資金收購大股東神華集團所持的寧夏國華寧東發電有限公司（以下簡稱 “寧東電廠”）100%股權、國華徐州發電有限公司（以下簡稱 “徐州電廠”）100%股權及神華國華（舟山）發電有限責任公司（以下簡稱 “舟山電廠”）51%股權，收購的資產價值總額約為53.86億元。資產評估報告顯示，寧東電廠100%股權價值為5.22億元，徐州電廠100%股權價值為39.97億元，舟山電廠51%股權價值為8.67億元。

Optimal designing of transformation of ventilation system in coal mine

Zhang Xinwei
（Pingbao Company of Pingmei Coal Co.，Ltd.，China Pingmei Shenma Group，Xuchang，Henan 461714，China）

The ventilation ability of original ventilation system of intake and return was analyzed in Shoushan Coal Mine.Based on the necessity of the newly-built shaft，three transformation schemes of ventilation system were presented，and the advantages and disadvantages of each scheme were comprehensively analyzed.The early scheme，that was constructing the new air return shaft with large diameter in the industrial square of original return shaft and transforming the original air return shaft into air intake shaft，was determined，which reduces the initial investment，ensures safety production in the near future，and ensures the long-term development of the coal mine.

ventilation system，air quantity，air intake system，air return system，transformation，optimal design

TD722

A

張新偉（1969-），男，陜西三原人，河南理工大學工程碩士研究生，現在中國平煤神馬集團平煤股份平寶公司從事礦井設計工作。