經坊煤業北翼回風井建設方案的可行性研究

武翀

（山煤集團長治經坊煤業有限公司，山西 長治 047100）

1 北翼回風井建設的必要性

山西省煤炭工業廳綜合測試中心對經坊煤業2012 年瓦斯等級鑒定為瓦斯礦井，在礦井北翼采區巷道掘進時發現瓦斯含量增高，涌出量增大。為滿足礦井瓦斯抽采及增加風量、降低風阻的需要，建設北翼回風井是非常必要的，其建設必要性有以下兩個方面：

（1）北翼采區瓦斯含量增大，從稀釋和排出瓦斯角度出發，現有通風系統已很難再滿足安全生產要求。為此，除進一步加強瓦斯抽放工作外，尚需對礦井現有系統進行改造，增加礦井通風能力。通過對現有系統分析，礦井現有4 個井筒，其中3進1 回，進風井筒有效通風斷面可滿足瓦斯增大礦井通風量的要求，回風井筒有效斷面不能滿足礦井增加通風量的要求，因此新建北翼回風井非常必要。

（2）八采區位于井田西北部，通風距離約為6.5 km。本井田北部八采區無安全出口，建設北翼回風井可使八采區增加一個安全出口，縮短了災害時的逃生距離。

2 北翼回風井建設方案

根據北翼回風井建設原則，按照礦井目前通風系統情況分析，北翼回風井建設項目初步設計遵循可研報告確定的建設方案，在八采區東南部建設北翼回風井擔負七、八、九采區回風，現有回風立井擔負礦井南翼采區回風。

北翼回風立井井筒位置可供選擇的地方有3 處：七采區南部靠近九采區的北集中大巷與西二集中大巷交匯處，西墳上村西側約350 m 處，西二集中大巷南側約140 m 處。雖然井筒位于七、八、九采區的中部較為合適，但考慮到購地情況（盡量不占基本農田），設計采用可研階段批準的井筒位置。

新建北翼回風井方案中考慮到斜井斷面利用率低、井筒工程量大及井筒壓煤多，并且北翼采區埋深較大、表土層較厚，設計確定采用立井方案。新建北翼回風立井井口位置設計考慮在北呈村東北側約300 m、八采區回風巷西側約270 m 處（現為一個舊磚窯）。井口標高為+945 m，井底標高+557 m，井筒深度為388 m。由于回風井井筒附近存在陷落柱，井口位置存在風險，需要進一步探查核實。在井筒建設前要施工井筒檢查鉆孔，準確定位北翼回風立井井筒位置，確保施工安全。經坊煤業礦井通風設計如圖1 所示。

圖1 坊煤業礦井通風設計圖

3 北翼回風立井設計主要技術參數

為滿足生產需要，北翼回風立井井筒的設計直徑為3.5 m，垂深為120 m，井筒為砌體結構。井筒裝備范圍包括寬罐籠帶平衡錘系統和窄罐籠提升系統。寬罐籠提升鋼絲繩最大終端載荷為550 kN，寬罐平衡錘提升鋼絲繩最大終端載荷475 kN，窄罐籠提升鋼絲繩最大終端載荷425 kN，窄罐平衡錘提升鋼絲繩最大終端載荷345 kN。新建北翼回風立井投入使用后，礦井回風井筒分別為新建北翼回風立井和已有回風立井2 個回風井筒。礦井總回風量為235 m3/s，其中新建北翼回風立井回風量為120 m3/s ，已有回風立井回風量為115 m3/s。各進風井風量分配：主斜井進風量為20 m3/s，副斜井進風量為85 m3/s，進風立井進風量為130 m3/s。

4 北翼回風立井建設方案的優缺點

4.1 主要優點

（1）井筒與風井場地不占基本農田。

（2）井筒工程量最小。設計確定的北翼回風立井場地的井口標高為+945 m，井底標高為+557 m，井筒深度為388 m，而井筒位置方案的井筒深度全部都在400 m 以上。

（3）安全出口距離最短。

4.2 主要缺點

（1）北翼回風立井井口南側50～60 m 左右存在一個陷落柱（X8-14），對井筒施工與使用帶來了影響。

（2）北翼回風立井場地靠近八采區南部邊界也是礦井井田邊界，場地南部煤柱有局部超出井田范圍的問題，但建設單位目前已與臨礦山西華晟榮煤礦有限公司簽訂了壓覆礦產資源協議書，可以保證礦井生產安全。

5 北翼回風立井建設對瓦斯抽采的影響

5.1 瓦斯含量測定

在井下布置了6 個瓦斯含量測點，含量測定情況見表1，其中殘存瓦斯含量為2.34 m3/t。6 個測點都處于甲烷帶，煤層埋深與瓦斯含量存在線性關系。根據3 號煤層測點的埋藏深度及瓦斯含量值，回歸計算3 號煤層瓦斯含量隨煤層埋藏深度增加變化趨勢圖，如圖2 所示。

表1 測點埋深及瓦斯含量表

圖2 煤層瓦斯含量隨埋深的變化規律

5.2 可抽瓦斯量計算

礦井可抽采瓦斯量反映著礦井瓦斯資源的開發程度，與其抽采工藝技術和抽采能力密切相關。一般采用下式計算：

式中：Wkc為礦井可抽瓦斯量，Mm3；ηk為礦井瓦斯抽采率，取ηk=45%；Wk為礦井瓦斯儲量，Mm3。

根據礦井煤層數據，可計算得礦井可抽采瓦斯量。

Wkc=19 451.49×0.45=8 753.2 Mm3。

礦井3 號煤層七采區或八采區布置一個回采工作面、一個準備工作面，回采前進行預抽，回采時邊采邊抽。預計本煤層采煤工作面最大瓦斯抽采量為15.5 m3/min。

礦井3 號煤層回采工作面鄰近層最大絕對瓦斯涌出量為2.18 m3/min，占回采工作面瓦斯涌出12%，影響較小，可以不采用鄰近層瓦斯抽采方法。

礦井老采空區瓦斯涌出量最大16.81 m3/min，設計采用全封閉插管抽采方法抽采一個采空區，設計瓦斯抽采量均為3 m3/min。為了解決回采工作面后方緊鄰采空區瓦斯問題，設計采用埋管抽采或高位鉆孔抽采上隅角瓦斯，預計抽采量為4 m3/min。

礦井3 號煤層瓦斯抽采量包括采煤工作面瓦斯抽采、老采空區瓦斯抽采及上隅角瓦斯抽采，因此計算礦井最大瓦斯抽采量為：

15.5+3+4=22.5 m3/min。

礦井設計年抽采瓦斯量為11.82 Mm3/a。

5.3 瓦斯抽采率

3 號煤層八采區瓦斯最大抽采量為22.5 m3/min，最大瓦斯涌出量為29.24 m3/min，最大瓦斯抽采率可達76.9%。根據抽采達標指標，礦井抽采率為不小于35%，按照最小抽采率計算風排瓦斯量。瓦斯最小抽采量為10.23 m3/min，采空區最小瓦斯抽采量為2.5 m3/min，回采工作面最小瓦斯抽采量為7.7 m3/min（掘進工作面不抽采）。

6 結論

通過上述分析，北翼回風井的建設方案必要性、優缺點得到了充分的論證。北翼回風井的建設能夠顯著提高瓦斯的抽采效果，滿足礦井瓦斯抽采及增加風量、降低風阻的需要。