淺談千米深井煤巷綜掘高溫熱害處理技術應用

姚樹陽

（兗煤菏澤能化有限公司趙樓煤礦，山東 菏澤 274705）

1 概述

兗煤菏澤能化有限公司趙樓煤礦位于山東省菏澤市巨野煤田中部，為兗礦集團第一對千米深井，設計生產能力300 萬t/a，核定生產能力336 萬t/a。煤層埋藏深，地質條件復雜，斷層發育，煤層為以正常地溫梯度為背景的高溫區，處于二級熱害區。

5309 軌道順槽巷道設計長度752.77 m，采用EBZ220 型掘進機落煤、裝煤，采用膠帶輸送機出煤。巷道西鄰5310 工作面采空區，北鄰五、十采區分界線，南鄰沈莊斷層（落差0～10 m），東部為設計5309 回采工作面。巷道底板標高-794～ -875 m。

2 制冷降溫系統介紹

礦井采用地面全風量降溫系統和井下集中式制冷降溫系統聯合布置的機械制冷降溫系統。

2.1 地面全風量降溫系統

系 統 組 成 包 括 開 利 品 牌 的19XR8P80E63MFC5A 型離心式熱泵機組4 臺、循環泵、冷卻塔、循環管路等，設備布置在工業廣場地面能源站中。總制冷能力18 MW，單臺機組制冷能力4500 kW，單臺機組可制出7 ℃冷凍水，出水流量215 L/s。

副井進風井口布置30 臺無動力換熱器，換熱面積在306 m2，可處理風量13 000 m3/min；主井進風井口布置5 臺無動力換熱器，換熱面積45 m2，可處理風量6000 m3/min。夏季，由熱泵機組制備的6～7 ℃低溫冷凍水通過架空敷設的DN630 主管道輸送到設置在主副井口的無動力換熱器。主副進風井口封閉布置，通過礦井主風機負壓，進風流經過換熱器實現降溫除濕后進入井下大巷，達到降溫目的，井底車場及大巷風溫降至23 ℃左右。

2.2 井下集中式制冷降溫系統

裝備了井下集中式降溫系統，在井下制冷硐室布置3 臺KM3000 型制冷機組及配套循環泵、電控開關等設備，同時運行具有9.9 MW 制冷能力單臺制冷機組，可提供180 m3/h 的3 ℃冷凍水。

2019 年建設實施了中部制冷硐室降溫系統，2020 年9 月開始運行。系統位于五、七采區高溫負荷中心，安裝1 臺KM3000 型制冷機組，并配套安裝了循環泵、補水泵、純水箱、電控及開關等設備，地面新建了工廠外冷卻泵站，通過鉆孔與井下形成冷卻水循環，實現分區供冷。1#大巷制冷硐室負責七采區，中部制冷硐室負責五采區供冷。實現分區后，采區制冷穩定，阻力小。

主要進風巷內敷設Φ377 mm、Φ325 mm、Φ273 mm 制冷進回管路，采區進風巷敷設Φ273 mm、Φ219 mm 制冷進回管路，采掘工作面順槽及聯絡巷敷設Φ159 mm 制冷進回管路，形成冷凍水輸送。

3 5309 軌順掘進工作面高溫熱害處理方案

3.1 5309 軌道順槽掘進前期巷道情況

5309 軌順臨近5310 工作面，5310 工作面上山回采，回采時巷道淋涌水較大，通過水泵外排，回采完畢施工完5309 切眼后，在切眼內施工大直徑鉆孔，通過套管方式排水，含水較多。

5309 軌順整體沿煤層底板掘進，施工段煤層厚度在3.5～6.5 m 之間，巷道沿空掘進，左幫沿空煤柱4.5 m，頂幫部淋涌水煤柱松軟，巷道溫度高，現場條件差，不能及時對巷道內環境降溫，職工工作效率低下，嚴重影響職工身心健康和掘進施工效率。

3.2 巷道內高溫熱害產生的原因

對巷道施工條件分析不準確，超前謀劃不到位，制冷降溫、防治水工作落實不到位，未能作為工區重點工作抓緊抓實。

3.2.1 制冷系統安設滯后

巷道溫度高，現場條件差，在低洼點處淋涌水控制和降溫方面做得不足，且對巷道內溫度預測不準確，未及時延接制冷管。巷道4 月初開始溫度明顯升高，迎頭溫度一度達到34 ℃，制冷管路滯后嚴重，不能及時對巷道內環境降溫，職工工作效率低下，嚴重影響掘進施工效率。

3.2.2 對防排水重視程度不夠

（1）排水難度大。在沿空側噴漿，大量回彈料從水溝進入排水硐室、排水池，造成集水池清挖工作量增大，清挖不及時現象時有發生，進而導致排水泵燒壞，迎頭積水影響生產進尺。

（2）排水系統不完善。施工時對老空區積水情況預測不足，巷道內排水系統不完善，排水能力不足，加之老空區積水情況預測不足，導致迎頭積水，巷道溫度升高。

① 巷道內首次在左幫揭露一個出水的卸壓孔，當時現場排水管未接，無電泵，僅一臺風泵，導致迎頭積水，當時使用溜子出水煤，連續一周每天僅有2 排進尺。

② 自巷道進行探放水開始，迎頭后方使用集裝箱積水、排水，因集裝箱挪移過程中需將兩路4 寸排水管路重新延接，加之挪移時間較長導致迎頭積水無法及時外排，只能待集裝箱排水系統挪移完成后才能開始排水，進而造成迎頭積水排水時間長。

③ 在掘進過程中，因探放水孔施工，造成迎頭積水影響進尺。

④ 排水泵故障率較高。因現場環境濕度極大，備用排水泵放置一天就會造成絕緣值低、不能正常使用等現象頻繁發生，導致迎頭多次積水，影響施工進度。

⑤ 供電系統薄弱。因前期對老空積水預估不足，電泵安裝數量與后期投入電泵差距大，造成供電線路負荷較大，易造成電纜發熱等危險現象。經過更換電纜后，及時排除隱患，但增加了人工投入，影響了生產時間。

3.2.3 錨網質量差

施工過程中受地質條件及人為因素影響，重生產輕質量，導致沿空側煤體松軟，成型較差，錨桿錨索施工困難，且在質檢科驗收過程中，欠寬及錨網質量問題突出。

3.2.4 煤流系統標準化低

在三部皮帶延伸過程中，考慮不周全，下山施工沒考慮到沿線H 架生根問題，加之巷道底板浮煤較多，排水系統出問題時，積水順皮帶里側沖刷H架，造成H 架歪斜，皮帶跑偏，進而造成皮帶撒煤多，加之皮帶維護不及時，形成惡性循環。生產班組拖移機尾后，不及時清理機尾、承載段處積煤，也造成皮帶在機尾處就開始跑偏，生產出煤時，撒煤點多，進而造成巷道底板浮煤多。

3.2.5 運輸系統滯后

因前期未施工單軌吊，導致迎頭或排水點運輸電泵、開關、電控箱、油泵電機及油泵等設備時無法運輸，只得靠人工托運，且在托運設備過程中，極易造成電纜受損，進而浪費大量寶貴施工時間。

3.3 高溫熱害處理過程及效果

3.3.1 施工排水硐室集中排水降溫

5309 軌道順槽巷道采幫188 排位置斜向135°向里施工菱形排水硐室一個，硐室寬×深×高=5 m×4 m×2.8 m，硐室底板低于巷道底板1 m，排水硐室頂部采用Φ22 mm×2400 mm 高強度螺紋鋼錨桿配合4900 mmT 型鋼帶，間排距為850 mm×700 mm；幫部采用Φ22 mm×2400 mm 高強度螺紋鋼錨桿配合護幫板支護，間排距為850 mm×800 mm；頂、幫均鋪設雙層網，里層為鋼塑網，外層為金屬網；排水硐室頂部施工29U 型鋼錨索梁，每根錨索梁施工3 根錨索，梁長4.4 m，外側與中部錨索眼距1800 mm，里側與中部錨索眼距2200 mm，排距1400 mm，選用Φ22 mm×6200 mm、Φ22 mm×8000 mm、Φ22 mm×10 000 mm 錨索，保證錨固到穩定巖層1 m 以上。硐室施工完畢后集中水量至排水硐室，減少水與空氣的接觸面積和時間，達到巷道降溫的目的。

3.3.2 增加空冷器加強機械式降溫

為有效解決巷道高溫問題，從6 月底開始，在巷道內每隔200 m陸續安設RWK-450型空冷器3臺?？绽淦靼苍O在皮帶機的上方，全部位于同一方向?？绽淦黜樦L流方向吹冷風，通過冷熱空氣接觸，降低空氣溫度，進一步達到降低巷道內溫度的目的。

3.3.3 變更大功率局部通風機增加風量降溫

前 期 選 擇 實 測 吸 風 量470 m3/min 的FBDN07.1/2×37 kW 壓入式對旋軸流局部通風機，為增加通風量，后期更改為FBDNo7.5/2×45 kW 局部通風機。局部通風機安裝在南部2#輔助運輸大巷內，風筒采用Φ800 mm 抗靜電阻燃軟質風筒，最長通風距離950 m 左右，風筒出風口距離迎頭不大于10m ，能夠滿足巷道掘進通風要求。

3.3.4 降溫效果

采取降溫措施后，巷道內溫度平均降低5 ℃，溫度在28 ℃左右，改善了現場作業環境，保障了職工身心健康，工作效率提高，六小時工作制可以連續工作五小時以上，在清理巷道衛生及準備掘進支護材料等工作時速度提升，掘進進尺由原來每天5 排提高到每天6 排，提高1 排掘進速度，實際比計劃貫通時間提前1d。

4 強化現場管理

（1）抓好輔助運輸工作，特別是機電煤流系統管理及單軌吊運輸方面，維護好輔助運輸系統，為生產保駕護航。

（2）超前謀劃，提前組織，做好排水系統的安裝及維護，按雙回路供電雙管路排水布置，現場電泵實現熱備，保證有效排水能力，確保排水系統可靠，防止因電泵損壞而出現積水的現象。因積水面積過大，與空氣接觸過長時間后，會導致巷道內溫度升高，長時間溫度得不到降低。

（3）加強班組管理，提高錨網質量。嚴格按制度進行錨網質量及其他工作的驗收工作，明確驗收員責任，加強對驗收員的管理，確保巷道成型，做到每顆錨桿有考核。

（4）抓牢抓實巷道一次成巷工作。嚴格按規程措施施工，切實把一次成巷擺在重要的位置，尤其是制冷管路的延接工作，為改善工作環境、提高工作效率提供保障。

（5）嚴格落實管理制度，提高標準化水平。抓好職工日常行為養成，加強現場標準化考核和質量管控，嚴格按制度落實考核，逐步提高標準化水平。