新建高突矿井通风系统设计探讨

摘要:高突矿井建井周期长、投资大,因而见效较晚,平宝公司从通风优化设计出发,由原来的中央分列通过优化设计改为中央并列式,这样可以减少保护煤柱损失,缩短建井周期,提前形成矿井永久通风系统,增加矿井抗灾能力,减少揭煤次数。增加安全系数,平宝公司这种经验在高突基建矿井中值得借鉴。

关键词:高突矿井;通风设计;通风阻力

一、公司概况

河南平宝煤业有限公司(以下简称为平宝公司)位于平顶山矿区东部,平顶山煤田李口向斜北翼东端,距平顶山市约25km,行政区隶属襄城县管辖。

井田主体构造为一轴向320°的宽缓的白石山背斜,地层倾角8～20°(南缓北陡),14条断层中12条集中在沟李封断层附近。井田地质构造属中等偏简单。

公司设计年产量2.4Mt,服务年限92年,井田东西走向长14.5km,南北倾斜宽1.1～4.6km,面积约47km²,地质储量5.8亿吨,二₁和三_9-10为其主采煤层,己1煤厚度1.80～4.71m,平均3.50m;三_9-10煤厚0.90～5.15m,平均2.64m;根据煤科院抚顺分院鉴定结果,三_9-10,煤层瓦斯压力最大可达6.6Mpa,开采危险性较大,公司决定暂缓开采三_9-10煤层,瓦斯压力为1.38Mpa,煤层瓦斯含量为10.46m3/t,二₁煤层和三_9-10均为突出煤层,平宝公司属于煤与瓦斯突出矿井。

矿井正常涌水量405.34m³/h,最大涌水量486.41m³/h,煤尘具有爆炸危险,地温为二级高温区,二_{1煤层直接顶板为中厚一厚层状泥岩、砂质泥岩,厚度3.2～6.00m,其中上部为深灰色砂质泥岩;下部为砂、泥岩互层,层理发育,较破碎,易脱落。底板为灰色泥岩,厚度一般0.30～5.2m,平均3.8m,属松软类底板。}

平宝公司由中煤国际工程集团武汉设计院设计,平顶山兴平监理公司负责项目监理,平煤建安公司负责施工。

二、原初步设计

公司采用立井多水平石门开拓,分-600m和-760m水平开拓,工业广场布置主、副井井筒,副井南1600m布置回风井;初期通风方式为中央分列式,即主副井进风、回风井回风。二煤、三煤设计同时开采,初期投产白石山背斜南翼二煤一采区和北翼三煤一采区,因三煤瓦斯压力较大,暂缓开采,矿井移交时只移交二煤采区,二组煤内布置—个采区,—个综采工作面即二₁-12010采面。

三个井筒长度合计为2130m,主副井落底后,做井底车场,施工-600m轨道石门、-600进风石门;回风井落底后,施工下部环行车场、二组煤总回风巷与600m轨道石门贯通形成矿井永久通风系统。

此时随着中央变电所、中央泵房相继竣工、安装、投入使用,-600m轨道石门永久轨道铺设完成,矿井通风、供电、排水、提升、运输等主体系统形成,开拓工程完成合计工程量7500m,预计历时36个月。

同时开始施工首采区准备工程,包括三条下山、变电所、绞车房、采区场、泵房,待采区全部系统形成后,预计用时20个月,完成准备工程3000m。

因二₁煤为突出煤层,不具备开采保护层条件,首采面布置四条巷道机巷、风巷、机巷瓦斯抽采巷、风巷瓦斯抽采巷。首采面二₁-12010采面走向长平均1300m,切眼长210m,合计工程量5600m。原设计矿井基建各项指标见表1:

三、矿井优化设计

平宝公司根据初步设计和现场施工情况,与武汉设计院进行了充分沟通,决定初期通风方式由中央分列式改为中央并列式,则从安全施工、投产日期、经济效益等方面都比现有设计更多优化,见表2。

1.开拓工程量:原设计主副井与回风井间距较远,必须由600水平轨道石门和-600运输石门连接,两条贯穿矿井整个中央采区;两条巷道总长为3500米。矿井总工程量为12900米,其中开拓和准备工程量7500米,回采巷道5400米,优化设计后采用主副井与风井在同一个工业广场,不需要较长的巷道连接,便可形成全负压通风系统,开拓工程减少3500m即减少-600m轨道石门和-600m进风石门工程量。

2.建井周期。原设计方案开掘工程用时36个月,优化设计后采用中央并列式,开拓工程减少3500m,若开拓大巷每月按110m/月,提前16个月,则建井周期从36个月提前到20个月。即矿井提前16个月出煤,目前矿井首采面每月出煤6万吨,则16个月多出煤96万吨,吨煤利润为250元,则净利润为2.4亿。

3.井巷工程总投资。原设计平宝公司矿井总工程量为15900m,平均断面为13m²,高突矿井考虑防突打钻、深井支护,每米平均单价为12500元,则矿井井巷总投资为2亿元,优化设计后,减少3500m工程量,减少投资4400zi元,矿井投资为1.56亿元。

4.矿井形成永久通风系统时间。按矿井优化设计,三个井筒落底后,矿井主通风系统便形成,比原设计形成矿井永久通风系统时间提前16个月。按照《防治煤与瓦斯突出规定》:突出矿井揭穿突出煤层前,必须具有可靠的通风系统,突出矿井、有突出煤层的采区、突出煤层工作面必须独立的回风系统,采区回风巷是专用回风巷。矿井主通风系统形成后,大大增加了矿井抗风险能力,为防突揭煤、施工煤巷提供了坚实的基础。

5.减少压煤。三个井筒共同布置在一个工业工厂,减少一个风井场地,减少压煤310万吨,按70%的回采率计算,吨煤利润250元,优化设计后多产生经济效益5.4亿。

6.揭煤次数。原设计揭煤次数为17次,即三个井筒各揭3次煤(三煤组两次,二煤组一次),采区施工三条下山各揭己组煤一次,采面机风巷及抽放巷各揭一次煤,-600轨道石门、-600进风石门,各需揭二次煤,共计17次。优化设计后减少4次揭煤,只需揭煤13次。高突矿井的防突揭煤,从探煤、打钻、揭煤前后需要至少2个月的时间,并且存在严重的风险,近期国内发生的重大煤矿事故,多是瓦斯事故。从投资成本来说,揭一次煤约100万元,中央并列式共揭次煤。

7.通风阻力。平宝公司于2009年4月15日进行了矿井通风阻力测定工作,测定结果为测定路线通风阻力为950pa;则有通风阻力公式:

h_摩=(αPLQ²)/S³

h_摩-摩擦阻力,pa;α-摩擦阻力系数,N.s²/m⁴;L-井巷长度,m;Pp井巷净断面周长,m;Q-通过井巷的风量,m³/s;S-井巷净断面积,m²。

理论计算通风阻力为941.47pa,两者相差不多。原设计采用中央并列式,通风距离会大大增加,则计算其最大通飙阻力,矿井投产时,选择一条最远的通风线路。理论计算矿井投产时通风阻力为1652pa,远大于目前矿井实际通风阻力950pa。

8.噪音。目前平宝公通风设备选用ANN-2884/1400N型不停车动叶可调矿用轴流式通风机,该型号的通风机噪音较小,对环境影响不大,随着科技的发展矿井主要通风机的噪音越来越小,风井和主副井布置在同一个工业广场内噪音影响不大。

四、结语

综上所述,因高突矿井建井周期长、投资大因而见效晚,平宝公司从通风优化设计出发,采用中央并列式,风井、主井、副井共用一个工业广场,减少了煤柱损失,缩短了建井周期,提前形成矿井永久通风系统,增加矿井抗灾能力,减少揭煤次数,增加安全系数,这种经验在高突新建矿井中值得借鉴。

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