尚义永胜矿业压风自救系统设计

摘要：压风自救系统是煤矿井下安全避险“六大系统”之一，正常生产时，为井下开拓掘进工作面风动工具提供压缩空气动力，满足井下岩石巷道掘进及煤巷支护之需要；在发生水、火、瓦斯等灾变事故时，为井下有工作人员的场所提供安全保障的新鲜压缩空气，进行自救，因此，建设合理的压风自救系统是实现煤矿安全生产的重要保证。

关键词：压风自救系统 压风机 压风管路 压风自救装置

1 矿井概况

1.1 矿井简介

尚义永胜矿业原为河北省张家口市尚义煤矿大永胜井，始建于1994年5月，设计生产能力9万t/年。 2010年，依据河北省政府《关于张家口市怀来等县区地方煤矿兼并重组工作方案的批复》（冀政函[2009]125号），办理了采矿许可证延续和变更，矿区面积1.4952km2，有效期自2011年1月17日至2016年1月17日。

1.2 矿井位置

矿井位于河北省尚义县城东南约15km，行政区划隶属尚义县红土梁镇。地理座标为：

东经：114°04′01″-114°01′12″

北纬：40°58′43″-40°59′11″

1.3 矿井储量、设计生产能力及服务年限

矿井可采煤层三层，分别为3、5、6号煤层，其中5、6号煤层为主采煤层，3号煤层局部可采。矿井保有资源储量合计725.8万t，可采储量313.3万t，设计生产能力30万t/年，服务年限7.5年。

1.4 矿井开拓系统

开拓方式为斜井多水平阶段石门开拓，划分为三个水平开采， 第一水平为+1000水平、二水平+850水平、三水平+700水平。

首采工作面布置在+1000水平，+1050水平为回风水平。 开采顺序采用区内后退式回采， 采用柔性掩护支架采煤法， 掘进工作面岩巷采用砌碹、锚喷支护，煤巷采用工字钢或锚网支护。

1.5 矿井通风系统

矿井通风方式采用中央并列式，主斜井进风，副斜井回风，主通风机选用两台BK54-6-№16型轴流式通风机，一台工作、一台备用。

2 压风机和管线选型

2.1 压气设备及管路系统

矿井采用集中供气方式，在地面副斜井井口附近建设压缩空气站，安装一台LGB-10/8和一台BJS-20/7型螺杆式空气压缩机。在正常生产时，为井下开拓掘进工作面风动工具提供压缩空气动力，供井下岩石巷道掘进，煤巷支护；在发生水、火、瓦斯等事故时，为井下有工作人员的场所提供安全保障的新鲜压缩空气进行自救。

2.1.1 空气压缩机主要技术参数。型号为LGB-10/8，排气量10m3/min；型号为BJS-20/7，排气量20m3/min。额定压力0.7MPa ，冷却方式为风冷，配用电机额定功率分别为55kW和110kW，额定电压380V。

2.1.2 供气管路系统。该矿井井上下构成一套供气管路系统，包括地面空气压缩机、输气主干管路、用气分支管路、管路附件和气动工具等。

2.2 压风机和压风管路的验算

2.2.1 设计依据

①地面标高：+1260.7m。

②空压机年运转天数：B=330d，原班净工作时间t = 14小时。

③管路长度（按 +1000m 水平计算）

副斜井筒L=617m，车场L=60m，

石门L=240m，采区巷道L=730m。

2.2.2 计算压缩机站的供气量

①压风自救用风量

根据井下生产和辅助人员出勤安排表，每班下井工人数为45人， 备用系数按1.1，每班入井人数合计51人，压风自救供风标准为每人每分钟0.3m3。

因此，压风自救最大用风量为：51×0.3=15.3m3/min

②计算压缩机站的供气量

Q=α·α·q·k

式中：α——沿管道长度的漏风系数，取 1.1

α——机械摩擦耗气量增加系数，取 1.1

q——压风自救最大用风量，q=15.3m3/min

则：Q=1.1×1.1×15.3=18.5m3/min

根据计算结果，设计安装一台BLT60A-20/7型螺杆式空气压缩机，排气量为20m3/min，可满足矿井灾变时为井下提供新鲜空气的压风自救需要。地面现有的一台LGB-10/8型螺杆式空气压缩机，排气量10m3/min，可作为备用。

2.2.3 供气管道的确定

井筒、石门、大巷的主管路采用4吋108 mm、壁厚4 mm的无缝钢管；采区巷道、采掘工作面支管路采用2吋60 mm、壁厚4 mm的无缝钢管。

2.3 确定空压机必须的排气压力

P=Pg+ΣΔP+0.1MPa

式中：Pg——风动工具的额定工作压力（Pa），取0.5MPa

ΣΔP——输气管路各部分压力损失之和ΣΔP=λL

λ——单位长度的压力损失值λ=10-35Pa/m取35Pa/m

L——管路全长（m），取压气管道由地面压风机房到井下工作面最大一路距离为1650m

ΣΔP=35×1650=57750Pa=0.058MPa

P=0.5+0.058+0.1=0.658MPa

由计算P=0.658MPa可以确认地面压缩空气站空压机出口压力0.7MPa能满足生产及压风自救的要求。

3 压风管路配件选型及安装要求

①管路上的阀门全部采用法兰连接式闸板阀，部件间连接要紧密，不漏风。

②管路安装前要做防腐处理。

③在管路安装的较低点安装油水分离器，定时排放积水和积油。

④为方便控制，各管路分支处都要安装阀门。

⑤矿井采掘作业地点、压风自救装置设置点及避灾路线巷道内均要安装压风管道，并设置供气阀门，阀门间距不大于100m。气源可以取自就近的主要压风管路上。

⑥压风管路要可靠的防护措施，防止灾变破坏。

4 压风自救装置选型及安装

根据《河北省煤矿压风自救系统建设标准》要求，选用ZYJ型矿井压风自救装置，根据压风自救设置点服务人数，确定安装套数。

4.1 装置的结构和使用方式

该装置由管道、开闭阀、连接管、减压组及防护套等5部分组成。当井下发生灾变事故时，扳动开闭阀体的手把气路通畅，功能装置迅速完成泄水、过滤、减压和消音等动作后，此时防护套内充满新鲜空气供避灾人员救生呼吸。防护套内的空气压力为（0.05-0.1）MPa，防护套外有毒气体的压力低于套内压力，因此外部有害气体不会进入防护套内对避灾人员造成危害。

4.2 主要技术指标

系统供气压力：0.3～0.7MPa，系统供气量：30～55L/min；

压力调节范围：0.05～0.3MPa，噪声小于：85Db，重量：13kg；

防护方式：披肩式防护套；

外形尺寸：

压风自救装置φ30×265mm，披肩式防护套920×1030mm。

4.3 压风自救装置的安装

安装位置：在+1000煤层运输大巷、+1050水平回风大巷、采掘工作面、避灾路线和避难硐室等地点共安装8组压风自救装置，每组压风自救装置应可供6人使用。

供风管路必须铺设到所有采掘工作面、压风自救装置点及避灾路线巷道地点；主管路每隔不大于200m安设一个供气阀门，支管路每隔不大于50～100m安设一个供气阀门，各采掘工作面及采区回风巷、采区上山最高处均安装供气阀门，接入的压风管路应设减压、消音、过滤装置和控制阀，压风出口压力在0.1～0.3兆帕之间，供风量不低于0.3m3/分·人，连续噪声不大于70分贝。

5 压风自救系统管理和维护

①成立压风自救系统管理小组，建立完善压风自救系统管理制度 。

②每天至少对压风自救系统进行一次供气试验，每次试验时间不少于30min，保证系统各环节正常使用，并做好相关记录。

③压风泵站设专人值班，维护、维修人员必须每天对空气压缩机、管路和自救装置及其附属设施进行检查，发现问题及时处理，并建立设备台帐、设备故障记录表、巡查和检修记录。

6 结束语

煤矿压风自救系统是煤矿正常生产时的动力，更是灾变时的重要安全避险系统，只有合理选择压风自救系统参数，加强压风自救系统日常管理和维护，才能确保压风自救系统正常运转，实现煤矿安全生产。

参考文献：

[1]《国家安全监管总局、国家煤矿安监局关于建设完善煤矿井下安全避险“六大系统”的通知》 （安监总煤装〔2010〕146号）.

[2]《煤矿安全规程》（2011版）.

[3]《矿井压风自救装置技术条件》（MT390-1995）.

[4]《河北省煤矿压风自救系统建设标准》（试行）.

作者简介：贾文宗（1969-），男，1991年参加工作，现为冀中能源邢矿集团山西古县金谷煤业有限公司调度室副主任，助理工程师，注册安全工程师。