张双楼煤矿通风系统优化改造研究与应用

文/杨 瀚

一、概况

徐州矿务集团张双楼煤矿设计能力120万t/年，2015年核定生产能力210万t/年。矿井通风方式为对角式，共有3个进风井（主井、副井、新副井），2个回风井（东风井和西风井），抽出式通风。

2018年1月，矿井有3个回采工作面、13个掘进工作面、14个硐室、9处其他用风地点独立供风，矿井总需要风量为14278m3/min。东风井回风量8234m3/min，风压2790Pa；西风井回风量8116m3/min，风压2770Pa。《煤矿井工开采通风技术条件》规定，矿井通风系统风量 5000～10000m3/min时，通风阻力不超过2500pa，矿井通风阻力不符合要求。

目前张双楼煤矿采深已经达到-1150m，原岩温度在40～44℃，HEMS降温系统每年5月～12月运行，工作面回风流温度仍达到30℃以上，随着开采深度增加，温度将继续增加，需要增加采掘工作面供风量改善高温环境。

根据矿井生产布局和通风系统进行风网解算，矿井通风困难时期，东风井风机运行工况为：风量7903m3/min，风压 4449.2Pa，超过风机最大允许风压3825Pa（风机最大风压4250Pa×0.9）；西风井风机运行工况为：风量7931m3/min，风压4467.7Pa，超过风机最大允许风压4050Pa（风机最大风压4500Pa×0.9）。当前矿井通风能力不能满足矿井困难时期生产需要。因此，需要对矿井通风系统进行优化改造。

二、矿井通风系统改造方案

根据矿井生产布局，结合矿井地质条件，设计了三种通风系统改造方案。

1.方案一：西三区域布置新进风井

在西三区域布置新风井，井筒落底标高-830m，通过新掘-830m进风巷与-830m石门联通。同时在-500m西四车场与西五回风上山之间新布置1条回风巷（布置在9煤底板内），西五采区形成2进2回的通风系统 （-830m运输大巷、-500m西五大巷进风，-500m西五回风巷、-500m西五回风巷回风）。

（1）井筒位置选择

地表情况。井筒位于龙河公路西侧260m处，沛县安国镇蔡家居委会张庄组农田内，井筒位置选择符合 《煤矿安全规程》第146条、247条规定要求。

压煤情况。根据矿井开采与煤层赋存情况，在西三区域第11勘探线向东20m位置7、9煤沉缺区内，不压覆现有采煤工作面储量。

井筒地质情况。井筒穿过第四系、侏罗-白垩系、二叠系、石炭系地层。穿过的含水层有9个，井筒落底在F9断层上盘9煤底板约45m一灰层位内，在新副井施工过程中已穿过。

（2）井筒参数、工期及预算

井筒内径5.5m，截面积23.75m2。井筒地面标高+38.1m，落底标高-833.74m，深度872m。井筒冻结段井壁为双层钢筋砼，基岩段为浇灌砼。配套风道1418m，工期安排18个月，工程费用预算10773万元。

（3）预期改造效果

使用《矿井通风系统运行状态预测模拟软件》进行解网预测，东风井风机运行工况为：风量7692m3/min，风压 2449.4Pa；西风井风机运行工况：风量8274m3/min，风压2484.1Pa。

2.方案二：掘巷及扩巷降阻

-500m水平增加2条回风巷，西五采区形成2进3回的通风系统；西三采区增加1条回风巷，形成1进2回的通风系统；-500m水平大巷进行扩巷降阻。

（1）工期及预算

风道掘进工程量3852m；将-500m西一至西五大巷巷道断面由10m2扩修到15m2，长度2715m。 工期安排24个月，工程费用预算10455万元。

（2）预期改造效果

应用《矿井通风系统运行状态预测模拟软件》进行解网，西风井风机运行工况：风量8328m3/min，风压2461.7Pa；东风井风机运行工况：风量 7644m3/min，风压 2497.1Pa。

3.方案三：在西风井广场内布置新进风井

在西风井广场内布置新风井，井筒落底标高-380m，在-380m与-500m水平大巷之间建立进风下山与-500m大巷连通。同时在-500m西四车场与西五回风上山之间新布置1条回风巷（布置在9煤底板内），西五采区形成2进2回的通风系统 （-830m运输大巷、-500m西五大巷进风，-500m西五回风巷、-500m西五回风巷回风）。

（1）井筒位置选择

压煤情况。新风井布置在西风井广场内，不存在压煤情况。

井筒地质情况。井筒穿过第四系、二叠系、石炭系地层。穿过的含水层有7个，其中第四系4个、二叠系3个，井筒落底在石炭系四灰顶板内。

地表情况。在西风井工业广场院内。

（2）井筒参数、工期及预算

井筒内径5.5m，截面积23.75m2。井筒地面标高+38.9m，落底标高-380m，深度419m。井筒冻结段井壁为双层钢筋砼，基岩段为浇灌砼。配套风道1431m。工期安排21个月，工程费用预算12315万元。

（3）预期改造效果

应用《矿井通风系统运行状态预测模拟软件》进行解网，西风井风机运行工况：风量8310m3/min，风压2496.0Pa；东风井风机运行工况：风量7662m3/min，风压2465.2Pa。

三、方案优缺点比较

1.方案一：西三区域布置新进风井

（1）优点：见效快。风井施工完成后（约18个月），可为西三采区增加风量、降温。缩短93606、93608工作面通风流程3000m，为其增风降温。有利于安全生产组织，新建井筒处于矿工业广场以外，减少副提排矸压力；由外委队伍施工，对井下安全生产干扰因素小。配套井巷工程量小，巷道维护费用低。工程地质条件相对简单，对工程施工进度影响小。

（2）缺点：工程费用较高。在工业广场外施工，增加征地、供电、新建道路、桥梁等工程量。

2.方案二：掘巷及扩巷降阻

（1）优点：不需要增加征地、新建道路等工程。

（2）缺点：副井排矸能力不足。岩巷工程量大，需要增加3个掘进工作面，需要供应车皮增加排矸车皮270个，副井排矸能力不能满足需要。通风系统不可靠。增加3个掘进工作面需要增加风量1800m3/min左右，西风井主要通风机接近风机运行“喘振”区。见效慢，工期长，近期无法为西三采区提供服务。生产组织复杂，新增3条岩巷，占用队伍多，与现有采掘活动相互影响，管理难度大。巷道后期维护量大，占用维护力量，维护费用高。降温效果差。

综合排矸、增风因素，方案2无实施可行性。

3.方案三：西风井广场内布置新进风井

（1）优点：无需增加征地、新建道路等工程。在西风井广场内施工，受外界干扰因素小。

（2）缺点：施工存在不确定性。井筒、配套井巷工程水文地质条件复杂，临近陷落柱、断层发育区域，需要超前进行电法、钻探等探查工作，提前预注浆等防治水措施。降温效果差。新进风井位置距离西三采区93606工作面通风流程与新副井供风距离相比，仅缩短100m，通风流程仍有12900m。

四、方案综合比较选择

方案一与方案三相比，配套风道少13m，工期少3个月，工程费用少1542万元。方案一在西三区域施工新进风井，水文地质条件简单；方案三在西四区域施工新进风井，水文地质条件复杂，存在突水危险，安全可靠性差。

综合方案的优缺点、工程量、工期、工程费用、安全可靠性、施工可行性等方面分析比较，方案一最优，推荐为采用方案。

五、结论

通过在西三区域新建进风井、西五采区回风巷，前期可为西三采区93606、93608工作面缩短通风流程3000m，温度下降1℃以上；在矿井通风困难时期西五采区首采工作面92812工作面生产后，矿井西风井风压为2484.1Pa，达到优化矿井通风系统的目的。