林 增

（山東東山古城煤礦有限公司，山東 兗州 272100）

1 概況

古城煤礦井田面積16.66km2，3#煤為主采煤層，平均厚度8.49m，2019年核定生產(chǎn)能力為176萬t/a。通風(fēng)系統(tǒng)改造前地面安裝2臺(tái)FBCDZ№28型防爆軸流對(duì)旋式主通風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)供風(fēng)量偏低(僅為5800m3/min)。2014年，將地面主通風(fēng)機(jī)更換為FBCDZ№30型防爆軸流對(duì)旋式主通風(fēng)機(jī)，配套YBF710S1-8型電機(jī)，功率為2×710kW，最大吸風(fēng)量12900m3/min。

隨著井下采場(chǎng)向-1030m水平轉(zhuǎn)移，通風(fēng)流程增大，部分巷道受壓變形導(dǎo)致通風(fēng)斷面減小，礦井通風(fēng)阻力急劇升高，特別是更換主通風(fēng)機(jī)后，風(fēng)硐風(fēng)速超過15m/s，局部阻力增加更明顯，擬采取增加并聯(lián)風(fēng)硐的方法加大地面風(fēng)硐的過風(fēng)能力。

2 改造方案

根據(jù)安全、可靠、簡(jiǎn)單易行、盡量利用現(xiàn)有風(fēng)硐和設(shè)施的原則，按并聯(lián)風(fēng)硐的布置形式不同，設(shè)計(jì)以下方案。

方案一：在原地面風(fēng)硐東側(cè)接地安設(shè)玻璃鋼制或混凝土澆筑的方形或圓形風(fēng)硐，主井塔內(nèi)架設(shè)玻璃鋼制材料風(fēng)硐，形狀及斷面積視井筒具體尺寸及可利用空間而定，在主井井筒以北切割出口后與新風(fēng)硐相連。

方案二：在原地面風(fēng)硐東側(cè)接地安設(shè)玻璃鋼制圓形風(fēng)硐，與原風(fēng)硐分叉前的東壁開圓形口相連，全部用玻璃鋼材料。

方案三：高架式，利用地面主扇風(fēng)機(jī)現(xiàn)有風(fēng)道，在原風(fēng)道上部鋪設(shè)高架輔助風(fēng)道，輔助風(fēng)道與原風(fēng)道連接方式為：在主扇前原風(fēng)道分岔處往北2m處于左右風(fēng)道頂部分別開口，經(jīng)褲衩式風(fēng)道與主風(fēng)道（輔助風(fēng)道）相連，主風(fēng)道（輔助風(fēng)道）穿過主井房北墻壁鐵皮與主井上井口相連。該方案分鐵皮風(fēng)道和玻璃鋼風(fēng)道。

方案二安裝距離較短，不足以降低風(fēng)速和阻力。方案三由于防爆井蓋的問題而無法施工。方案一雖然存在占用梯子間對(duì)主井檢修帶來不便的問題，但通過安裝推拉門、在檢修時(shí)將其關(guān)閉可解決；將主井塔內(nèi)的風(fēng)硐改為可拆卸式，可解決箕斗更換問題；全部改為玻璃鋼制風(fēng)硐可解決澆筑工程量大、工期長(zhǎng)的問題。

經(jīng)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，設(shè)計(jì)確定方案一為主導(dǎo)方案。即在原地面風(fēng)硐東側(cè)接地安設(shè)玻璃鋼制風(fēng)硐，并在主井井筒以北切割出口后與新風(fēng)硐相連。

對(duì)三種風(fēng)硐改造方案進(jìn)行比較，如表1所示。

表1 風(fēng)硐改造方案比較表

3 斷面設(shè)計(jì)

3.1 斷面形狀選擇

（1）半圓拱形：承受頂壓能力較好，施工較簡(jiǎn)單方便。但承受側(cè)壓及底壓能力差。適用于不含水的穩(wěn)定、較穩(wěn)定的地層。

（2）正方形：施工較簡(jiǎn)單方便，但承壓能力差。適用于穩(wěn)定或埋深較淺的非穩(wěn)定的地層。

（3）圓形：承壓能力強(qiáng)，但施工較復(fù)雜。適用于埋深較深的非穩(wěn)定的地層。

通過比較分析，結(jié)合礦井實(shí)際和施工情況，設(shè)計(jì)采用正方形。

3.2 斷面積及技術(shù)參數(shù)的確定

方形風(fēng)硐斷面7.84m2，高2.8m(與原風(fēng)硐高度一致)，寬2.8m，主井井筒以北切割出口后與新風(fēng)硐相連。

3.3 并聯(lián)風(fēng)硐增設(shè)效果風(fēng)速驗(yàn)算

根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的風(fēng)速對(duì)風(fēng)硐的斷面進(jìn)行驗(yàn)算，其關(guān)系式如（1）：

式中：

V-風(fēng)流速度，m/s；

Q-風(fēng)井設(shè)計(jì)通過的風(fēng)量，m3/s；

F-風(fēng)硐設(shè)計(jì)斷面積，m2。

V=9.57m/s＜15m/s

風(fēng)速合理，符合要求。

4 風(fēng)道墻壁開鑿順序

（1）關(guān)閉風(fēng)道擋板門，測(cè)量風(fēng)壓?？梢栽陲L(fēng)道上部開出測(cè)量孔和電纜、壓縮空氣等進(jìn)線孔。

（2）開啟擋板門，觀察風(fēng)壓的變化，核準(zhǔn)風(fēng)壓指數(shù)。

（3）進(jìn)入人員，關(guān)閉入孔門，同時(shí)監(jiān)視人員在風(fēng)道內(nèi)的情況，并進(jìn)行不少于3次的無壓監(jiān)視。

（4）開始剔除墻壁，首先鉆孔，把墻壁鉆出一個(gè)小孔，進(jìn)行風(fēng)壓測(cè)量，感受風(fēng)道內(nèi)工作環(huán)境。觀察剔除的垃圾是否由風(fēng)機(jī)吸走，是否損傷風(fēng)機(jī)。

（5）逐步擴(kuò)大剔除面積。達(dá)到0.2×0.2m2時(shí)，停止工作，全面測(cè)量。仔細(xì)觀察風(fēng)道受壓情況，觀察風(fēng)道變形情況，測(cè)量風(fēng)道的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，測(cè)量風(fēng)壓在“全打開→全關(guān)閉→入孔打開→入孔關(guān)閉”等各項(xiàng)數(shù)據(jù)，記錄存檔。

（6）繼續(xù)剔除內(nèi)墻，并隨時(shí)測(cè)量風(fēng)壓，每半小時(shí)更換施工人員一次，每次進(jìn)入風(fēng)道內(nèi)的人員不少于三人。

（7）剔除面積達(dá)到1m2時(shí)，停止工作，再次全面測(cè)量觀察。此時(shí)不宜測(cè)量入孔門全部打開狀態(tài)的數(shù)據(jù)。入孔門打開時(shí)，必須讓人員進(jìn)入兩道擋板門之間的位置，關(guān)閉2#擋板門后，再打開入孔門。同時(shí)觀察和測(cè)量擋板門對(duì)風(fēng)壓載荷的變化，并隨時(shí)將剔除到身邊位置的垃圾及時(shí)清理出來。

（8）繼續(xù)擴(kuò)大剔除面積，每隔1m2，進(jìn)行一次全面測(cè)量，直至全部剔除完畢。

5 其他措施

（1）墻壁的開鑿必須保證洞口平齊，不得妨礙護(hù)板和支撐的安裝，風(fēng)道接口采用弧形，降低局部通風(fēng)阻力。

（2）護(hù)板安裝后，與墻壁的夾縫要用密封膠填充。

（3）前期能夠剝離的墻體要完全剝離，尤其是風(fēng)道墻壁，把墻壁外層全部剔除，露出兩層鋼筋。剝離時(shí)，注意觀察內(nèi)層是否能夠承受風(fēng)壓（負(fù)壓）的載荷。

（4）新風(fēng)道采取有效的防腐措施，風(fēng)道外表面防腐為防銹漆+調(diào)和漆各兩道，內(nèi)防腐為玻璃鋼漆6道，除銹為人工電動(dòng)工具除銹，人工涂刷或噴涂。

6 改造效果分析

（1）增加風(fēng)硐斷面積。斷面由10.2m2增加到18m2，風(fēng)速由16.3m/s減小到9.57m/s，符合相關(guān)要求。

（2）降低了礦井通風(fēng)阻力。局部阻力降低200Pa，礦井通風(fēng)阻力由改造前的2650Pa降至2480Pa，進(jìn)一步改善了礦井通風(fēng)狀況。

（3）若對(duì)原風(fēng)硐進(jìn)行擴(kuò)建，拆除、重建風(fēng)硐難度高，土建工程量較大，工期長(zhǎng)，影響礦井生產(chǎn)，甚至導(dǎo)致礦井停產(chǎn)。

（4）并聯(lián)新風(fēng)硐工程量小，工藝簡(jiǎn)單，工期短，不會(huì)影響礦井安全生產(chǎn)。

7 結(jié)語

由于建設(shè)回風(fēng)立井選址困難、地企關(guān)系難以協(xié)調(diào)、建井周期長(zhǎng)的制約，古城煤礦立足自身實(shí)際，積極開展通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造，通過構(gòu)筑地面并聯(lián)風(fēng)硐，降低了礦井通風(fēng)阻力，顯著改善了現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境，滿足了礦井安全生產(chǎn)的需要。