矿井地面风硐的改造方案比选与施工

林 增

（山东东山古城煤矿有限公司，山东 兖州 272100）

1 概况

古城煤矿井田面积16.66km2，3#煤为主采煤层，平均厚度8.49m，2019年核定生产能力为176万t/a。通风系统改造前地面安装2台FBCDZ№28型防爆轴流对旋式主通风机，风机供风量偏低(仅为5800m3/min)。2014年，将地面主通风机更换为FBCDZ№30型防爆轴流对旋式主通风机，配套YBF710S1-8型电机，功率为2×710kW，最大吸风量12900m3/min。

随着井下采场向-1030m水平转移，通风流程增大，部分巷道受压变形导致通风断面减小，矿井通风阻力急剧升高，特别是更换主通风机后，风硐风速超过15m/s，局部阻力增加更明显，拟采取增加并联风硐的方法加大地面风硐的过风能力。

2 改造方案

根据安全、可靠、简单易行、尽量利用现有风硐和设施的原则，按并联风硐的布置形式不同，设计以下方案。

方案一：在原地面风硐东侧接地安设玻璃钢制或混凝土浇筑的方形或圆形风硐，主井塔内架设玻璃钢制材料风硐，形状及断面积视井筒具体尺寸及可利用空间而定，在主井井筒以北切割出口后与新风硐相连。

方案二：在原地面风硐东侧接地安设玻璃钢制圆形风硐，与原风硐分叉前的东壁开圆形口相连，全部用玻璃钢材料。

方案三：高架式，利用地面主扇风机现有风道，在原风道上部铺设高架辅助风道，辅助风道与原风道连接方式为：在主扇前原风道分岔处往北2m处于左右风道顶部分别开口，经裤衩式风道与主风道（辅助风道）相连，主风道（辅助风道）穿过主井房北墙壁铁皮与主井上井口相连。该方案分铁皮风道和玻璃钢风道。

方案二安装距离较短，不足以降低风速和阻力。方案三由于防爆井盖的问题而无法施工。方案一虽然存在占用梯子间对主井检修带来不便的问题，但通过安装推拉门、在检修时将其关闭可解决；将主井塔内的风硐改为可拆卸式，可解决箕斗更换问题；全部改为玻璃钢制风硐可解决浇筑工程量大、工期长的问题。

经综合技术经济比较，设计确定方案一为主导方案。即在原地面风硐东侧接地安设玻璃钢制风硐，并在主井井筒以北切割出口后与新风硐相连。

对三种风硐改造方案进行比较，如表1所示。

表1 风硐改造方案比较表

3 断面设计

3.1 断面形状选择

（1）半圆拱形：承受顶压能力较好，施工较简单方便。但承受侧压及底压能力差。适用于不含水的稳定、较稳定的地层。

（2）正方形：施工较简单方便，但承压能力差。适用于稳定或埋深较浅的非稳定的地层。

（3）圆形：承压能力强，但施工较复杂。适用于埋深较深的非稳定的地层。

通过比较分析，结合矿井实际和施工情况，设计采用正方形。

3.2 断面积及技术参数的确定

方形风硐断面7.84m2，高2.8m(与原风硐高度一致)，宽2.8m，主井井筒以北切割出口后与新风硐相连。

3.3 并联风硐增设效果风速验算

根据《煤矿安全规程》规定的风速对风硐的断面进行验算，其关系式如（1）：

式中：

V-风流速度，m/s；

Q-风井设计通过的风量，m³/s；

F-风硐设计断面积，m2。

V=9.57m/s＜15m/s

风速合理，符合要求。

4 风道墙壁开凿顺序

（1）关闭风道挡板门，测量风压。可以在风道上部开出测量孔和电缆、压缩空气等进线孔。

（2）开启挡板门，观察风压的变化，核准风压指数。

（3）进入人员，关闭入孔门，同时监视人员在风道内的情况，并进行不少于3次的无压监视。

（4）开始剔除墙壁，首先钻孔，把墙壁钻出一个小孔，进行风压测量，感受风道内工作环境。观察剔除的垃圾是否由风机吸走，是否损伤风机。

（5）逐步扩大剔除面积。达到0.2×0.2m2时，停止工作，全面测量。仔细观察风道受压情况，观察风道变形情况，测量风道的各项技术指标，测量风压在“全打开→全关闭→入孔打开→入孔关闭”等各项数据，记录存档。

（6）继续剔除内墙，并随时测量风压，每半小时更换施工人员一次，每次进入风道内的人员不少于三人。

（7）剔除面积达到1m2时，停止工作，再次全面测量观察。此时不宜测量入孔门全部打开状态的数据。入孔门打开时，必须让人员进入两道挡板门之间的位置，关闭2#挡板门后，再打开入孔门。同时观察和测量挡板门对风压载荷的变化，并随时将剔除到身边位置的垃圾及时清理出来。

（8）继续扩大剔除面积，每隔1m2，进行一次全面测量，直至全部剔除完毕。

5 其他措施

（1）墙壁的开凿必须保证洞口平齐，不得妨碍护板和支撑的安装，风道接口采用弧形，降低局部通风阻力。

（2）护板安装后，与墙壁的夹缝要用密封胶填充。

（3）前期能够剥离的墙体要完全剥离，尤其是风道墙壁，把墙壁外层全部剔除，露出两层钢筋。剥离时，注意观察内层是否能够承受风压（负压）的载荷。

（4）新风道采取有效的防腐措施，风道外表面防腐为防锈漆+调和漆各两道，内防腐为玻璃钢漆6道，除锈为人工电动工具除锈，人工涂刷或喷涂。

6 改造效果分析

（1）增加风硐断面积。断面由10.2m2增加到18m2，风速由16.3m/s减小到9.57m/s，符合相关要求。

（2）降低了矿井通风阻力。局部阻力降低200Pa，矿井通风阻力由改造前的2650Pa降至2480Pa，进一步改善了矿井通风状况。

（3）若对原风硐进行扩建，拆除、重建风硐难度高，土建工程量较大，工期长，影响矿井生产，甚至导致矿井停产。

（4）并联新风硐工程量小，工艺简单，工期短，不会影响矿井安全生产。

7 结语

由于建设回风立井选址困难、地企关系难以协调、建井周期长的制约，古城煤矿立足自身实际，积极开展通风系统优化改造，通过构筑地面并联风硐，降低了矿井通风阻力，显著改善了现场作业环境，满足了矿井安全生产的需要。