经坊煤业北翼回风井建设方案的可行性研究

武翀

（山煤集团长治经坊煤业有限公司，山西 长治 047100）

1 北翼回风井建设的必要性

山西省煤炭工业厅综合测试中心对经坊煤业2012 年瓦斯等级鉴定为瓦斯矿井，在矿井北翼采区巷道掘进时发现瓦斯含量增高，涌出量增大。为满足矿井瓦斯抽采及增加风量、降低风阻的需要，建设北翼回风井是非常必要的，其建设必要性有以下两个方面：

（1）北翼采区瓦斯含量增大，从稀释和排出瓦斯角度出发，现有通风系统已很难再满足安全生产要求。为此，除进一步加强瓦斯抽放工作外，尚需对矿井现有系统进行改造，增加矿井通风能力。通过对现有系统分析，矿井现有4 个井筒，其中3进1 回，进风井筒有效通风断面可满足瓦斯增大矿井通风量的要求，回风井筒有效断面不能满足矿井增加通风量的要求，因此新建北翼回风井非常必要。

（2）八采区位于井田西北部，通风距离约为6.5 km。本井田北部八采区无安全出口，建设北翼回风井可使八采区增加一个安全出口，缩短了灾害时的逃生距离。

2 北翼回风井建设方案

根据北翼回风井建设原则，按照矿井目前通风系统情况分析，北翼回风井建设项目初步设计遵循可研报告确定的建设方案，在八采区东南部建设北翼回风井担负七、八、九采区回风，现有回风立井担负矿井南翼采区回风。

北翼回风立井井筒位置可供选择的地方有3 处：七采区南部靠近九采区的北集中大巷与西二集中大巷交汇处，西坟上村西侧约350 m 处，西二集中大巷南侧约140 m 处。虽然井筒位于七、八、九采区的中部较为合适，但考虑到购地情况（尽量不占基本农田），设计采用可研阶段批准的井筒位置。

新建北翼回风井方案中考虑到斜井断面利用率低、井筒工程量大及井筒压煤多，并且北翼采区埋深较大、表土层较厚，设计确定采用立井方案。新建北翼回风立井井口位置设计考虑在北呈村东北侧约300 m、八采区回风巷西侧约270 m 处（现为一个旧砖窑）。井口标高为+945 m，井底标高+557 m，井筒深度为388 m。由于回风井井筒附近存在陷落柱，井口位置存在风险，需要进一步探查核实。在井筒建设前要施工井筒检查钻孔，准确定位北翼回风立井井筒位置，确保施工安全。经坊煤业矿井通风设计如图1 所示。

图1 坊煤业矿井通风设计图

3 北翼回风立井设计主要技术参数

为满足生产需要，北翼回风立井井筒的设计直径为3.5 m，垂深为120 m，井筒为砌体结构。井筒装备范围包括宽罐笼带平衡锤系统和窄罐笼提升系统。宽罐笼提升钢丝绳最大终端载荷为550 kN，宽罐平衡锤提升钢丝绳最大终端载荷475 kN，窄罐笼提升钢丝绳最大终端载荷425 kN，窄罐平衡锤提升钢丝绳最大终端载荷345 kN。新建北翼回风立井投入使用后，矿井回风井筒分别为新建北翼回风立井和已有回风立井2 个回风井筒。矿井总回风量为235 m3/s，其中新建北翼回风立井回风量为120 m3/s ，已有回风立井回风量为115 m3/s。各进风井风量分配：主斜井进风量为20 m3/s，副斜井进风量为85 m3/s，进风立井进风量为130 m3/s。

4 北翼回风立井建设方案的优缺点

4.1 主要优点

（1）井筒与风井场地不占基本农田。

（2）井筒工程量最小。设计确定的北翼回风立井场地的井口标高为+945 m，井底标高为+557 m，井筒深度为388 m，而井筒位置方案的井筒深度全部都在400 m 以上。

（3）安全出口距离最短。

4.2 主要缺点

（1）北翼回风立井井口南侧50～60 m 左右存在一个陷落柱（X8-14），对井筒施工与使用带来了影响。

（2）北翼回风立井场地靠近八采区南部边界也是矿井井田边界，场地南部煤柱有局部超出井田范围的问题，但建设单位目前已与临矿山西华晟荣煤矿有限公司签订了压覆矿产资源协议书，可以保证矿井生产安全。

5 北翼回风立井建设对瓦斯抽采的影响

5.1 瓦斯含量测定

在井下布置了6 个瓦斯含量测点，含量测定情况见表1，其中残存瓦斯含量为2.34 m3/t。6 个测点都处于甲烷带，煤层埋深与瓦斯含量存在线性关系。根据3 号煤层测点的埋藏深度及瓦斯含量值，回归计算3 号煤层瓦斯含量随煤层埋藏深度增加变化趋势图，如图2 所示。

表1 测点埋深及瓦斯含量表

图2 煤层瓦斯含量随埋深的变化规律

5.2 可抽瓦斯量计算

矿井可抽采瓦斯量反映着矿井瓦斯资源的开发程度，与其抽采工艺技术和抽采能力密切相关。一般采用下式计算：

式中：Wkc为矿井可抽瓦斯量，Mm3；ηk为矿井瓦斯抽采率，取ηk=45%；Wk为矿井瓦斯储量，Mm3。

根据矿井煤层数据，可计算得矿井可抽采瓦斯量。

Wkc=19 451.49×0.45=8 753.2 Mm3。

矿井3 号煤层七采区或八采区布置一个回采工作面、一个准备工作面，回采前进行预抽，回采时边采边抽。预计本煤层采煤工作面最大瓦斯抽采量为15.5 m3/min。

矿井3 号煤层回采工作面邻近层最大绝对瓦斯涌出量为2.18 m3/min，占回采工作面瓦斯涌出12%，影响较小，可以不采用邻近层瓦斯抽采方法。

矿井老采空区瓦斯涌出量最大16.81 m3/min，设计采用全封闭插管抽采方法抽采一个采空区，设计瓦斯抽采量均为3 m3/min。为了解决回采工作面后方紧邻采空区瓦斯问题，设计采用埋管抽采或高位钻孔抽采上隅角瓦斯，预计抽采量为4 m3/min。

矿井3 号煤层瓦斯抽采量包括采煤工作面瓦斯抽采、老采空区瓦斯抽采及上隅角瓦斯抽采，因此计算矿井最大瓦斯抽采量为：

15.5+3+4=22.5 m3/min。

矿井设计年抽采瓦斯量为11.82 Mm3/a。

5.3 瓦斯抽采率

3 号煤层八采区瓦斯最大抽采量为22.5 m3/min，最大瓦斯涌出量为29.24 m3/min，最大瓦斯抽采率可达76.9%。根据抽采达标指标，矿井抽采率为不小于35%，按照最小抽采率计算风排瓦斯量。瓦斯最小抽采量为10.23 m3/min，采空区最小瓦斯抽采量为2.5 m3/min，回采工作面最小瓦斯抽采量为7.7 m3/min（掘进工作面不抽采）。

6 结论

通过上述分析，北翼回风井的建设方案必要性、优缺点得到了充分的论证。北翼回风井的建设能够显著提高瓦斯的抽采效果，满足矿井瓦斯抽采及增加风量、降低风阻的需要。