浅谈千米深井煤巷综掘高温热害处理技术应用

姚树阳

（兖煤菏泽能化有限公司赵楼煤矿，山东 菏泽 274705）

1 概述

兖煤菏泽能化有限公司赵楼煤矿位于山东省菏泽市巨野煤田中部，为兖矿集团第一对千米深井，设计生产能力300 万t/a，核定生产能力336 万t/a。煤层埋藏深，地质条件复杂，断层发育，煤层为以正常地温梯度为背景的高温区，处于二级热害区。

5309 轨道顺槽巷道设计长度752.77 m，采用EBZ220 型掘进机落煤、装煤，采用胶带输送机出煤。巷道西邻5310 工作面采空区，北邻五、十采区分界线，南邻沈庄断层（落差0～10 m），东部为设计5309 回采工作面。巷道底板标高-794～ -875 m。

2 制冷降温系统介绍

矿井采用地面全风量降温系统和井下集中式制冷降温系统联合布置的机械制冷降温系统。

2.1 地面全风量降温系统

系 统 组 成 包 括 开 利 品 牌 的19XR8P80E63MFC5A 型离心式热泵机组4 台、循环泵、冷却塔、循环管路等，设备布置在工业广场地面能源站中。总制冷能力18 MW，单台机组制冷能力4500 kW，单台机组可制出7 ℃冷冻水，出水流量215 L/s。

副井进风井口布置30 台无动力换热器，换热面积在306 m2，可处理风量13 000 m³/min；主井进风井口布置5 台无动力换热器，换热面积45 m2，可处理风量6000 m³/min。夏季，由热泵机组制备的6～7 ℃低温冷冻水通过架空敷设的DN630 主管道输送到设置在主副井口的无动力换热器。主副进风井口封闭布置，通过矿井主风机负压，进风流经过换热器实现降温除湿后进入井下大巷，达到降温目的，井底车场及大巷风温降至23 ℃左右。

2.2 井下集中式制冷降温系统

装备了井下集中式降温系统，在井下制冷硐室布置3 台KM3000 型制冷机组及配套循环泵、电控开关等设备，同时运行具有9.9 MW 制冷能力单台制冷机组，可提供180 m³/h 的3 ℃冷冻水。

2019 年建设实施了中部制冷硐室降温系统，2020 年9 月开始运行。系统位于五、七采区高温负荷中心，安装1 台KM3000 型制冷机组，并配套安装了循环泵、补水泵、纯水箱、电控及开关等设备，地面新建了工厂外冷却泵站，通过钻孔与井下形成冷却水循环，实现分区供冷。1#大巷制冷硐室负责七采区，中部制冷硐室负责五采区供冷。实现分区后，采区制冷稳定，阻力小。

主要进风巷内敷设Φ377 mm、Φ325 mm、Φ273 mm 制冷进回管路，采区进风巷敷设Φ273 mm、Φ219 mm 制冷进回管路，采掘工作面顺槽及联络巷敷设Φ159 mm 制冷进回管路，形成冷冻水输送。

3 5309 轨顺掘进工作面高温热害处理方案

3.1 5309 轨道顺槽掘进前期巷道情况

5309 轨顺临近5310 工作面，5310 工作面上山回采，回采时巷道淋涌水较大，通过水泵外排，回采完毕施工完5309 切眼后，在切眼内施工大直径钻孔，通过套管方式排水，含水较多。

5309 轨顺整体沿煤层底板掘进，施工段煤层厚度在3.5～6.5 m 之间，巷道沿空掘进，左帮沿空煤柱4.5 m，顶帮部淋涌水煤柱松软，巷道温度高，现场条件差，不能及时对巷道内环境降温，职工工作效率低下，严重影响职工身心健康和掘进施工效率。

3.2 巷道内高温热害产生的原因

对巷道施工条件分析不准确，超前谋划不到位，制冷降温、防治水工作落实不到位，未能作为工区重点工作抓紧抓实。

3.2.1 制冷系统安设滞后

巷道温度高，现场条件差，在低洼点处淋涌水控制和降温方面做得不足，且对巷道内温度预测不准确，未及时延接制冷管。巷道4 月初开始温度明显升高，迎头温度一度达到34 ℃，制冷管路滞后严重，不能及时对巷道内环境降温，职工工作效率低下，严重影响掘进施工效率。

3.2.2 对防排水重视程度不够

（1）排水难度大。在沿空侧喷浆，大量回弹料从水沟进入排水硐室、排水池，造成集水池清挖工作量增大，清挖不及时现象时有发生，进而导致排水泵烧坏，迎头积水影响生产进尺。

（2）排水系统不完善。施工时对老空区积水情况预测不足，巷道内排水系统不完善，排水能力不足，加之老空区积水情况预测不足，导致迎头积水，巷道温度升高。

① 巷道内首次在左帮揭露一个出水的卸压孔，当时现场排水管未接，无电泵，仅一台风泵，导致迎头积水，当时使用溜子出水煤，连续一周每天仅有2 排进尺。

② 自巷道进行探放水开始，迎头后方使用集装箱积水、排水，因集装箱挪移过程中需将两路4 寸排水管路重新延接，加之挪移时间较长导致迎头积水无法及时外排，只能待集装箱排水系统挪移完成后才能开始排水，进而造成迎头积水排水时间长。

③ 在掘进过程中，因探放水孔施工，造成迎头积水影响进尺。

④ 排水泵故障率较高。因现场环境湿度极大，备用排水泵放置一天就会造成绝缘值低、不能正常使用等现象频繁发生，导致迎头多次积水，影响施工进度。

⑤ 供电系统薄弱。因前期对老空积水预估不足，电泵安装数量与后期投入电泵差距大，造成供电线路负荷较大，易造成电缆发热等危险现象。经过更换电缆后，及时排除隐患，但增加了人工投入，影响了生产时间。

3.2.3 锚网质量差

施工过程中受地质条件及人为因素影响，重生产轻质量，导致沿空侧煤体松软，成型较差，锚杆锚索施工困难，且在质检科验收过程中，欠宽及锚网质量问题突出。

3.2.4 煤流系统标准化低

在三部皮带延伸过程中，考虑不周全，下山施工没考虑到沿线H 架生根问题，加之巷道底板浮煤较多，排水系统出问题时，积水顺皮带里侧冲刷H架，造成H 架歪斜，皮带跑偏，进而造成皮带撒煤多，加之皮带维护不及时，形成恶性循环。生产班组拖移机尾后，不及时清理机尾、承载段处积煤，也造成皮带在机尾处就开始跑偏，生产出煤时，撒煤点多，进而造成巷道底板浮煤多。

3.2.5 运输系统滞后

因前期未施工单轨吊，导致迎头或排水点运输电泵、开关、电控箱、油泵电机及油泵等设备时无法运输，只得靠人工托运，且在托运设备过程中，极易造成电缆受损，进而浪费大量宝贵施工时间。

3.3 高温热害处理过程及效果

3.3.1 施工排水硐室集中排水降温

5309 轨道顺槽巷道采帮188 排位置斜向135°向里施工菱形排水硐室一个，硐室宽×深×高=5 m×4 m×2.8 m，硐室底板低于巷道底板1 m，排水硐室顶部采用Φ22 mm×2400 mm 高强度螺纹钢锚杆配合4900 mmT 型钢带，间排距为850 mm×700 mm；帮部采用Φ22 mm×2400 mm 高强度螺纹钢锚杆配合护帮板支护，间排距为850 mm×800 mm；顶、帮均铺设双层网，里层为钢塑网，外层为金属网；排水硐室顶部施工29U 型钢锚索梁，每根锚索梁施工3 根锚索，梁长4.4 m，外侧与中部锚索眼距1800 mm，里侧与中部锚索眼距2200 mm，排距1400 mm，选用Φ22 mm×6200 mm、Φ22 mm×8000 mm、Φ22 mm×10 000 mm 锚索，保证锚固到稳定岩层1 m 以上。硐室施工完毕后集中水量至排水硐室，减少水与空气的接触面积和时间，达到巷道降温的目的。

3.3.2 增加空冷器加强机械式降温

为有效解决巷道高温问题，从6 月底开始，在巷道内每隔200 m陆续安设RWK-450型空冷器3台。空冷器安设在皮带机的上方，全部位于同一方向。空冷器顺着风流方向吹冷风，通过冷热空气接触，降低空气温度，进一步达到降低巷道内温度的目的。

3.3.3 变更大功率局部通风机增加风量降温

前 期 选 择 实 测 吸 风 量470 m3/min 的FBDN07.1/2×37 kW 压入式对旋轴流局部通风机，为增加通风量，后期更改为FBDNo7.5/2×45 kW 局部通风机。局部通风机安装在南部2#辅助运输大巷内，风筒采用Φ800 mm 抗静电阻燃软质风筒，最长通风距离950 m 左右，风筒出风口距离迎头不大于10m ，能够满足巷道掘进通风要求。

3.3.4 降温效果

采取降温措施后，巷道内温度平均降低5 ℃，温度在28 ℃左右，改善了现场作业环境，保障了职工身心健康，工作效率提高，六小时工作制可以连续工作五小时以上，在清理巷道卫生及准备掘进支护材料等工作时速度提升，掘进进尺由原来每天5 排提高到每天6 排，提高1 排掘进速度，实际比计划贯通时间提前1d。

4 强化现场管理

（1）抓好辅助运输工作，特别是机电煤流系统管理及单轨吊运输方面，维护好辅助运输系统，为生产保驾护航。

（2）超前谋划，提前组织，做好排水系统的安装及维护，按双回路供电双管路排水布置，现场电泵实现热备，保证有效排水能力，确保排水系统可靠，防止因电泵损坏而出现积水的现象。因积水面积过大，与空气接触过长时间后，会导致巷道内温度升高，长时间温度得不到降低。

（3）加强班组管理，提高锚网质量。严格按制度进行锚网质量及其他工作的验收工作，明确验收员责任，加强对验收员的管理，确保巷道成型，做到每颗锚杆有考核。

（4）抓牢抓实巷道一次成巷工作。严格按规程措施施工，切实把一次成巷摆在重要的位置，尤其是制冷管路的延接工作，为改善工作环境、提高工作效率提供保障。

（5）严格落实管理制度，提高标准化水平。抓好职工日常行为养成，加强现场标准化考核和质量管控，严格按制度落实考核，逐步提高标准化水平。