姚橋煤礦西翼通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造研究

董 旗

(大屯姚橋煤礦，江蘇 徐州 221611)

0 引言

礦井通風(fēng)系統(tǒng)是礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分，它服務(wù)于生產(chǎn)系統(tǒng)，同時(shí)又制約著生產(chǎn)系統(tǒng)［1］。礦井通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)劣好壞，直接影響著礦井的安全生產(chǎn)、災(zāi)害防治和經(jīng)濟(jì)效益。在實(shí)際生產(chǎn)中，往往由于礦井通風(fēng)系統(tǒng)的不合理，影響了礦井的正常生產(chǎn)和礦井的抗災(zāi)能力，導(dǎo)致礦井經(jīng)濟(jì)效益的嚴(yán)重滑坡。為確保礦井安全生產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)，提高礦井的抗災(zāi)能力，最終提高礦井的經(jīng)濟(jì)效益，通風(fēng)系統(tǒng)必須保持最佳運(yùn)行狀態(tài)［2］。因此，建立完善、合理的礦井通風(fēng)系統(tǒng)是礦井安全生產(chǎn)和提高效益的基本保證［3－4］。礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造正是為這一目的，它是通風(fēng)管理工作和礦井設(shè)計(jì)過程中的一項(xiàng)主要任務(wù)和內(nèi)容。

1 礦井概況

姚橋煤礦隸屬于大屯煤電公司，位于江蘇省徐州市西北約82 km，南距沛縣城約17 km。姚橋煤礦井田范圍為西起F18斷層，東至經(jīng)線(y)39498000，南以F14斷層及21號(hào)煤層露頭為界，北至F19和袁堂斷層，除東部是人為邊界劃分外，其余均為自然邊界。

礦井開拓方式:為立井多水平、上下山同時(shí)開采的方式，現(xiàn)有－400 m、－650 m兩個(gè)水平同時(shí)生產(chǎn)，－850生產(chǎn)水平正在開拓建設(shè)中。目前全礦井共有中央下山采區(qū)、東七上山采區(qū)、東三下山采區(qū)、新東四上山采區(qū)、東六上山采區(qū)、西九下山采區(qū)共6個(gè)生產(chǎn)采區(qū)，正在施工建設(shè)的西六采區(qū)和東六下山采區(qū)(三條下山施工基本到位，現(xiàn)已停建)均為開拓準(zhǔn)備采區(qū)。姚橋井田內(nèi)可采煤層有太原組的17、21號(hào)煤層，厚度平均為1.1 m、1.36 m;山西組可采煤層為7、8號(hào)煤層，平均厚度為4.86、3.32 m。目前主采為7、8號(hào)煤。

2 通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀及問題

2.1 通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀

礦井通風(fēng)為混合式、抽出式通風(fēng)(四進(jìn)三回)，即由井田中央－400 m水平的主副井和－650 m水平的新主副井兩對(duì)井筒進(jìn)風(fēng)，由井田西翼邊界的西風(fēng)井、井田東翼邊界的東二風(fēng)井和井田中央邊界的東一風(fēng)井三個(gè)井筒回風(fēng)的混合式通風(fēng)方式。礦井通風(fēng)系統(tǒng)為中央分列式，新、老主井、副井進(jìn)風(fēng)，東一風(fēng)井、東二風(fēng)井和西風(fēng)井回風(fēng)。東一風(fēng)井、西風(fēng)井主通風(fēng)機(jī)型號(hào)為 G4－73－11No.25D離心式通風(fēng)機(jī)，東二風(fēng)井主通風(fēng)機(jī)型號(hào)為ANN－2500/1250型軸流式通風(fēng)機(jī)。西風(fēng)井總回風(fēng)量為4345 m3/min，等積孔為2.12 m2，主要服務(wù)于西三、西二、西五、西九、西六和 －850開拓采區(qū)。

2.2 通風(fēng)系統(tǒng)存在問題

1)隨著生產(chǎn)接續(xù)不斷向西翼和深部延伸，現(xiàn)有西風(fēng)井主要通風(fēng)機(jī)G4－73－11NO.25D不能滿足礦井向深部延伸、西翼采區(qū)開拓供風(fēng)的需要，需優(yōu)化改造西翼通風(fēng)系統(tǒng)，保證西風(fēng)井新主通風(fēng)機(jī)投入運(yùn)轉(zhuǎn)后系統(tǒng)的合理。

2)目前，西翼采區(qū)回風(fēng)巷主要是一些老巷道，巷道斷面小、不規(guī)整，有1000多米巷道嚴(yán)重失修，供風(fēng)路線長(zhǎng)，致使井下通風(fēng)系統(tǒng)管網(wǎng)阻力高［6］，而且是多水平多階段同時(shí)開采，通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜，通風(fēng)設(shè)施繁多，漏風(fēng)量大，系統(tǒng)不穩(wěn)定。

3)隨著礦井開采水平的逐年延深，通風(fēng)流程增長(zhǎng)、通風(fēng)阻力進(jìn)一步加大，通風(fēng)阻力將超過3000 Pa(大于規(guī)定要求)，增加采空區(qū)防滅火的壓力，易造成自燃發(fā)火［8］。

3 通風(fēng)系統(tǒng)改造的必要性

1)改造通風(fēng)系統(tǒng)后，礦井通風(fēng)線路縮短，系統(tǒng)簡(jiǎn)單合理，可以達(dá)到降低通風(fēng)阻力、減少系統(tǒng)漏風(fēng)、降低風(fēng)機(jī)功耗的目的。

2)現(xiàn)西風(fēng)井正在改造中，更換后主通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量、負(fù)壓將會(huì)升高，西翼原有的通風(fēng)系統(tǒng)無法滿足風(fēng)機(jī)聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)的需要。

3)長(zhǎng)期考慮，西風(fēng)井改造后將東一風(fēng)機(jī)改進(jìn)風(fēng)，實(shí)現(xiàn)兩翼對(duì)角式通風(fēng)，提高礦井通風(fēng)的可靠性，同時(shí)為整個(gè)礦井通風(fēng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化、優(yōu)化創(chuàng)造條件。

4 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造方案及效果分析

4.1 優(yōu)化改造方案

根據(jù)西翼生產(chǎn)規(guī)劃和接續(xù)安排、通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀分析和存在的一系列問題，結(jié)合通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化［3］和西風(fēng)井主扇選型的方案，在綜合分析各種存在問題的基礎(chǔ)上，本著針對(duì)現(xiàn)實(shí)、對(duì)癥下藥、理論聯(lián)系實(shí)際的優(yōu)化工作思路，研究制定出通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化簡(jiǎn)化方案［1］，按計(jì)劃分步驟地安排實(shí)施，全面開展西翼通風(fēng)巷道的收縮、擴(kuò)寬、補(bǔ)打以及通風(fēng)系統(tǒng)改造工作。

4.1.1 收縮巷道

先后收縮了西五采區(qū)、西三采區(qū)、西五邊界采區(qū)廢棄的甩道、運(yùn)煤通道等，共簡(jiǎn)化報(bào)廢巷道5150 m，優(yōu)化后的系統(tǒng)更加合理，減少了角聯(lián)巷道和無效用風(fēng)巷道，簡(jiǎn)化了通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)。

表1 收縮巷道情況一覽表

圖1 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化示意圖

4.1.2 擴(kuò)寬巷道

擴(kuò)寬巷道6550多米，增加回風(fēng)巷的斷面，提高進(jìn)回風(fēng)巷道的規(guī)整度，降低通風(fēng)阻力［6］;同時(shí)加固老密閉墻32道，改造西翼區(qū)域風(fēng)門設(shè)施48組，增加了通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

表2 巷道擴(kuò)寬工程一覽表

4.1.3 補(bǔ)打巷道

為完善通風(fēng)系統(tǒng)，補(bǔ)打了－181補(bǔ)回風(fēng)巷，西三下車場(chǎng)回風(fēng)通道、西六回風(fēng)通道，共掘巷道長(zhǎng)度425 m。實(shí)現(xiàn)了西三回風(fēng)上山和西三軌道上山;－181補(bǔ)回和西總回風(fēng)巷的并聯(lián)回風(fēng)，回風(fēng)巷總斷面積達(dá)到了23 m2，大大降低了總回風(fēng)巷阻力，能夠滿足礦井困難時(shí)期的供風(fēng)需要。

表3 補(bǔ)掘巷道一覽表

4.1.4 通風(fēng)系統(tǒng)改造

2012年在通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)查和阻力測(cè)定的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算機(jī)模擬，制定出“西翼通風(fēng)系改造”戰(zhàn)略工程，并分三大步實(shí)施。

第一步在西六上車場(chǎng)、－400西大巷尾增加兩組風(fēng)門設(shè)施，將－400 m西大巷改為用風(fēng)巷道，將西六采區(qū)改為上行風(fēng)，降低公共段阻力，提高－850區(qū)域、西六采區(qū)供風(fēng)的穩(wěn)定性。

第二步拆除西三回風(fēng)下口、西三軌道下口的通防設(shè)施，將西三軌道、西三回風(fēng)上山和整個(gè)采區(qū)及下部巷道變?yōu)榛仫L(fēng)道，降低西翼回風(fēng)阻力。

第三步在西三下口車場(chǎng)補(bǔ)打巷道與西三回風(fēng)上山溝通，解決西三車場(chǎng)里段巷道斷面小，阻力大的問題。通過這次通風(fēng)系統(tǒng)改造與調(diào)整后，大大降低了西風(fēng)井回風(fēng)阻力，西風(fēng)井負(fù)壓降低407 Pa，回風(fēng)量增加500 m3/min ～600 m3/min。

圖2 優(yōu)化改造后西通風(fēng)系統(tǒng)示意圖

4.2 效果分析

通過西翼通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造，礦井通風(fēng)質(zhì)量、安全生產(chǎn)保障以及節(jié)能降耗方面都有極大改觀:

表4 系統(tǒng)改造前、后主要通風(fēng)參數(shù)對(duì)比

(1)通過優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)，西風(fēng)井負(fù)壓較優(yōu)化前降低約11%，外部漏風(fēng)率降低18.7%，等積孔增大約8.2%。改造后的通風(fēng)系統(tǒng)更加合理，在保證有效用風(fēng)的前提下降低了風(fēng)機(jī)能耗［4］，帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

(2)優(yōu)化后的通風(fēng)系統(tǒng)，收縮了巷道，減少了巷道維護(hù)的工程量，降低了維護(hù)投入。

(3)提高了礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，為西風(fēng)井主扇的更換奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)提高了礦井防災(zāi)、抗災(zāi)能力［7］。

(4)簡(jiǎn)化優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)后，大大減少了礦井內(nèi)部漏風(fēng)，減少無效費(fèi)巷的通風(fēng)，礦井風(fēng)量利用率大大提高，礦井有效風(fēng)量利用率達(dá)90%，同時(shí)為風(fēng)機(jī)安全高效運(yùn)轉(zhuǎn)提供了可靠的保證［5］。

(5)對(duì)老采空區(qū)密閉墻加固，掛網(wǎng)噴漿，消除了因西風(fēng)井改造后負(fù)壓增大，造成采空區(qū)漏風(fēng)的隱患，大大節(jié)約了防滅火費(fèi)用投入［8］。

(6)礦井通風(fēng)系統(tǒng)狀況煥然一新，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，便于了管理。能夠有效的預(yù)防“一通三防”各類事故。

5 總結(jié)

姚橋礦通風(fēng)網(wǎng)路復(fù)雜、角聯(lián)分支多。礦井通風(fēng)系統(tǒng)調(diào)整應(yīng)從簡(jiǎn)化系統(tǒng)，減少角聯(lián)支路數(shù)，風(fēng)流易于控制，和提高礦井應(yīng)變能力、提高多風(fēng)機(jī)聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性方面出發(fā)，并兼顧生產(chǎn)接續(xù)。因此應(yīng)調(diào)整礦井生產(chǎn)布局，加快對(duì)西翼的開發(fā)，以延長(zhǎng)東二風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)的服務(wù)年限。同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)東一與東二風(fēng)井回風(fēng)系統(tǒng)、東一與西風(fēng)井回風(fēng)系統(tǒng)結(jié)合部的通風(fēng)設(shè)施管理，減少多風(fēng)機(jī)聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)的相互影響，必要時(shí)的監(jiān)控，防止出現(xiàn)風(fēng)機(jī)不穩(wěn)定運(yùn)行。針對(duì)西風(fēng)井更換主通風(fēng)機(jī)后的通風(fēng)能力，實(shí)施東風(fēng)西調(diào)工程，落實(shí)東一風(fēng)井改進(jìn)風(fēng)方案，確保全礦井通風(fēng)的穩(wěn)定性。

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