高瓦斯易自燃煤層群開采礦井通風系統(tǒng)淺析

李玉杰++贠少強++寶銀曇++李永懷++吳海龍

摘 要：高瓦斯易自燃煤層群開采的礦井通風系統(tǒng)為復雜通風系統(tǒng)。主要從礦井通風難易程度、礦井通風阻力分布情況、礦井風量分布情況、通風網(wǎng)絡系統(tǒng)的穩(wěn)定性、礦井通風阻力與主要通風機特性匹配性等方面做了系統(tǒng)分析，對礦井的通風系統(tǒng)做了較全面的安全性能檢驗，并提出了結(jié)論性建議，為礦井通風與安全技術(shù)管理工作提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：高瓦斯礦井；通風系統(tǒng)；系統(tǒng)分析

中圖分類號：TB

文獻標識碼：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.21.108

1 概述

該礦位于陜西彬長礦區(qū)南部邊界，設計最大生產(chǎn)能力800Mt/a，服務年限925年。礦井開采的4#煤、4上煤均屬自然發(fā)火煤層，發(fā)火期3～5個月，最短發(fā)火期24天，屬Ⅰ級自燃礦井。4#煤煤層全厚0～1973m，平均1165m，煤層結(jié)構(gòu)簡單，傾角5°，屬較穩(wěn)定煤層，煤塵具有爆炸性，爆炸指數(shù)3008%。

礦井采用斜井—立井綜合單水平開拓，并設有一個輔助水平。全礦井共有五個井筒，即兩條斜井，三個立井。兩條斜井分別為主斜井、副斜井；三個立井分別是3#進風立井、1#回風立井和2#回風立井。采煤方法為走向長壁綜采放頂煤法，全部跨落法管理頂板。掘進采用綜合機械化掘進和炮掘相結(jié)合的方法。

礦井采用中央并列式抽出式通風系統(tǒng)， 4#煤采區(qū)通風由主斜井、副斜井、3#排矸立井進風，回風立井回風，總進風量11589 m3/min，總回風量為10570 m3/min；4上煤采區(qū)通風由主斜井、副斜井、3#排矸立井進風，2#回風立井回風，總進風量6333 m3/min，總回風量為6778m3/min。

2 礦井通風系統(tǒng)分析

2.1 礦井通風難易程度的評價

由于礦井目前4#煤層與4上煤層通風系統(tǒng)相對獨立，兩煤層之間僅有少量風量溝通，相互影響甚微，可以忽略。另外4上煤層系統(tǒng)簡單還沒有形成完整的生產(chǎn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)中主要風量分配為掘進通風。故本次通風阻力測定僅需計算4#煤系統(tǒng)礦井等積孔。4#煤礦井等積孔的計算62 m2。

可見，4#煤礦井等積孔小于7。根據(jù)煤炭科學研究院撫順分院提出的，按煤炭產(chǎn)量及瓦斯等級確定的礦井通風難易程度分級標準，年產(chǎn)量300萬噸的高瓦斯礦井等積孔的最小值為7，表明目前該礦礦井等積孔偏小，礦井通風較困難。

2.2 通風阻力分布情況

礦井通風系統(tǒng)中風路可分為進風段、用風段和回風段。測定的4#煤通風路線上通風阻力分布情況（百分比）為進風段48277Pa，占333%；用風段22805Pa，占157%；回風段73778Pa，占509%。

一般合理的礦井的進風段、用風段和回風段阻力分配比例應為3∶3∶4，而礦井4#煤實際礦井通風路線阻力分配比近似為35∶15∶5?？梢钥闯?，目前該礦礦井通風阻力主要集中在回風段，原因是兩條回風巷中均有軌道運輸、多條Ф820、Ф478瓦斯抽放管等其它管路，這些都增加了礦井通風阻力。

礦井4煤通風系統(tǒng)在回風段尤其是在2#總回風巷到回風立井的阻力坡度變化較大，其余比較均勻。這說明井下通風巷道的風阻沒有很大差異，但由于通風路線較長，如果聯(lián)絡巷過多也難免會造成較大的局部阻力。

2.3 礦井風量分布的分析

由于4上煤層系統(tǒng)未形成完整的生產(chǎn)系統(tǒng)，用風主要掘進通風為主，剩余風量沿已形成的簡單通風回路流動，故風量不作統(tǒng)計。

根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，4#煤層系統(tǒng)中用風地點過多，從主、副斜井井底到40106工作面運輸順槽聯(lián)巷時，已經(jīng)有10處用風地點，而這10處用風地點有3處（即機車修理及充電硐室16m3/s、40301運輸順槽聯(lián)絡巷爆破材料發(fā)放硐室24 m3/s、401采區(qū)變電所75 m3/s）是必需的，但配風量偏大，還有1處1#聯(lián)絡巷是軌道運輸聯(lián)絡巷，設置有風門但也過風6～7m3/s，其余6處用風（風量大于22 m3/s，而40106工作面風量僅128 m3/s）皆沒必要。

根據(jù)以上分析可見，4#煤層通風系統(tǒng)風量分配不合理，導致礦井總風量很大，但有效風量率較小。建議礦方對于一些不必要的聯(lián)絡巷及時進行封閉，以免造成風量損失。風量在進入工作面前損失的結(jié)果也是造成回風段阻力增大的因素。

2.4 礦井通風系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析

根據(jù)礦方提供的礦井通風系統(tǒng)圖結(jié)合本次通風阻力測定繪制了礦井通風網(wǎng)絡圖?？傮w看該網(wǎng)絡圖下部為進風流，中部為用風地點，上部為回風流，左部為4#煤通風系統(tǒng)，右部為4上煤通風系統(tǒng)?？梢钥闯鲎笥覂蓚€系統(tǒng)是相對獨立的，這兩個系統(tǒng)有三條巷道聯(lián)系，這三條巷道僅僅是為了方便兩層煤運輸、行人及運料，不作為主要的通風巷道，在必要時可以隨時封閉或調(diào)整，對兩層煤的通風系統(tǒng)影響不大，所以可以將兩個系統(tǒng)分開分析。先看4上煤即右部網(wǎng)絡，由于4上煤處于掘進時期，還未形成完整的生產(chǎn)系統(tǒng)，各主要風流之間處于并聯(lián)，系統(tǒng)相對簡單，也相對穩(wěn)定。而4煤系統(tǒng)網(wǎng)絡較復雜，雖主要風流路線之間也屬并聯(lián)，但由于聯(lián)巷及用風地點過多角聯(lián)分支也比較多，從該網(wǎng)絡中可以看到中間節(jié)點較密集的一條橫向風流路線，即40108備用工作面所處路線，該路線的始節(jié)點及末節(jié)點分別處于兩個并聯(lián)路線的中部，是一個較大的角聯(lián)支路。故40108備用工作面風流可能出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況，不過隨著40106工作面采完封閉，40108工作面也會逐步轉(zhuǎn)向并聯(lián)支路，但目前來說因40108支路及其余角聯(lián)支路的存在該網(wǎng)絡不穩(wěn)定。

對比兩個網(wǎng)絡圖，很明顯，封閉聯(lián)絡巷后系統(tǒng)中的角聯(lián)分支的數(shù)目明顯減少，大多是屬于兩個進風大巷或兩個回風大巷之間的聯(lián)絡巷，而這些雖屬角聯(lián)分支，但對于整個系統(tǒng)的影響較小，所以建議礦方按照以上分析將不必要的用風巷道及時封閉，增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.5 礦井通風阻力與主要通風機特性匹配性的分析

2.5.1 通風機葉片安裝角度5°下的工況參數(shù)

1#通風機運行工況參數(shù)：H通=1529Pa，Q通=20404 m3/s，P通=66897kW，η通=47%；2#通風機運行工況參數(shù)：H通=1478Pa，Q通=20492 m3/s，P通=64743kW，η通=4436%。

2.5.2 通風機工況分析

依據(jù)礦井《在用主要通風機系統(tǒng)安全檢驗報告》（SMAJ/TF-10014）中，1#立風井正在運行的兩臺GAF25-118-1型主要通風機空氣動力性能曲線確定兩通風機運行工況點。

由兩臺通風機在5°安裝角度時的運行工況特性曲線和工況點參數(shù)可以看出，兩風機的靜壓、風量均低于通風機應達到的風壓、風量；通風機的效率均低于60%，1#風機47%，2#風機4436%，運行效率太低，很不經(jīng)濟，不符合煤炭行業(yè)有關(guān)規(guī)定和國家節(jié)能政策。

2#風機的電機功率已處于功率曲線的最高點，在現(xiàn)有通風網(wǎng)路的基礎上，調(diào)節(jié)通風機工況點以增大風量和風壓，已無潛力。因此，兩臺通風機與本礦1#立風井現(xiàn)有通風網(wǎng)路不匹配。

3 結(jié)論

（1）根據(jù)通風阻力測量數(shù)據(jù)處理結(jié)果，可計算出礦井通風系統(tǒng)的等積孔為620m2，通風較為困難，屬于較大阻力礦井。根據(jù)阻力分布結(jié)果，礦井回風段阻力較大。

（2）從礦井通風阻力的實測結(jié)果可見：礦井通風系統(tǒng)的總阻力為144396 Pa，對比于主通風機測試的性能曲線，4#煤采區(qū)通風系統(tǒng)和主通風機之間不能合理匹配，需進行通風系統(tǒng)改造。

（3）礦井屬于高瓦斯易自然礦井，存在高抽巷等多種抽放方式及預裂巷，對綜放工作面防滅火工作產(chǎn)生影響，建議高抽巷、預裂巷與工作面自然發(fā)火的關(guān)系立項研究，確保安全生產(chǎn)。

參考文獻

[1]常心坦，劉劍，王德明.礦丼通風及熱害防治[M].徐州：中國礦業(yè)大學出版社，2007.

[2]李玉杰，田坤.工作面通風系統(tǒng)對采空區(qū)煤炭自燃影響分析[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2013，25（ 6）： 180181.

[3]李玉杰，贠少強，寶銀曇.近距離高瓦斯易自燃煤層群開采礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化實踐[C].煤礦綠色高效開采技術(shù)研究——陜西省煤炭學會學術(shù)年會論文集（2016），2016：191198.