青東煤礦通風(fēng)系統(tǒng)模擬分析與預(yù)測研究

文/楊 ?。ɑ幢钡V業(yè)<集團>有限責(zé)任公司技術(shù)中心）

近年來，隨著礦井開采深度、強度及機械化程度的增加，礦井通風(fēng)系統(tǒng)逐漸復(fù)雜化，通風(fēng)問題也會愈加突出，嚴重影響礦山的生產(chǎn)效率和職工的健康與安全。開展改擴建礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究，解決改擴建礦井存在的通風(fēng)難題，對創(chuàng)造安全穩(wěn)定的工作環(huán)境和提高礦山的經(jīng)濟效益都有積極意義[1-2]。礦井開采深度增加使得礦井通風(fēng)系統(tǒng)日益復(fù)雜[3]，通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也日益復(fù)雜，給煤礦高效安全生產(chǎn)帶來了不可預(yù)測性[4]。本文對青東煤礦通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)進行模擬分析，根據(jù)礦井采掘接替計劃，青東煤礦七采區(qū)上首采面投產(chǎn)，判斷中央風(fēng)機及井下的通風(fēng)系統(tǒng)是否能夠滿足屆時的通風(fēng)需求以及應(yīng)采取的措施。

一、礦井及其通風(fēng)系統(tǒng)概況

青東井田位于淮北礦區(qū)臨渙區(qū)的西北角。東以大劉家斷層為界，西至F9 斷層，南以石炭系太原組頂界灰?guī)r露頭線為界，北至F19 斷層和2-2 煤層-1200m 水平投影線，東西長約13km，南北寬約2.5～6.5km，礦區(qū)面積51.729km2。礦井井型為1.8Mt/a，采用立井、多水平，主要大巷、石門分區(qū)開拓，分區(qū)通風(fēng)、集中出煤的開拓方式。前期開采儲量豐富的東區(qū)，采用主井、副井和中央風(fēng)井三個立井，主要大巷、石門開拓，中央并列式抽出的通風(fēng)方式。礦井設(shè)計三個生產(chǎn)水平：一水平標高為-585m，二水平標高為-900m，三水平標高-1200m。根據(jù)礦井采掘接替計劃，先是七采區(qū)上首采面投產(chǎn)，后期七采區(qū)下首采面也即將投產(chǎn)。

礦井現(xiàn)主要有工業(yè)廣場內(nèi)的副井（人員、進風(fēng)和安全出口）和主井兩個進風(fēng)井，一個中央風(fēng)井為回風(fēng)井。目前，中央風(fēng)井系統(tǒng)現(xiàn)有82 采區(qū)、84 采區(qū)、五采區(qū)三個采區(qū)在生產(chǎn)，中央風(fēng)井礦井主要通風(fēng)機型號為BD- Ⅱ-10-NO36， 安 裝 角 度-5° ， 配 套 電 機 型 號 為YBF-710-10，功率560kW，轉(zhuǎn)速594r/min。

二、礦井通風(fēng)系統(tǒng)分析預(yù)測

為保證礦井正常生產(chǎn)接替，保持礦井持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)，礦井將組織開拓七采區(qū)。本次礦井通風(fēng)系統(tǒng)分析預(yù)測的目的是分析七采區(qū)首采面投產(chǎn)時期，如果礦井通風(fēng)系統(tǒng)全部由中央風(fēng)井來承擔，中央風(fēng)井系統(tǒng)是否能滿足需要，是否需要改造中央風(fēng)井主要通風(fēng)機及配套電機，以及是否要施工新巷道或新風(fēng)井。

1.中央風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)需風(fēng)量預(yù)測

根據(jù)礦井采掘生產(chǎn)接替計劃，七采區(qū)首采面投產(chǎn)時期，屆時原有的82 采區(qū)需風(fēng)量55.8m3/s，84 采區(qū)需風(fēng)量51.6 m3/s，五采區(qū)需風(fēng)量25.8m3/s，主井系統(tǒng)需風(fēng)量13.4m3/s，新開的七采區(qū)需風(fēng)量71.7m3/s。中央風(fēng)井總風(fēng)量為218.3m3/s，按1.2 倍計算為262m3/s，外部漏風(fēng)按8m3/s計算，全礦井排風(fēng)量為270m3/s。

2.中央風(fēng)井主要通風(fēng)機工況預(yù)測

風(fēng)量270m3/s，阻力4166Pa，自然風(fēng)壓-100Pa，裝置靜壓4266Pa，輸入功率1774kW，綜合效率65%，輸出功率1153kW。

3.中央風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)預(yù)測結(jié)果及分析

七采區(qū)首采面投產(chǎn)后，若不打新風(fēng)井，全礦井通風(fēng)流程達到13916m，中央風(fēng)井總回風(fēng)量達到262m3/s，排風(fēng)量達到270m3/s，阻力4166Pa，現(xiàn)有主要通風(fēng)機及其配套電機不能滿足礦井的安全生產(chǎn)。

從礦井通風(fēng)系統(tǒng)三區(qū)段阻力分布情況看，進風(fēng)段為1144Pa，占比27.5%；用風(fēng)段為133Pa，占比2.2%；回風(fēng)段為2889Pa，占比69.3%。回風(fēng)段阻力是進風(fēng)段阻力的1.5倍，說明自七采區(qū)采面風(fēng)巷外段至風(fēng)機入口處所占比例較高，超過69.3%，若僅從采區(qū)進風(fēng)段降阻措施，現(xiàn)有的風(fēng)機及配套電機仍不能滿足要求。

從以上分析看出，七采區(qū)首采面投產(chǎn)后，如果僅用現(xiàn)有的中央風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)不能滿足礦井通風(fēng)能力需要，必須對礦井現(xiàn)有的通風(fēng)系統(tǒng)進行升級改造優(yōu)化。

三、方案制定與模擬分析

1.方案制定

根據(jù)七采區(qū)首采面投產(chǎn)后的通風(fēng)模擬結(jié)果可以看出，僅通過擴修巷道很難解決礦井高阻的問題，現(xiàn)制定以下方案：

方案1：施工東回風(fēng)井（直徑6m），東風(fēng)井布置在青東井田邊界2-1 鉆孔東南約180m 處，井筒深度約350m，東風(fēng)井回風(fēng)上山長度為1210m（斷面20m2）。

方案2：施工東回風(fēng)井（直徑6m），東風(fēng)井布置在青東井田邊界外約155m 處，井筒深度約580m，東風(fēng)井回風(fēng)上山長度為436m（斷面20m2）。

方案3：更換中央風(fēng)井主要通風(fēng)機并施工回風(fēng)巷，自中央風(fēng)井施工回風(fēng)巷（長度2970m，斷面18m2）至七采區(qū)-650m 水平，構(gòu)成“兩進兩回”的通風(fēng)系統(tǒng)。

2.方案模擬

表1 是3 種方案的模擬結(jié)果。

表1 七采區(qū)首采面投產(chǎn)各方案模擬結(jié)果

3.對方案的模擬分析

從七采區(qū)首采面投產(chǎn)后的模擬結(jié)果來看，施工東風(fēng)井的位置以及東風(fēng)井的面積對模擬結(jié)果的影響并不顯著，即方案1 和方案2 的模擬結(jié)果相差較??；采用方案3則必須更換中央風(fēng)井主要通風(fēng)機。

整體來看，方案2 和方案3 效果都較好，不過方案2費用高，而方案3 可能壓煤較多。在七采區(qū)首采面投產(chǎn)時，打東回風(fēng)井或施工兩進兩回的巷道都可以滿足要求，但從經(jīng)濟方面考慮，七采區(qū)形成兩進兩回的通風(fēng)路線雖然也可行，但會造成嚴重壓煤情況。為減少壓煤，延長礦井開采年限，兼顧到七采區(qū)深部通風(fēng)需要，同時降低礦井通風(fēng)系統(tǒng)阻力，選擇方案2 較為合理，即施工東回風(fēng)井，井筒直徑6m，深度約580m，東風(fēng)井回風(fēng)上山長度為436m（斷面20 m2）。

四、通風(fēng)系統(tǒng)預(yù)測與結(jié)果分析

對中央并列式通風(fēng)未來工況變化與之前工況的對比見圖1。

從圖1 可以看出，礦井排風(fēng)量維持在234～284m3/s，而礦井總風(fēng)阻逐年增加，礦井總阻力顯著增加，其原因在于礦井通風(fēng)流程增加。

五、結(jié)語

根據(jù)青東煤礦礦井采掘接替計劃，通過模擬分析，結(jié)果表明方案2 更可靠，即施工東回風(fēng)井，井筒直徑6m，深度580m，東風(fēng)井回風(fēng)上山長度為436m（斷面20m2），這樣在七采區(qū)首采面投產(chǎn)時，既能減少壓煤，延長礦井開采年限，又可以兼顧到七采區(qū)深部通風(fēng)需要，同時降低礦井通風(fēng)系統(tǒng)阻力。通過模擬發(fā)現(xiàn)中央風(fēng)井主要通風(fēng)機及其配套電機效率偏低，建議重新對其真實能力和最大能力進行核準。

圖1 中央并列式通風(fēng)工況變化情況