礦井通風(fēng)系統(tǒng)的安全性分析

孫 鑫， 朱建峰

（山西寧武大運(yùn)華盛能源集團(tuán)有限公司， 山西 寧武 036700）

引言

一直以來，煤炭安全生產(chǎn)問題備受煤炭企業(yè)管理者的關(guān)注，盡管目前工作面支護(hù)效果已經(jīng)得到很大提升，但是由于通風(fēng)效果不佳仍會(huì)導(dǎo)致工作面瓦斯?jié)舛容^大以及粉塵濃度較大，對工作面安全生產(chǎn)造成隱患，同時(shí)也會(huì)影響工作面作業(yè)人員的人身安全[1-2]。因此，對于工作面通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及布置而言，需在理論分析的基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)對工作面通風(fēng)系統(tǒng)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)，為工作面的安全生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

1 工程概況

目前，某煤礦采用抽出式混合通風(fēng)方式，副斜井、人行斜井以及提升井為工作面的進(jìn)風(fēng)，與其相對應(yīng)的共有兩個(gè)回風(fēng)井。該礦回風(fēng)井的相關(guān)設(shè)備及巷道的參數(shù)如表1所示。

表1 回風(fēng)井及其通風(fēng)機(jī)參數(shù)

2 通風(fēng)系統(tǒng)安全性分析的理論基礎(chǔ)

2.1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全性基本要求

1）要求優(yōu)化后通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理且整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠；

2）要求優(yōu)化后通風(fēng)系統(tǒng)能夠根據(jù)工作面的實(shí)時(shí)分量需求控制通風(fēng)機(jī)的通風(fēng)量；

3）要求優(yōu)化后通風(fēng)系統(tǒng)能夠?qū)⑾♂屔踔料ぷ髅娴耐咚埂⒎蹓m濃度；

4）要求優(yōu)化后的通風(fēng)系統(tǒng)具備控制自然災(zāi)害的能力，甚至抑制相關(guān)事故的發(fā)生[3]。

2.2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)最優(yōu)化思路

為滿足上述的礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全性的基本要求，針對通風(fēng)系統(tǒng)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)可從以下幾個(gè)方面著手實(shí)施：

1）確保工作面通風(fēng)系統(tǒng)的串聯(lián)風(fēng)路盡可能少，且所有通風(fēng)設(shè)置的布置應(yīng)合理、可靠；針對已經(jīng)開采完畢的工作面應(yīng)將其巷道封閉，進(jìn)而提升整個(gè)工作面的抗自然災(zāi)害能力。

2）確保所選通風(fēng)機(jī)的性能相對穩(wěn)定，能夠滿足在各種工況下的運(yùn)行狀況，并且保證多個(gè)風(fēng)井之間不存在干擾。

3 煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的安全性的分析

3.1 工作面通風(fēng)阻力的情況

根據(jù)工作面情況設(shè)定兩條通風(fēng)阻力的測定路線圖，其中1號風(fēng)井的相對靜壓為1 676 Pa，2號風(fēng)井的相對靜壓為1 958 Pa。但是，目前工作面1號風(fēng)井所選型通風(fēng)機(jī)的相對靜壓為1 714 Pa，2號風(fēng)井所選型通風(fēng)機(jī)的相對靜壓為2 001 Pa。即說明，現(xiàn)場測定的風(fēng)阻存在一定的誤差。經(jīng)分析可知，導(dǎo)致阻力測定存在誤差的原因包括有：工作面巷道的面積測量有誤；工作面某些部位的風(fēng)量不穩(wěn)定，導(dǎo)致對風(fēng)速的測量不準(zhǔn)確；風(fēng)阻測量設(shè)備本身存在誤差。

在多次核算的基礎(chǔ)上，得出1號風(fēng)井的準(zhǔn)確通風(fēng)阻力為1 720 Pa；2號風(fēng)井準(zhǔn)確的通風(fēng)阻力為2 016 Pa。

3.2 工作面通風(fēng)系統(tǒng)的有效性

礦井工作面通風(fēng)系統(tǒng)主要有通風(fēng)設(shè)備（風(fēng)機(jī)）和通風(fēng)風(fēng)路組成，該煤礦共有四個(gè)進(jìn)風(fēng)井，兩個(gè)回風(fēng)井，有兩套通風(fēng)機(jī)。經(jīng)對工作面兩條通風(fēng)路線中斷面面積、風(fēng)速、風(fēng)量、瓦斯?jié)舛?、濕度以及溫度等參?shù)進(jìn)行測定可知：工作面除了運(yùn)輸大巷外，其余位置的溫濕度參數(shù)均滿足《煤炭安全規(guī)程》的要求。此外，礦井工作面的分區(qū)通風(fēng)方式不明顯，且工作面角聯(lián)分支較多[4]。

3.3 工作面通風(fēng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性

經(jīng)對1號風(fēng)井和2號風(fēng)機(jī)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，分別得出兩個(gè)風(fēng)井中風(fēng)機(jī)的性能曲線和工況點(diǎn)，如圖1所示。

圖1 通風(fēng)機(jī)性能曲線和工況點(diǎn)

其中：1號風(fēng)井的風(fēng)阻曲線函數(shù)為H=0.188176Q2；2號風(fēng)井的風(fēng)阻曲線函數(shù)為H=0.138451Q2。而且在當(dāng)前通風(fēng)條件下，1號風(fēng)井通風(fēng)機(jī)工作時(shí)的風(fēng)量為94.4 m3/min，對應(yīng)的負(fù)壓值為1 676.9 Pa；2號風(fēng)井通風(fēng)機(jī)工作時(shí)的風(fēng)量為118.9m3/min，對應(yīng)的負(fù)壓值為1 957.3 Pa。

當(dāng)前實(shí)時(shí)通風(fēng)條件下通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)與圖1中通風(fēng)機(jī)性能曲線和工況點(diǎn)對比后可知，1號風(fēng)井和2號風(fēng)井的通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)均在合理區(qū)間內(nèi)，且兩臺(tái)通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效率均較高。

3.4 工作面通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)流的可靠性和穩(wěn)定性分析

某礦產(chǎn)煤能力為每年90萬t。根據(jù)煤礦生產(chǎn)能力得出工作面所需的風(fēng)量約為6 477 m3/min。根據(jù)《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，要求工作面的通風(fēng)量為基于生產(chǎn)能力所得通風(fēng)量的1.8倍，即該煤礦的理論所需通風(fēng)量為6 477 m3/min×1.8=11 658 m3/min。

通過對兩個(gè)風(fēng)井中風(fēng)量進(jìn)行實(shí)際測量可知，1號風(fēng)井的風(fēng)量為5 334 m3/min。2號風(fēng)井的風(fēng)量為6 912 m3/min，則整個(gè)工作面的風(fēng)量為12 096 m3/min。即說明，工作面通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)量供需比滿足要求。

3.5 工作面通風(fēng)系統(tǒng)抗災(zāi)能力

判斷工作面通風(fēng)系統(tǒng)是否具備滿足要求的抗自然災(zāi)害能力，需為通風(fēng)系統(tǒng)配置相應(yīng)的防護(hù)措施和設(shè)備。

由于該煤礦為高瓦斯礦井，為了預(yù)防瓦斯突出事故在掘進(jìn)巷道內(nèi)安裝了防突柵欄，在掘進(jìn)巷道中間位置安裝有防逆風(fēng)裝置和相應(yīng)的防突風(fēng)門。

鑒于高瓦斯礦井容易導(dǎo)致瓦斯爆炸事故的發(fā)生，該煤礦從瓦斯抽采、通風(fēng)可靠以及監(jiān)控等方面提升其對瓦斯爆炸的抗災(zāi)能力[5]。具體措施是為通風(fēng)系統(tǒng)增設(shè)相應(yīng)加大風(fēng)門的自動(dòng)裝置和監(jiān)控設(shè)施，使得當(dāng)災(zāi)害發(fā)生時(shí)能夠在第一時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制風(fēng)門，進(jìn)而減少甚至避免災(zāi)害的進(jìn)一步擴(kuò)散。

綜上所述，該煤礦通風(fēng)系統(tǒng)其有效性、風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率、風(fēng)流可靠性及穩(wěn)定性以及抗自然載荷的能力等方面均滿足《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，即說明煤礦的通風(fēng)系統(tǒng)與工作面相匹配。

4 結(jié)語

礦井通風(fēng)系統(tǒng)號稱為煤礦的“呼吸系統(tǒng)”，其主要功能為工作面稀釋或者消除瓦斯、粉塵濃度的同時(shí)，還具備一定的抗自然災(zāi)害的能力。針對煤礦安全生產(chǎn)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，要求其通風(fēng)系統(tǒng)具備相應(yīng)的功能尤其是針對其安全性要求。經(jīng)對1號和2號風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)安全性分析得知：該煤礦的通風(fēng)系統(tǒng)安全性、可靠性以及相關(guān)設(shè)備的有效性滿足工作面生產(chǎn)要求。