礦井多區(qū)域均衡通風優(yōu)化方法與應用

宋鋒鋒

（山西西山臨汾能源有限責任公司，山西 臨汾041000）

0 引言

隨著礦井采掘深度的不斷延伸、高強度開采等因素影響，造成現(xiàn)階段礦井的通風條件較礦井前期的設計方案存在較大的出入，繼而使得很多礦井的通風能力未能夠滿足實際生產(chǎn)的需求，主要表現(xiàn)為通風系統(tǒng)效率低下、設備老化嚴重以及能耗大等問題。礦井通風能力的不足嚴重威脅著綜采工作面生產(chǎn)的安全性，非常有必要對此類礦井的通風系統(tǒng)進行優(yōu)化設計。本文結合光道礦通風系統(tǒng)的實際情況，通過采區(qū)均衡通風的優(yōu)化與控制，達到了礦井通風阻力增長最小化的目的,滿足了礦井通風需求，保證了礦井安全生產(chǎn)。

1 礦井概況及通風系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

光道礦位于山西洪洞山頭鄉(xiāng)西龍門村，井田位于霍西煤田西南部，煤層瓦斯相對涌出量1.53 m3/t，屬低瓦斯礦井，設計生產(chǎn)能力1.20 Mt/a，主要開采太原組9號、10號煤層。礦井現(xiàn)采用中央邊界式的通風方式，通風方法為機械抽出式，實現(xiàn)對礦井的多區(qū)域通風。煤礦通風井分為上組煤風井和下組煤風井，上組煤風井在建設初期所設計的直徑為3 m，垂直深度為87.5 m；下組煤風井在建設初期所設計的直徑為4 m，垂直深度為83 m。所采用的通風機的具體型號為2K56-3-NO18，通風機數(shù)量為2臺；通風機所配置電機的功率為310 kW，型號為JSQ148-6；上組煤風井中通風機葉片的安裝角度為35°，下組煤風井中通風機葉片的安裝角度為40°。光道礦的進風、回風井參數(shù)見表1。

表1 進風井、回風井參數(shù)Table 1 Parameters of inlet and air return shafts

對實踐過程中通風情況進行統(tǒng)計可知，當在工作面淺部生產(chǎn)時，當前通風系統(tǒng)處于通風最容易期；而當在工作面深度生產(chǎn)時，由于通風距離增加，對應的工作面的通風阻力顯著增大，當前通風系統(tǒng)處于通風困難期[1]。經(jīng)分析可知，目前礦井所配置的通風系統(tǒng)及通風管路僅能適應現(xiàn)階段的生產(chǎn)規(guī)模，若后期根據(jù)生產(chǎn)需求進一步增加生產(chǎn)能力對應工作面的通風負荷會顯著增大，現(xiàn)有通風能力無法滿足擴產(chǎn)后的通風要求[2]。因此，為實現(xiàn)該礦井的可持續(xù)高產(chǎn)、高效生產(chǎn)需對通風系統(tǒng)進行改造。

2 多區(qū)域均衡通風系統(tǒng)的優(yōu)化設計

為解決礦井擴產(chǎn)工作面的通風需求增加，光道礦更換礦井主要通風機、對下組煤風井通風系統(tǒng)進行優(yōu)化設計、實現(xiàn)礦井下組煤風井和上組煤風井的聯(lián)合通風，以及采取適當?shù)墓芾泶胧ΦV井多區(qū)域均衡通風系統(tǒng)進行優(yōu)化改造設計[3]。

2.1 更換主要通風機

經(jīng)調查研究，現(xiàn)階段通風系統(tǒng)的通風能力已經(jīng)處于飽和狀態(tài)，具體表現(xiàn)為，對上組煤風井只能夠保證井上正常生產(chǎn)系統(tǒng)的通風量需求；對于下組煤風井還存在通風量不足的問題。

光道礦現(xiàn)有礦井通風系統(tǒng)所采用通風機的葉片角度為45°，對應的最大通風量為4 511 m3/min，且對應通風機的運行效率僅為63%，主通風機已經(jīng)處于飽和運行狀態(tài)。根據(jù)該型號通風機的性能，將其葉片安裝角度調整為最大的50°，對應的最大通風量僅為6 000 m3/min，仍無法適用工作面擴產(chǎn)后的通風要求。因此，需更換主通風機，也是最為直接、有效的改造方案。在現(xiàn)有通風機進行調研的基礎上，結合當前通風機的參數(shù)，將原2K56-3-NO18通風機更換為BDK-8-NO24通風機，該型通風機的參數(shù)見表2。

表2 BDK-8-NO24通風機參數(shù)Table 2 BDK-8-NO24 ventilator parameters

2.2 下組煤風井通風系統(tǒng)的優(yōu)化設計

礦井主通風機更換后，雖然工作面的通風量顯著增加可滿足實際生產(chǎn)的通風量需求。但對于礦井整個通風要求而言還需重點考慮通風負壓。更換通風機后，工作面的通風負壓較大，因此需對下組煤風井通風系統(tǒng)進行優(yōu)化調整布置。針對下組煤風井通風系統(tǒng)的優(yōu)化，主要通過降低通風阻力和簡化通風網(wǎng)絡2個方面進行優(yōu)化設計[4]。

（1）降低工作面通風阻力，進而降低負壓。

將工作面回風阻力相對集中巷道進行擴建，增大其斷面面積，并拆除工作面已報廢的通風設備；在與擔負該礦井回風任務的回風巷旁邊掘進1條新的回風巷[5-6]。采取上述降阻措施后，工作面實際通風網(wǎng)絡解算與僅更換主通風機相比較的結果見表3。

表3 更換主通風機和降阻后通風解算結果對比Table 3 Comparison of ventilation calculation results after replacing the main ventilator and reducing resistance

由表3可知，對工作面采取上述降阻措施后，工作面上組煤風井和下組煤風井的通風量變化不大，而工作面的通風壓力得到明顯改善，即證明降阻措施的有效性[7]。

（2）簡化通風網(wǎng)絡。

工作面主通風機更換后，對東一回風巷、西五回風巷以及東翼回風巷進行擴建，同時將西二、西四的通風系統(tǒng)優(yōu)化拆除。為驗證簡化通風網(wǎng)絡對工作面通風阻力的降低效果，對上述擴建位置處的通風阻力進行解算[8-9]，得出結果見表4。

表4 簡化通風網(wǎng)絡的降阻效果Table4 Resistancereductioneffectofsimplifiedventilationnetwork

由表4可知，對工作面東一回風巷、西五回風巷以及東翼回風巷進行擴建，同時將西二、西四的通風系統(tǒng)優(yōu)化拆除后，東一回風巷、西五回風巷以及東翼回風巷的風阻得到明顯降低，即驗證了簡化通風網(wǎng)絡的有效性[10]。

3 結 語

隨著工作面的不斷推進，開采深度的不斷增加以及開采效率的不斷提升，對工作面通風系統(tǒng)提出了更高的要求。在此背景下，往往會出現(xiàn)煤礦開采初期所設計的通風系統(tǒng)無法滿足實際生產(chǎn)需求的問題，為此需對通風系統(tǒng)進行改造設計。本文采用更換主通風機、新增回風巷井以及對原回風井巷擴建或拆除的手段對礦井通風系統(tǒng)進行優(yōu)化設計，達到增加通風量，降低通風阻力和壓力的目的，為實現(xiàn)礦井的可持續(xù)、高效、高產(chǎn)生產(chǎn)提供保障。