王莊煤礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究

李敏軍，韓文強(qiáng)

(山西省長(zhǎng)治市潞州區(qū)能源局 能源服務(wù)中心，山西 長(zhǎng)治 046000)

一個(gè)良好的通風(fēng)系統(tǒng)是保證礦井安全高效生產(chǎn)的前提與基礎(chǔ)，其合理性主要取決于通風(fēng)機(jī)裝置的性能及與之匹配的網(wǎng)路系統(tǒng)[1]。由于煤礦開采處于動(dòng)態(tài)變化之中，礦井通風(fēng)阻力的大小和分布也隨之變化[2]，因此，經(jīng)常進(jìn)行礦井通風(fēng)阻力測(cè)定，并根據(jù)其結(jié)果進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化，是保證各個(gè)時(shí)期通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定、高效運(yùn)行的關(guān)鍵[3-4]。

王莊煤礦建礦已50余a，生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，通風(fēng)系統(tǒng)日趨復(fù)雜，現(xiàn)有4個(gè)回風(fēng)井、6個(gè)進(jìn)風(fēng)井，特別是隨著王莊煤礦新井+540水平的開拓掘進(jìn)，急需要對(duì)礦井通風(fēng)阻力進(jìn)行一次全面測(cè)定，以便掌握通風(fēng)阻力分布情況。新井風(fēng)機(jī)投入運(yùn)行后，將負(fù)擔(dān)部分后備區(qū)的通風(fēng)任務(wù)，全礦井的通風(fēng)系統(tǒng)將發(fā)生較大的變化，到時(shí)風(fēng)機(jī)能力是否滿足生產(chǎn)需要，礦井通風(fēng)系統(tǒng)是否需要優(yōu)化，都是影響礦井安全生產(chǎn)的因素。

1 礦井概況

王莊煤礦礦井瓦斯相對(duì)涌出量為4.91 m3/t，絕對(duì)涌出量為74.21 m3/min，屬高瓦斯礦井。開采的3號(hào)煤層屬不易自燃煤層，煤塵具有爆炸性。從副立井、副斜井、主斜井、西進(jìn)風(fēng)井、52進(jìn)風(fēng)井、+540進(jìn)風(fēng)井進(jìn)風(fēng)，從西風(fēng)井、南風(fēng)井、62風(fēng)井和+540風(fēng)井回風(fēng)，構(gòu)成4個(gè)獨(dú)立的回風(fēng)系統(tǒng)，采用混合式通風(fēng)，通風(fēng)方法為抽出式。

2 通風(fēng)阻力測(cè)定及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫建立

2.1 通風(fēng)阻力測(cè)定

王莊煤礦建礦時(shí)間長(zhǎng)、生產(chǎn)規(guī)模大、開采范圍廣，進(jìn)行通風(fēng)阻力測(cè)定時(shí)應(yīng)特別關(guān)注長(zhǎng)期使用的進(jìn)風(fēng)井筒、大巷、回風(fēng)大巷等井巷以及采區(qū)上山、采區(qū)下山和區(qū)段巷道等巷道的阻力分布。

本次通風(fēng)阻力測(cè)定采用氣壓計(jì)法中的雙基點(diǎn)同時(shí)測(cè)定法，主測(cè)路線主要包括以下3類：①在所有并聯(lián)風(fēng)路中風(fēng)量較大且通過回采工作面的主風(fēng)流風(fēng)路；②路線較長(zhǎng)且包含有較多井巷類型和支護(hù)形式的線路；③沿主風(fēng)流方向的線路[5-6]。

根據(jù)王莊煤礦的實(shí)際情況，選擇了4條主測(cè)路線，測(cè)得的主要參數(shù)見表1。

表1 礦井通風(fēng)阻力主要參數(shù)

從表1可以看出，通風(fēng)阻力測(cè)定相對(duì)誤差均小于5%，精度符合要求，西風(fēng)井、南風(fēng)井通風(fēng)難易程度屬中等，62風(fēng)井、+540風(fēng)井系統(tǒng)通風(fēng)難易程度屬容易，漏風(fēng)率均滿足《煤礦安全規(guī)程》要求。

2.2 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫建立

通過井下實(shí)測(cè)各路線阻力、風(fēng)阻值、主要通風(fēng)機(jī)個(gè)體特性曲線及礦井通風(fēng)網(wǎng)路，利用專門軟件對(duì)通風(fēng)網(wǎng)路進(jìn)行解算，得出網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，獲取通風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況及各分支的風(fēng)量，并與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見表2和表3。

表2 王莊煤礦主要通風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況

表3 王莊煤礦主要地點(diǎn)通過風(fēng)量

由上表可以看出，主要巷道風(fēng)量解算結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相對(duì)誤差均在5%以下，表明解算結(jié)果是可靠的，滿足網(wǎng)絡(luò)分析的要求，為下一步通風(fēng)系統(tǒng)分析及優(yōu)化提供了依據(jù)。

3 通風(fēng)系統(tǒng)分析及優(yōu)化

3.1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)分析

通過對(duì)王莊煤礦通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)解算可知，該系統(tǒng)目前主要存在以下問題：①南風(fēng)井服務(wù)的43采區(qū)風(fēng)量緊張，43M5采面僅供風(fēng)864 m3/min；②系統(tǒng)角聯(lián)巷道較多，風(fēng)流不穩(wěn)定。因此，必須對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，以保證礦井通風(fēng)的安全。

3.2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化

3.2.1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案

針對(duì)王莊煤礦43采區(qū)風(fēng)量緊張，提出以下方案：

方案Ⅰ：南風(fēng)井風(fēng)機(jī)為新更換的風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)葉片安裝角度還可以上調(diào)，因此可以上調(diào)南風(fēng)井風(fēng)機(jī)角度。

方案Ⅱ：4307集中軌道目前配風(fēng)737 m3/s，43三下山采區(qū)目前配風(fēng)1 134 m3/s，這兩處僅僅是巷道用風(fēng)，因此可以控制其區(qū)域用風(fēng)。

3.2.2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案的解網(wǎng)分析

針對(duì)上述兩個(gè)方案，分別進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)解算分析，以確定最終方案。

方案Ⅰ解算結(jié)果：提高南風(fēng)井風(fēng)機(jī)角度至45°，并控制43三南膠用風(fēng)，可以提高43M5采面配風(fēng)量，但南風(fēng)井風(fēng)機(jī)負(fù)壓達(dá)到了2 811.8 Pa，超過《煤礦井工開采通風(fēng)技術(shù)條件》(AQ1028-2006)規(guī)定的2 500 Pa，因此，此方案不可行。

方案Ⅱ解算結(jié)果：控制4307集中軌道及43三南膠用風(fēng)，可以提高43M5采面配供風(fēng)，且南風(fēng)井風(fēng)機(jī)負(fù)壓不超標(biāo)，因此，此方案可行。

3.3 礦井通風(fēng)系統(tǒng)角聯(lián)巷道的穩(wěn)定性分析及優(yōu)化

王莊煤礦通風(fēng)系統(tǒng)存在較多角聯(lián)巷道，其中主要角聯(lián)巷道有43采區(qū)44膠帶、52采區(qū)52膠帶巷、62采區(qū)630膠帶巷和軌道巷。

1) 43采區(qū)44膠帶巷(189～185段)，斷面10.08 m2，風(fēng)量?jī)H為189 m3/min，此處目前沒有任何控制設(shè)施，受膠帶等因素的影響很容易造成風(fēng)流反向，甚至因局部微風(fēng)造成瓦斯積聚，給安全生產(chǎn)帶來嚴(yán)重影響?？梢栽?4膠帶巷與740水平南大巷交叉口附近設(shè)置調(diào)節(jié)風(fēng)門，通過控制44膠帶巷往43采區(qū)進(jìn)風(fēng)量來調(diào)節(jié)44膠帶巷風(fēng)量。

2) 52采區(qū)52膠帶巷(131～113段)，斷面7.72 m2，風(fēng)量?jī)H為395 m3/min，且此處為兩處進(jìn)風(fēng)交匯點(diǎn)，風(fēng)流極不穩(wěn)定。為控制風(fēng)流方向，目前在52膠帶巷北側(cè)設(shè)有調(diào)節(jié)風(fēng)門，但是52/3號(hào)采面主要進(jìn)風(fēng)口在調(diào)節(jié)風(fēng)門南側(cè)，不便于對(duì)52/3號(hào)采面風(fēng)量控制，因此，可以將此風(fēng)門南移至與51下膠交叉口處，用52膠帶巷調(diào)節(jié)風(fēng)門和52膠帶巷與52軌道巷(回風(fēng))之間聯(lián)巷的調(diào)節(jié)風(fēng)門共同調(diào)節(jié)52膠帶巷風(fēng)量。

3) 62采區(qū)630膠帶巷和軌道巷，此兩處為540膠帶巷、輔助運(yùn)輸巷與62膠帶、軌道的交匯，僅在62軌道巷設(shè)有調(diào)節(jié)風(fēng)門，此平衡點(diǎn)將隨著62采區(qū)和540采區(qū)采掘部署的變化而不斷移動(dòng)。目前62采區(qū)沒有回采面，計(jì)劃在6207和6202附近布置采面，屆時(shí)62采區(qū)需風(fēng)量及需風(fēng)地點(diǎn)將發(fā)生變化。540采區(qū)目前處于開拓期間，絕大多數(shù)用風(fēng)地點(diǎn)均靠局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)，不久7105采面將開始回采，屆時(shí)540采區(qū)需風(fēng)量及需風(fēng)地點(diǎn)將發(fā)生較大變化，這將使得630膠帶巷和軌道巷局部風(fēng)流不穩(wěn)定，可以在540膠帶巷和輔助運(yùn)輸巷設(shè)立調(diào)節(jié)風(fēng)門，前期可控制540采區(qū)向62采區(qū)的供風(fēng)，后期在540采區(qū)正常生產(chǎn)時(shí)改為永久風(fēng)門，完全實(shí)現(xiàn)分區(qū)通風(fēng)。

4 結(jié) 語

1) 通過對(duì)王莊煤礦井下4條主測(cè)路線通風(fēng)阻力進(jìn)行實(shí)測(cè)，得到了礦井的阻力分布狀況。

2) 通過對(duì)當(dāng)前通風(fēng)網(wǎng)路主要通風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)及主要巷道風(fēng)量進(jìn)行解算，分析發(fā)現(xiàn)了礦井通風(fēng)系統(tǒng)存在的主要問題，提出了系統(tǒng)優(yōu)化方案，對(duì)礦井安全、高效生產(chǎn)具有重要意義。