通風(fēng)方案優(yōu)化及礦井風(fēng)流有效流動調(diào)節(jié)技術(shù)的應(yīng)用

王好鵬

（西山煤電馬蘭礦，山西 古交 030205）

引言

通風(fēng)系統(tǒng)為煤礦生產(chǎn)的呼吸系統(tǒng)，其主要功能是降低采掘工作面的瓦斯、粉塵濃度，為工作面的安全生產(chǎn)以及為工作面人員提供一個健康舒適的工作環(huán)境具有重要意義。但是，隨著工作面的推進，最初設(shè)計的通風(fēng)系統(tǒng)不能完全滿足實際生產(chǎn)的需求，主要表現(xiàn)為由于通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜所導(dǎo)致的分風(fēng)困難、通風(fēng)阻力增大、通風(fēng)構(gòu)筑物破壞嚴重以及風(fēng)流調(diào)節(jié)難度大等問題[1]。因此，為了保證煤礦安全生產(chǎn)，需根據(jù)實際通風(fēng)情況對通風(fēng)系統(tǒng)進行優(yōu)化，而且還需對工作面風(fēng)流進行合理調(diào)節(jié)。

1 工程實例

本礦井生產(chǎn)能力為220 萬t/年。目前，該礦井采用豎井和斜井聯(lián)合開拓方式進行開采，采用側(cè)翼對角抽出式通風(fēng)方式實現(xiàn)通風(fēng)功能。為掌握該礦井的通風(fēng)情況，具體對其中3 個回風(fēng)井中所布置通風(fēng)機的效率進行測定，測定結(jié)果如表1 所示。

表1 礦井通風(fēng)機效率測定

2 號風(fēng)井由兩臺相同的通風(fēng)機并聯(lián)，除了3 號回風(fēng)井所布置通風(fēng)機的效率偏高外，其他回風(fēng)井所布置的通風(fēng)機的工作效率非常低，此種情況對于整個礦井的回風(fēng)能力非常不利[2]。

通過現(xiàn)場測量可知，礦井的總進風(fēng)量為355.71m3/s，總的回風(fēng)量為378.94 m3/s。對整個礦井不同位置的風(fēng)量進行監(jiān)測可知，該礦井整個通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)流比較紊亂，存在非常多的通風(fēng)問題，具體可歸納如下：

1）礦井通風(fēng)機的效率偏低，導(dǎo)致該現(xiàn)象的主要原因與工作面風(fēng)流短路和紊亂的情況相關(guān)；

2）礦井工作面出現(xiàn)了較為嚴重的漏風(fēng)現(xiàn)象和風(fēng)流短路的現(xiàn)象。

3）由于工作面大型設(shè)備和粉塵的影響，導(dǎo)致工作面合格風(fēng)流率僅為26.8%。

4）由于當(dāng)前工作面通風(fēng)構(gòu)筑物不完善且通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜導(dǎo)致現(xiàn)場風(fēng)量分配不合理。

5）由于工作面的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜且通風(fēng)線路過長導(dǎo)致通風(fēng)阻力較大[3]。

2 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案

為解決礦井通風(fēng)系統(tǒng)所存在的問題，需要對當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)進行優(yōu)化。具體需通過對通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行優(yōu)化研究，并結(jié)合通風(fēng)機工況的綜合評估和實踐經(jīng)驗得出幾種優(yōu)化方案。最后，通過對各方案的經(jīng)濟性、技術(shù)性等進行綜合對比得出最佳優(yōu)化方案[4]。

2.1 通風(fēng)系統(tǒng)需風(fēng)量的計算

實際掌握現(xiàn)場需風(fēng)量是通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化的基礎(chǔ)。結(jié)合實際生產(chǎn)需求，對該礦井各類工作面的實際需風(fēng)量進行計算，并得出如表2 所示的結(jié)果。

表2 礦井各工作面實際需風(fēng)量

但是，考慮到實際生產(chǎn)中存在漏風(fēng)情況，需在理論需風(fēng)量的基礎(chǔ)上乘以一定的備用系數(shù)。備用系數(shù)一般取1.4 倍。綜上所述，整個礦井所有工作面的需風(fēng)總量為283.36 m3/s。

2.2 通風(fēng)優(yōu)化方案的確定

根據(jù)當(dāng)前礦井的通風(fēng)情況，礦井的地質(zhì)條件、巷道布置等實際特點，重點需對礦井的細脈帶、采區(qū)以及溜破回風(fēng)系統(tǒng)特擬定如下優(yōu)化方案。

2.2.1 優(yōu)化方案一

細脈帶的優(yōu)化：將細脈帶的主斜道與其他水平通道封閉；為避免有毒氣體進入細脈帶中，將其中的輔扇停止運轉(zhuǎn)；在3 號風(fēng)井處的通風(fēng)通道上設(shè)置風(fēng)窗，將回風(fēng)量控制在50 m3/s.

采區(qū)的優(yōu)化：對3 號風(fēng)井中的運轉(zhuǎn)頻率進行調(diào)節(jié)，達到增加進風(fēng)量的目的；對采區(qū)的通風(fēng)構(gòu)筑物進一步完善，加強對采區(qū)各個水平風(fēng)流的調(diào)節(jié)；封閉采區(qū)已經(jīng)開采完畢的巷道與其他聯(lián)絡(luò)道之間的通風(fēng)；進一步完善通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)。

溜破回風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化：及時排出回風(fēng)井口處的積水，避免積水潮濕影響設(shè)備的性能；對回風(fēng)井聯(lián)絡(luò)巷處的積石進行處理，減少通風(fēng)系統(tǒng)的阻力。

2.2.2 優(yōu)化方案二

細脈帶的優(yōu)化：與方案一相同。

采區(qū)的優(yōu)化：在方案一的基礎(chǔ)上在斜坡道上安裝多級并聯(lián)空氣幕引射風(fēng)流；

溜破回風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化：與方案一相同。

2.2.3 優(yōu)化方案三

細脈帶的優(yōu)化：與方案一相同。

采區(qū)的優(yōu)化：在方案一的基礎(chǔ)上在住進風(fēng)井石門的位置增加空氣幕阻隔風(fēng)流。

溜破回風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化：與方案一相同。

將上述三種優(yōu)化方案采用總突變隸屬函數(shù)值算法進行對比，三種優(yōu)化方案對應(yīng)的總突變隸屬函數(shù)值如表3 所示。

表3 不同通風(fēng)方案對應(yīng)總突變隸屬函數(shù)值

如表3 所示，選擇方案二對礦井通風(fēng)系統(tǒng)進行優(yōu)化。

3 礦井風(fēng)流有效流動調(diào)節(jié)技術(shù)的應(yīng)用

方案二中針對采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化，需要在斜坡道上安裝多級并聯(lián)空氣幕引射風(fēng)流。隨著工作面的推進，采用工作面的需風(fēng)量處于動態(tài)變化狀態(tài)[5]。為保證優(yōu)化效果需要采用合適的礦井風(fēng)流有效流動調(diào)節(jié)技術(shù)保證風(fēng)量滿足要求。針對方案二，具體需要為其增加增阻型空氣幕，增阻型空氣幕的選型和安裝為優(yōu)化的重點。

經(jīng)分析可知，在采區(qū)505 中段需設(shè)置增阻型空氣幕。505 中段的最小斷面面積為9.66 m2；通過實測可知：該區(qū)域在不增加空氣幕時對應(yīng)的通風(fēng)量為45.7 m3/s，增加空氣幕后對應(yīng)的通風(fēng)量為35.7 m3/s。因此，要求所選型的增阻型空氣幕具備10 m3/s 的控制效果，結(jié)合505 中段斷面面積為3.18，所配套的空氣幕的技術(shù)參數(shù)如表4 所示。

表4 505 中段空氣幕技術(shù)參數(shù)

增阻型空氣幕的具體安裝效果如圖1 所示。

圖1 增阻型空氣幕在505 中段安裝效果

4 結(jié)語

通風(fēng)系統(tǒng)為煤礦采掘工作面生產(chǎn)的呼吸系統(tǒng)，隨著工作面的不斷推進，生產(chǎn)能力的不斷提升，煤礦通風(fēng)系統(tǒng)面臨著通風(fēng)阻力增大、漏風(fēng)現(xiàn)象嚴重且通風(fēng)量不足的問題。因此，需根據(jù)礦井實際生產(chǎn)情況對通風(fēng)系統(tǒng)進行優(yōu)化，保證采掘工作面生產(chǎn)的安全性和生產(chǎn)效率。本文針對礦井實際通風(fēng)現(xiàn)狀對其細脈帶、采區(qū)以及溜破回風(fēng)系統(tǒng)進行優(yōu)化，并最終在優(yōu)化方案中采取505 中段增加增阻型空氣幕，以保證工作面的風(fēng)量滿足實際生產(chǎn)需求。