礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造

張 標(biāo)

(中煤平朔集團(tuán) 井工一礦， 山西 朔州 036002)

礦井通風(fēng)系統(tǒng)能夠稀釋、排除井下對(duì)人體有害的氣體及礦塵，為煤礦井下工作者提供舒適良好的工作環(huán)境。合理的通風(fēng)系統(tǒng)是礦井進(jìn)行安全生產(chǎn)的重要保障。在投產(chǎn)初期，礦井用風(fēng)地點(diǎn)較少，井下通風(fēng)構(gòu)筑物較少，通風(fēng)線路較短，礦井通風(fēng)系統(tǒng)較簡(jiǎn)單。隨著礦井采掘范圍的不斷擴(kuò)大，除采掘之外的井下用風(fēng)地點(diǎn)(硐室、巷道)增加，通風(fēng)系統(tǒng)的構(gòu)筑物隨之增加，通風(fēng)系統(tǒng)日益復(fù)雜，工作面回采結(jié)束后部分工作面繞道、聯(lián)巷封閉不及時(shí)，不僅增大了礦井通風(fēng)系統(tǒng)管理難度，還增加了礦井需風(fēng)量和通風(fēng)功耗。平朔井工一礦通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜，管理難度大，為此對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化改造，并對(duì)改造效果進(jìn)行分析，以提高礦井通風(fēng)系統(tǒng)可靠性，提高礦井抗災(zāi)能力。

1 礦井概況

平朔井工一礦井田位于平朔礦區(qū)中南部，其北側(cè)為安家?guī)X露天礦，礦井主要由安家?guī)X露天礦的西排土場(chǎng)下的上窯采區(qū)和七里河西邊的太西采區(qū)組成，行政區(qū)劃隸屬于山西省朔州區(qū)平魯區(qū)，礦井交通運(yùn)輸條件十分便利。井田面積16.16 km2. 礦井核定生產(chǎn)能力為10.0 Mt/a，屬現(xiàn)代化大型礦井。

平朔井工一礦采用斜-立井聯(lián)合開拓方式，其中主斜井、副斜井、進(jìn)風(fēng)立井擔(dān)負(fù)礦井進(jìn)風(fēng)任務(wù)，回風(fēng)立井擔(dān)負(fù)整個(gè)礦井的回風(fēng)任務(wù)。礦井通風(fēng)方式為中央并列式，通風(fēng)方法為機(jī)械抽出式，回風(fēng)立井安裝2臺(tái)FBCDZ No.34型主通風(fēng)機(jī)，1用1備，風(fēng)機(jī)配套電機(jī)額定功率為2×800 kW. 井下采用傾斜長(zhǎng)壁放頂煤工藝開采方法。礦井范圍內(nèi)4號(hào)煤及9號(hào)煤均具有煤塵爆炸危險(xiǎn)性，兩煤層為Ⅱ類自燃煤層，礦井為低瓦斯礦井。

9號(hào)煤層為當(dāng)前礦井主采煤層，4號(hào)煤層位于9號(hào)煤層上方，4號(hào)煤層多數(shù)區(qū)域已回采完畢，仍保留有很多巷道，通風(fēng)系統(tǒng)較為復(fù)雜，兩條主要進(jìn)風(fēng)路線分別為：主、副斜井→9號(hào)煤太西輔運(yùn)大巷→9-4號(hào)煤輔運(yùn)暗斜井→4號(hào)煤太西輔運(yùn)大巷→4號(hào)煤太西各作業(yè)地點(diǎn)→4號(hào)煤太西回風(fēng)巷→4號(hào)煤太西回風(fēng)聯(lián)巷→回風(fēng)立井；進(jìn)風(fēng)立井→4號(hào)煤太西輔助進(jìn)風(fēng)巷→4號(hào)煤太西采區(qū)東翼輔運(yùn)巷→4號(hào)煤太西輔運(yùn)巷→4號(hào)煤太西各作業(yè)地點(diǎn)→4號(hào)煤太西回風(fēng)巷→4號(hào)煤太西回風(fēng)聯(lián)巷→回風(fēng)立井。

2 礦井通風(fēng)參數(shù)測(cè)試

為了更加深入了解礦井通風(fēng)系統(tǒng)，掌握礦井通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀，理清礦井通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)際存在的問(wèn)題，便于為礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持和參考，對(duì)平朔井工一礦開展礦井通風(fēng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測(cè)試工作。

2.1 測(cè)試路線及測(cè)點(diǎn)布置

礦井通風(fēng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測(cè)試工作首先是確定測(cè)試路線，測(cè)定路線要結(jié)合待測(cè)礦井的生產(chǎn)實(shí)際，一般是從進(jìn)風(fēng)井、井下輔助運(yùn)輸大巷(軌道大巷)，到達(dá)主要用風(fēng)地點(diǎn)，然后經(jīng)過(guò)采區(qū)回風(fēng)巷和回風(fēng)大巷達(dá)回風(fēng)井，這條測(cè)試路線一般不包含通風(fēng)設(shè)施，即整條測(cè)試路線一般不會(huì)通過(guò)風(fēng)門、風(fēng)窗或擋風(fēng)墻。部分礦井通風(fēng)構(gòu)筑物設(shè)置不合理時(shí)，測(cè)試路線可能會(huì)通過(guò)風(fēng)窗。測(cè)壓點(diǎn)選擇條件是由這些測(cè)壓點(diǎn)構(gòu)成的測(cè)試路線應(yīng)能反映礦井巷道系統(tǒng)的實(shí)際狀況，測(cè)壓點(diǎn)應(yīng)有準(zhǔn)確的標(biāo)高，兩測(cè)壓點(diǎn)之間不易太近，否則難以準(zhǔn)確測(cè)定兩測(cè)壓點(diǎn)之間的阻力。井下測(cè)壓點(diǎn)要按序進(jìn)行編號(hào)標(biāo)記。為了取得真實(shí)準(zhǔn)確的測(cè)定數(shù)據(jù)，在上述測(cè)定路線的風(fēng)流分岔點(diǎn)之前或后及產(chǎn)生局部阻力(局部阻力由渦流引起，一般出現(xiàn)在巷道斷面突然變大或減小、巷道發(fā)生拐彎、巷道的分風(fēng)點(diǎn)和匯風(fēng)點(diǎn)等處)的地點(diǎn)前后均布置了測(cè)壓點(diǎn)，風(fēng)量測(cè)量位置一般選擇在巷道支護(hù)完好、斷面規(guī)整、前后無(wú)雜物、風(fēng)流穩(wěn)定的斷面內(nèi)。

結(jié)合平朔一礦井下生產(chǎn)布置情況和礦井通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)際情況確定了礦井通風(fēng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測(cè)試路線和測(cè)試節(jié)點(diǎn)：副斜井→9號(hào)煤暗斜井→9號(hào)煤太西輔運(yùn)大巷→9-4號(hào)煤暗斜井→太西4號(hào)煤輔運(yùn)巷→14113工作面(已密閉)→太西4號(hào)煤回風(fēng)巷→回風(fēng)立井。

2.2 測(cè)定方法及測(cè)定儀器

該次通風(fēng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測(cè)試采取氣壓計(jì)基點(diǎn)法進(jìn)行。氣壓計(jì)基點(diǎn)法是準(zhǔn)備兩臺(tái)數(shù)字式精密氣壓計(jì)，一臺(tái)放在副井口監(jiān)測(cè)地面大氣壓力波動(dòng)情況及地面溫濕度的變化情況，每5 min記錄一次地面大氣參數(shù)；另外一臺(tái)隨測(cè)試人員下井，結(jié)合預(yù)先布置好的測(cè)試路線及壓力測(cè)點(diǎn)，逐一測(cè)試各節(jié)點(diǎn)的大氣壓力和干濕溫度等空氣參數(shù)。

測(cè)試所用儀表設(shè)備見表1.

2.3 通風(fēng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測(cè)試結(jié)果

礦井風(fēng)機(jī)房水柱計(jì)示數(shù)為1 390 Pa，通過(guò)計(jì)算可得到風(fēng)硐或風(fēng)機(jī)水柱計(jì)安設(shè)位置的動(dòng)壓為37.3 Pa，結(jié)合礦井通風(fēng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算該條測(cè)試路線上的礦井自然風(fēng)壓為31.3 Pa，理論計(jì)算礦井通風(fēng)阻力為：

(1)

表1 通風(fēng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測(cè)試使用儀器表

通過(guò)計(jì)算，礦井理論通風(fēng)阻力為1 384.0 Pa.實(shí)測(cè)礦井通風(fēng)阻力為1 333.5 Pa，結(jié)合實(shí)際需求，按照《數(shù)值修約規(guī)則》(GB 8170—87)修約為1 334 Pa. 測(cè)試過(guò)程中因受風(fēng)門啟閉、地表氣壓波動(dòng)、井下膠輪車產(chǎn)生的活塞風(fēng)等多重因素不同程度的影響，測(cè)試結(jié)果存在著一定不確定性，礦井通風(fēng)系統(tǒng)阻力測(cè)定誤差計(jì)算公式為：

(2)

式中，hr為實(shí)測(cè)礦井通風(fēng)阻力，Pa.

由式(2)計(jì)算得到此次該礦井通風(fēng)阻力實(shí)測(cè)誤差為3.61%，相對(duì)誤差<5%，測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

實(shí)測(cè)平朔井工一礦通風(fēng)阻力1 334 Pa，礦井通風(fēng)系統(tǒng)總回風(fēng)為240.833 m3/s(14 450 m3/min)，礦井總風(fēng)阻為0.023 000 N·s2/m8，等積孔為7.847 m2，所以，平朔井工一礦為通風(fēng)容易礦井。

礦井通風(fēng)系統(tǒng)三區(qū)通風(fēng)距離比為51.87%∶25.44%∶22.69%，三區(qū)阻力比為42.15%∶20.96%∶36.89%. 礦井通風(fēng)系統(tǒng)三區(qū)阻力分布見圖1.

圖1 通風(fēng)系統(tǒng)三區(qū)阻力分布圖

進(jìn)風(fēng)段及用風(fēng)段巷道長(zhǎng)度占比明顯大于通風(fēng)阻力比例；礦井回風(fēng)段通風(fēng)阻力占比顯著大于通風(fēng)距離占比。礦井阻力分布較為典型。造成礦井上述阻力分布的原因：

1) 礦井進(jìn)風(fēng)段巷道為礦井主要進(jìn)風(fēng)井、進(jìn)風(fēng)大巷等，為礦井主要輔運(yùn)、行人巷道，此類巷道一般維護(hù)較好，無(wú)明顯變形，與巷道設(shè)計(jì)斷面相差不大。

2) 用風(fēng)段巷道為采區(qū)進(jìn)回風(fēng)巷、回采工作面及進(jìn)回風(fēng)順槽，巷道服務(wù)時(shí)間有限，礦井保護(hù)煤柱留設(shè)合理，采區(qū)進(jìn)回風(fēng)巷及工作面巷道維護(hù)較好，用風(fēng)段巷道阻力相對(duì)較小。

3) 回風(fēng)巷道行人較少，巷道發(fā)生變形后維護(hù)難度較大，且部分回風(fēng)巷道存在積水、雜物堆積等情況。

3 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造

3.1 通風(fēng)系統(tǒng)存在問(wèn)題

1) 通風(fēng)構(gòu)筑物較多，管理難度大。除井下密閉外，礦井4號(hào)煤通風(fēng)系統(tǒng)包含通風(fēng)構(gòu)筑物(主要指風(fēng)門、風(fēng)窗、調(diào)節(jié)風(fēng)墻)36處，9號(hào)煤通風(fēng)系統(tǒng)包含通風(fēng)構(gòu)筑物43處。

2) 較多的通風(fēng)構(gòu)筑物導(dǎo)致礦井內(nèi)部漏風(fēng)較大。進(jìn)回風(fēng)巷道間的構(gòu)筑物產(chǎn)生了大量的礦井內(nèi)部漏風(fēng)，降低了礦井有效風(fēng)量率，造成主通風(fēng)機(jī)功耗不必要的損失。

3) 回風(fēng)巷布置有電氣設(shè)備。4號(hào)煤皮帶大巷為回風(fēng)巷道，巷道中布置有電氣設(shè)備，存在安全隱患。

3.2 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造方案

結(jié)合礦井通風(fēng)系統(tǒng)存在的問(wèn)題，將4號(hào)煤皮帶大巷調(diào)整為進(jìn)風(fēng)巷道，4號(hào)煤太西輔助運(yùn)輸巷為進(jìn)風(fēng)巷道，4號(hào)煤太西回風(fēng)大巷為回風(fēng)的“2進(jìn)1回”的局部通風(fēng)系統(tǒng)，同時(shí)將太西4號(hào)煤主運(yùn)巷和太西4號(hào)煤回風(fēng)巷間無(wú)用的聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)行密閉。礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造總計(jì)構(gòu)筑密閉墻35道，調(diào)節(jié)墻2道，風(fēng)橋2處。

4 改造效果分析

將4號(hào)煤皮帶大巷由回風(fēng)巷改為進(jìn)風(fēng)巷，同時(shí)將一些聯(lián)絡(luò)巷砌筑密閉或增設(shè)調(diào)節(jié)設(shè)施，得到如下效果：

1) 將上窯9號(hào)煤采區(qū)除水泵房外的其他巷道全部施工密閉，減少通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)門、風(fēng)窗7處，降低巷道用風(fēng)量950 m3/min.

2) 封閉太西4、9號(hào)煤庫(kù)房，包括14108輔運(yùn)巷、14108主運(yùn)巷、14109主運(yùn)巷、14109輔運(yùn)巷、14110輔運(yùn)巷、14110主運(yùn)庫(kù)房、19106主運(yùn)巷、19108輔運(yùn)巷、19108主運(yùn)庫(kù)房，減少通風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)門、風(fēng)窗9處，降低通風(fēng)系統(tǒng)巷道用風(fēng)量1 480 m3/min.

3) 上窯4號(hào)煤采區(qū)全部封閉，減少風(fēng)門、風(fēng)窗3處，降低通風(fēng)系統(tǒng)巷道用風(fēng)量510 m3/min，減少巷道防塵量1 085 m.

4) 在9號(hào)煤太西B段水倉(cāng)、變電所及相應(yīng)巷道施工風(fēng)橋，使得兩處用風(fēng)地點(diǎn)實(shí)現(xiàn)獨(dú)立通風(fēng)，解決4號(hào)煤皮帶大巷由回風(fēng)巷改為進(jìn)風(fēng)巷后9號(hào)煤太西B段水倉(cāng)、變電所的回風(fēng)問(wèn)題。

礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化后，減少風(fēng)門、風(fēng)窗19處，通風(fēng)系統(tǒng)得到簡(jiǎn)化，礦井需風(fēng)量降低2 940 m3/min，地面主要通風(fēng)機(jī)運(yùn)行頻率由45 Hz降低為42 Hz，礦井總風(fēng)量降低為211.167 m3/s(12 670 m3/min)，理論計(jì)算礦井通風(fēng)阻力降至1 010 Pa，地面主要通風(fēng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行功率減少120 kW. 此外，上窯9號(hào)煤采區(qū)減少排水點(diǎn)3處，減少通風(fēng)系統(tǒng)巷道2 200 m，每年節(jié)約更換排水、防塵管路1 000 m；4號(hào)煤、9號(hào)煤太西采區(qū)共計(jì)減少礦井巷道防塵量4 944 m. 因通風(fēng)系統(tǒng)改造礦井產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)321萬(wàn)元/年。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)礦井通風(fēng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測(cè)試結(jié)合礦井通風(fēng)系統(tǒng)實(shí)際狀況，發(fā)現(xiàn)礦井通風(fēng)系統(tǒng)存在通風(fēng)構(gòu)筑物較多、管理難度大、漏風(fēng)較大，4號(hào)煤皮帶大巷機(jī)電設(shè)備處于回風(fēng)環(huán)境中等問(wèn)題，提出將4號(hào)煤皮帶大巷由回風(fēng)巷調(diào)整為進(jìn)風(fēng)巷，并對(duì)關(guān)聯(lián)聯(lián)巷進(jìn)行密閉等，礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造施工密閉墻35道，調(diào)節(jié)墻2道，風(fēng)橋2處。改造后，簡(jiǎn)化了礦井通風(fēng)系統(tǒng)，減少了礦井需風(fēng)量,降低了礦井通風(fēng)阻力，礦井每年產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益321萬(wàn)元。