基于風(fēng)阻對通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化

李 巍

（西山煤電馬蘭礦通風(fēng)區(qū)通風(fēng)二隊(duì)，山西 古交 030205）

一直以來，煤礦安全生產(chǎn)備受企業(yè)和操作人員的關(guān)注。瓦斯超標(biāo)、透水事故、機(jī)械故障等均是威脅煤礦安全生產(chǎn)的因素；其中，瓦斯超標(biāo)極易導(dǎo)致綜采工作面發(fā)生爆炸事故，危害巨大。在實(shí)際生產(chǎn)中，通常主要采用兩項(xiàng)舉措保證工作面的瓦斯?jié)舛葷M足《煤炭安全規(guī)程》的具體指標(biāo)，其為瓦斯治理和有效的通風(fēng)系統(tǒng)[1]。但是，隨著工作面的推進(jìn)，工作面瓦斯的涌出量存在增大的情況，而且還表現(xiàn)為通風(fēng)阻力增大、風(fēng)量不足等問題，為保證生產(chǎn)的安全性需要對原通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化[1]。本文將結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)對綜采工作面通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，并對多個(gè)優(yōu)化方案進(jìn)行對比。具體闡述如下：

1 工程概述

濟(jì)寧一號礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為8 Mt/a，該礦井采用綜合開采方式生產(chǎn)，配套有斜井和立井。鑒于該礦井屬于高瓦斯礦井，尤其得保證綜采工作面的通風(fēng)效率，避免瓦斯爆炸事故發(fā)生。目前，綜采工作面在水平穿口和回風(fēng)聯(lián)巷中分別配套有一臺通風(fēng)機(jī)，通風(fēng)機(jī)的具體型號為K45-6-No19 型。

為了充分掌握該礦井的通風(fēng)現(xiàn)狀，需要對其通風(fēng)風(fēng)量、風(fēng)阻等參數(shù)進(jìn)行測定，根據(jù)煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)際情況及巷道的布置情況，重點(diǎn)對該礦井一采區(qū)和三采區(qū)的阻力進(jìn)行測定，并分為進(jìn)風(fēng)段、回風(fēng)段和用風(fēng)段，測定結(jié)果如表1 所示：

表1 煤礦各測段通風(fēng)風(fēng)量及阻力的測定結(jié)果

分析表1 中通風(fēng)阻力的測定結(jié)果可知，該煤礦一采區(qū)用風(fēng)段的阻力值較小，會導(dǎo)致該區(qū)域在正常生產(chǎn)過程中存在需風(fēng)量大于供風(fēng)量的情況；同時(shí)，在三采區(qū)的回風(fēng)段的通風(fēng)阻力相對較大，從而造成了三采區(qū)風(fēng)能的浪費(fèi)。

2 通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化

結(jié)合煤礦實(shí)際生產(chǎn)需求，一采區(qū)的主要用風(fēng)地點(diǎn)包括有正在生產(chǎn)的兩個(gè)綜采工作面、10103 回順掘進(jìn)和運(yùn)順掘進(jìn)、回風(fēng)下山掘進(jìn)、皮帶下山掘進(jìn)、軌道下山掘進(jìn)、炸藥庫、充電硐室、井下變電所等；三采區(qū)的主要用風(fēng)地點(diǎn)包括有30304 采煤工作面、35203 運(yùn)順掘進(jìn)、35203 回順掘進(jìn)、30305 運(yùn)順掘進(jìn)、消防硐室以及井下變電所等。

參照《礦井風(fēng)量計(jì)算方法》得出，該煤礦一采區(qū)所需的進(jìn)風(fēng)量為5 592 m3/min，三采區(qū)的所需進(jìn)風(fēng)量為2 754 m3/min。兩個(gè)采區(qū)的進(jìn)風(fēng)總量為8 346 m3/min；考慮1.1 倍的余量系數(shù)，為兩采區(qū)所配套的通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為9 181 m3/min。

2.1 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案

2.1.1 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案一

結(jié)合該煤礦量采區(qū)的風(fēng)阻測定和風(fēng)量計(jì)算結(jié)果，對該煤礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案一的總思路為：保持兩個(gè)采區(qū)進(jìn)風(fēng)井和回風(fēng)井不變的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)“三進(jìn)兩回”的通風(fēng)方式[2]，采取如下措施對當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化：

1）通過永久風(fēng)門將相鄰聯(lián)絡(luò)巷隔斷，從而實(shí)現(xiàn)了相鄰聯(lián)絡(luò)巷風(fēng)流的阻斷；

2）將運(yùn)輸順槽掘進(jìn)時(shí)用于回風(fēng)的立眼進(jìn)行封堵處理；

3）將綜采工作面中的集中巷和回風(fēng)順槽通道打通，兩個(gè)打通的巷道強(qiáng)化對綜采工作面的通風(fēng)能力。

4）密閉隔斷兩個(gè)采區(qū)集中回風(fēng)巷聯(lián)絡(luò)巷，將30305運(yùn)順掘進(jìn)巷該為用于三采區(qū)集中回巷。

基于優(yōu)化方案一的通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)如圖1 所示：

圖1 優(yōu)化方案一的通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

2.1.2 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案二

結(jié)合該煤礦量采區(qū)的風(fēng)阻測定和風(fēng)量計(jì)算結(jié)果，對該煤礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案二的總思路為：將三采區(qū)回風(fēng)井變更為進(jìn)風(fēng)井，總體上采用“四進(jìn)一回”的通風(fēng)方式[3]，具體改造措施如下：

1）將三采區(qū)的回風(fēng)井變更為進(jìn)風(fēng)井的基礎(chǔ)上，對整個(gè)采區(qū)的通風(fēng)線路進(jìn)行改造，具體如下：新鮮風(fēng)流通過進(jìn)風(fēng)平硐、回風(fēng)平硐以及主斜井等通道達(dá)到綜采工作面的各用風(fēng)地點(diǎn)；用過的新鮮風(fēng)流最終通過水平回巷排出。

2）針對一采區(qū)的供風(fēng)需求，優(yōu)化改造后主要通過軌道運(yùn)輸巷實(shí)現(xiàn)其功能。

3）針對三采區(qū)的回風(fēng)需求，優(yōu)化改造后主要通過回風(fēng)巷實(shí)現(xiàn)其功能。

基于優(yōu)化方案二的通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)如圖2 所示。

圖2 優(yōu)化方案二的通風(fēng)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)

2.2 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案對比

兩種優(yōu)化方案的優(yōu)劣勢對比如表2 所示。

表2 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案優(yōu)劣勢對比

礦井兩采區(qū)所配套通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量要求>153 m3/s。根據(jù)方案一和方案二優(yōu)化方案，對于方案一需要在一采區(qū)和三采區(qū)均配置通風(fēng)機(jī)，而對于方案二僅在一采區(qū)配置通風(fēng)機(jī)。其中，基于方案一中一采區(qū)配置通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為110m3/s，三采區(qū)配置通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為43 m3/s；基于方案二中一采區(qū)配置通風(fēng)機(jī)的風(fēng)量為153 m3/s。

根據(jù)礦井對兩種優(yōu)化方案下改造的通風(fēng)系統(tǒng)通過測算軟件對改造后的通風(fēng)阻力等參數(shù)進(jìn)行測算。測算結(jié)果如表3 所示。

表3 兩種優(yōu)化方案對應(yīng)通風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)

如表3 所示，改造后兩種優(yōu)化改造方案所配套選型的通風(fēng)機(jī)均可在其工況點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行，通風(fēng)能力滿足煤礦生產(chǎn)的通風(fēng)需求[4]。

但是，采用方案二通風(fēng)機(jī)僅布置在一采區(qū)，其主通風(fēng)巷道的通風(fēng)壓力較大，尤其是對于主回風(fēng)巷經(jīng)過測算可知在其回風(fēng)巷內(nèi)的通風(fēng)風(fēng)速為8.37 m/s；大于《煤炭安全規(guī)程》中規(guī)定要求巷道內(nèi)的風(fēng)流風(fēng)速8 m/s。因此，為保證風(fēng)速在合理范圍之內(nèi)，需要對主回風(fēng)巷道進(jìn)行拓寬，其開采成本較高；而對于方案一，僅需重新布置通風(fēng)設(shè)施即可。因此，方案一比方案二成本低。

同時(shí)，方案二三采區(qū)的通風(fēng)系統(tǒng)是借助一采區(qū)實(shí)現(xiàn)的，對后期煤礦的持續(xù)開采存在隱患；也就是說保留三采區(qū)獨(dú)立通風(fēng)是十分有必要的。

綜上所述，選用方案一對該煤礦通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)合實(shí)際工況設(shè)計(jì)的一采區(qū)和三采區(qū)通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)如表4 所示：

表4 方案一通風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)

2.3 優(yōu)化方案實(shí)施效果評估

將優(yōu)化方案一按照相關(guān)規(guī)范在煤礦中進(jìn)行實(shí)施后，對其改造后的通風(fēng)效果總結(jié)如下：

1）自該煤礦采用方案一進(jìn)行改造后，煤礦所屬的兩個(gè)綜采工作面的通風(fēng)阻力均明顯下降；同時(shí)，對應(yīng)通風(fēng)機(jī)的負(fù)荷也降低從而電能消耗也降低，每年節(jié)約電費(fèi)11 萬元。

2）礦井的通風(fēng)能力明顯增強(qiáng)，總進(jìn)風(fēng)量可達(dá)11 141 m3/min。

3）經(jīng)核算可知，改造后一采區(qū)的等積孔面積為5.84 m2，三采區(qū)的等積孔面積為2.40 m2，整個(gè)礦井的通風(fēng)難易程度為容易，對應(yīng)的通風(fēng)效率高達(dá)91.2%。

3 結(jié)語

通風(fēng)系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)必不可少的分系統(tǒng)，隨著工作面的不斷推進(jìn)和生產(chǎn)能力的不斷提升，煤礦通風(fēng)系統(tǒng)主要面臨著風(fēng)量不足、風(fēng)阻增大等問題，影響著煤礦的安全生產(chǎn)[5]。因此，對煤礦通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化需結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)行。本文對濟(jì)寧一號煤礦一采區(qū)和三采區(qū)的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，不僅達(dá)到了節(jié)約通風(fēng)機(jī)電能費(fèi)用的目的，而且整個(gè)煤礦改造后的通風(fēng)效率高達(dá)91.2%，通風(fēng)能力得到明顯提升。