煤礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造方案探討

李惠強(qiáng)

（河源市礦山救護(hù)隊(duì)，廣東 河源517000）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，煤礦資源建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，礦產(chǎn)開采企業(yè)數(shù)量也日益增加，這對煤礦礦井的生產(chǎn)效率及安全性也提出了新的要求。通風(fēng)系統(tǒng)作為煤礦礦井生產(chǎn)系統(tǒng)中的重要部分，在礦井內(nèi)部提供氧氣、稀釋有害氣體和改善環(huán)境質(zhì)量等方面發(fā)揮著不可替代的作用，同時(shí)也能夠防止煤礦安全事故的發(fā)生。但現(xiàn)在許多煤礦的礦井通風(fēng)線路較長，通風(fēng)阻力較大，現(xiàn)有的通風(fēng)系統(tǒng)無法滿足礦井生產(chǎn)的需要，若煤礦技術(shù)人員不對通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行合理的優(yōu)化改造，不僅會(huì)降低煤礦礦井正常的生產(chǎn)效率，而且也可能影響到礦井內(nèi)部工作人員的健康，甚至造成不可換回的損害。因此，本文重點(diǎn)探討了煤礦礦井通過系統(tǒng)的優(yōu)化改造工作，希望對往后煤礦的安全生產(chǎn)有所幫助。

1 工程概況

某煤礦井下有兩個(gè)生產(chǎn)采區(qū)，分別為一采區(qū)、二采區(qū)。共布置兩個(gè)采煤工作面(二采區(qū)5206綜采工作面、一采區(qū)5103綜采工作面)，7個(gè)掘進(jìn)工作面；獨(dú)立通風(fēng)的硐室有中央變電所、火藥庫、一采區(qū)變電所、二采變電所、消防庫等。

2 通風(fēng)系統(tǒng)改造前存在問題及優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 優(yōu)化改造前礦井通風(fēng)系統(tǒng)存在的問題

隨著礦井產(chǎn)能提升，礦井需要風(fēng)量逐漸增加，2010年前煤礦斜井使用的BDK(Ⅲ)-6-No18型主扇(主扇額定風(fēng)量1800～4080m3/min)扇葉角度調(diào)節(jié)至最大(風(fēng)量3850m3/min)，達(dá)到該風(fēng)機(jī)的最大供風(fēng)量，礦井主扇已成為礦井生產(chǎn)力提升的瓶頸。通過通風(fēng)阻力測定礦井存在以下問題：①回風(fēng)井筒局部通風(fēng)阻力過大，風(fēng)量大而通風(fēng)斷面小 (斷面6.8m2，長度90m)且有人車運(yùn)行，影響通風(fēng)阻力；②一、二采區(qū)回風(fēng)巷斷面過小，礦井有效通風(fēng)斷面過小、風(fēng)速過大、拐彎過急過多，導(dǎo)致局部通風(fēng)阻力非常大；③外部漏風(fēng)量大，礦井的有效風(fēng)量率低。

2.2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)改造方案

通過礦相關(guān)部門的多次討論研究，確定了煤礦的通風(fēng)系統(tǒng)改造方案，方案分為兩個(gè)階段:①經(jīng)過周密論證后，更換礦井主要通風(fēng)機(jī)；②更換主扇后對風(fēng)速超限巷道進(jìn)行擴(kuò)巷。

3 主扇選型改造及系統(tǒng)優(yōu)化效果

3.1 主扇選型改造及通風(fēng)困難時(shí)期驗(yàn)算

主扇選型改造：2011年計(jì)劃原煤產(chǎn)量120萬t，根據(jù)生產(chǎn)接續(xù)安排和實(shí)際生產(chǎn)能力，2011年在一、二采區(qū)布置2個(gè)綜采工作面，1個(gè)備用工作面，5個(gè)綜掘工作面和3個(gè)開拓工作面(三、四采區(qū))即可滿足產(chǎn)量和接續(xù)的要求，屆時(shí)所需風(fēng)量經(jīng)計(jì)算合計(jì)為6000m3/min。計(jì)算過程①采煤工作面。按瓦斯涌出量、工作面氣候條件、工作面工作人數(shù)計(jì)算，按風(fēng)速進(jìn)行驗(yàn)算，綜采工作面風(fēng)量取480m3/min是合理的。所以，2個(gè)綜采工作面所需風(fēng)量960m3/min。1個(gè)備用工作面240m3/min。采煤工作面所需總風(fēng)量1200m3/min；②掘進(jìn)工作面。單個(gè)掘進(jìn)工作面風(fēng)量按瓦斯涌出量、局扇實(shí)際吸風(fēng)量、工作面工作人數(shù)計(jì)算，按風(fēng)速進(jìn)行驗(yàn)算，單個(gè)掘進(jìn)工作面風(fēng)量取360m3/min在合理的范圍內(nèi)，掘進(jìn)工作面所需總風(fēng)量2880m3/min；③硐室。中央變電所120m3/min；二采區(qū)變電所90m3/min，一采區(qū)變電所 90m3/min，火藥庫 100m3/min；消防庫 60m3/min，315移變60m3/min，硐室合計(jì)需520m3/min；④其它用風(fēng)地點(diǎn)經(jīng)計(jì)算需配風(fēng)量400m3/min。以上用風(fēng)地點(diǎn)合計(jì)需要風(fēng)量為5000m3/min，若配風(fēng)比按1.2計(jì)算，則礦井風(fēng)量為6000m3/min。6000m3/min＞3850m3/min。

從以上的計(jì)算可以看出，礦井生產(chǎn)所需總風(fēng)量為6000m3/min，大于BDK(Ⅲ)-6-No18主扇的最大排風(fēng)量3850m3/min，原主扇已不能滿足年120萬t原煤產(chǎn)量的需要，必須更換主扇；同時(shí)根據(jù)生產(chǎn)接續(xù)安排，未來5～6年內(nèi)，采掘工作面主要集中在一、二采區(qū)。通風(fēng)困難時(shí)期為：二采區(qū)布置一個(gè)綜采工作面，一個(gè)備用工作面，一采區(qū)布置一個(gè)綜采工作面，+403軌道巷掘至1600m處時(shí)，二采區(qū)的5218工作面通風(fēng)距離最長，為通風(fēng)阻力最大時(shí)，因此礦井通風(fēng)阻力以二采區(qū)5218工作面為通風(fēng)最困難時(shí)期計(jì)算進(jìn)行主扇選型（按現(xiàn)井巷實(shí)際情況計(jì)算），阻力最大的風(fēng)路為:副斜井→二采區(qū)軌道巷→5218進(jìn)風(fēng)巷→5218工作面→5218回風(fēng)巷→二采區(qū)回風(fēng)巷→輔助回風(fēng)巷→回風(fēng)斜井。應(yīng)分別計(jì)算出各段井巷的通風(fēng)阻力，然后累加得出這個(gè)時(shí)期的井巷通風(fēng)阻力，經(jīng)計(jì)算合計(jì)為2321Pa。

根據(jù)計(jì)算，生產(chǎn)期間主扇工況點(diǎn)應(yīng)按(100、2600)點(diǎn)選擇，主扇功率應(yīng)＞410kW。此時(shí)，礦井等積孔2.33m2。按此參數(shù)，考慮一定富余量，選擇FBCDZNo24/54型風(fēng)機(jī)(額定風(fēng)量:4320～9600m3/min)及YBFe450S-8配套電機(jī)(2×250kW)。

主扇選型后通風(fēng)困難時(shí)期驗(yàn)算:①開采三、四采區(qū)時(shí)采取兩條大巷進(jìn)風(fēng)，一條回風(fēng)巷回風(fēng)的通風(fēng)方式(不建回風(fēng)立井)，進(jìn)風(fēng)大巷凈斷面13.1m2，回風(fēng)巷凈斷面10.06m2，回風(fēng)斜井凈斷面擴(kuò)至10.6m2。通風(fēng)容易時(shí)期為兩種情況:即三采區(qū)布置一個(gè)綜采工作面，一個(gè)備用工作面，一采區(qū)布置一個(gè)綜采工作面；三采區(qū)布置一個(gè)綜采工作面，一個(gè)備用工作面，四采區(qū)布置一個(gè)綜采工作面。以上兩種布置方式，通風(fēng)距離相對較短，為此時(shí)的通風(fēng)容易時(shí)期；②通風(fēng)困難時(shí)期為，三采區(qū)布置一個(gè)綜采工作面，一個(gè)備用工作面，四采區(qū)布置一個(gè)綜采工作面(或一采區(qū)布置一個(gè)綜采工作面)，其中回采三采區(qū)最遠(yuǎn)的5318工作面(暫定名)時(shí)，為通風(fēng)阻力最大時(shí)，因此礦井通風(fēng)阻力以三采區(qū)5318工作面為此時(shí)的通風(fēng)最困難時(shí)期；阻力最大的線路為副斜井→二采區(qū)軌道巷→+403大巷→三采區(qū)軌道巷→5318進(jìn)風(fēng)巷→5318工作面→5318回風(fēng)巷→三采區(qū)回風(fēng)巷→三、四采區(qū)回風(fēng)巷→回風(fēng)斜井。分別計(jì)算出各段井巷的通風(fēng)阻力，然后累加得出這個(gè)時(shí)期的井巷通風(fēng)阻力為2319.08Pa，小于2940Pa規(guī)定，所以，開采三、四采區(qū)時(shí)，不建回風(fēng)立井，開采一、二采區(qū)時(shí)所選的主扇可以滿足開采三、四采區(qū)的要求。

2010年風(fēng)機(jī)更換完成后，2010～2012年對主要回風(fēng)巷道一采區(qū)回風(fēng)巷(250m)、二采區(qū)回風(fēng)巷(150m)回風(fēng)井筒(90m)進(jìn)行了擴(kuò)巷。

3.2 系統(tǒng)優(yōu)化改造后的通風(fēng)效果

礦井更換主扇后扇葉角度:Ⅰ級49°Ⅱ級41°，主扇排風(fēng)量:4950m3/min（額定風(fēng)量:4320～9600m3/min），電機(jī)運(yùn)行頻率:42Hz(額定頻率 50Hz)，礦井負(fù)壓：2.01kPa，可以滿足年產(chǎn)120萬t要求。主扇采用變頻控制，在使用中通過調(diào)節(jié)供電頻率即可實(shí)現(xiàn)改變主扇風(fēng)量的目的，不再使用調(diào)節(jié)扇葉角度的方法，節(jié)省了大量人力。主扇附帶剎車功能，在礦井需要反風(fēng)時(shí)，節(jié)約反風(fēng)時(shí)間的同時(shí)保障了礦井安全。礦井一采區(qū)回風(fēng)巷擴(kuò)巷前斷面7.4m2，巷道風(fēng)速5.2m/s，擴(kuò)巷后斷面 11.4m2，風(fēng)速 3.3m/s，在滿足礦井需風(fēng)量的基礎(chǔ)上，巷道風(fēng)速下降1.7m/s；礦井二采區(qū)回風(fēng)巷擴(kuò)巷前斷面6.4m2，巷道風(fēng)速5.7m/s，擴(kuò)巷后斷面11.4m2，風(fēng)速3.2m/s，在滿足礦井需風(fēng)量的基礎(chǔ)上，巷道風(fēng)速下降1.4m/s；回風(fēng)井筒擴(kuò)巷前斷面6.8m2，巷道風(fēng)速 6.4m/s，擴(kuò)巷后斷面 11.4m2，風(fēng)速 4.2m/s，在滿足礦井需風(fēng)量的基礎(chǔ)上，巷道風(fēng)速下降1.5m/s，同時(shí)減小了礦井通風(fēng)阻力，提高了通風(fēng)機(jī)工作效率。

4 結(jié)論

綜上所述，通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量對礦井的生產(chǎn)有著重要的影響。因此，煤礦企業(yè)應(yīng)重視通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化改造工作，確保煤礦的生產(chǎn)效率。本工程通過礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造后，減小了通風(fēng)阻力，提高了主扇的運(yùn)行效率，并且投運(yùn)變頻器后轉(zhuǎn)速降低，軸承的機(jī)械損耗少，設(shè)備的維護(hù)工作量大大減少，經(jīng)濟(jì)效益較為明顯。

［1］佘鈺.礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案分析[J].科技與企業(yè),2012(22).

［2］段倉熊,介小文,李伯平.徐家溝煤礦通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造方案分析[J].價(jià)值工程,2013(25).