連續(xù)采煤機(jī)塊段式開采工作面通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究*

高云峰，杜濤，畢建國(guó)，高瑞文

（1.太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，太原030024；2.中國(guó)煤炭科工集團(tuán)太原研究院有限公司，太原030006）

連續(xù)采煤機(jī)塊段式開采工作面通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化研究*

高云峰1，2，杜濤2，畢建國(guó)2，高瑞文2

（1.太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院，太原030024；2.中國(guó)煤炭科工集團(tuán)太原研究院有限公司，太原030006）

介紹了連續(xù)采煤機(jī)塊段式開采通風(fēng)系統(tǒng)，針對(duì)現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)配風(fēng)量大、風(fēng)速低、負(fù)壓低的問題，提出回采區(qū)段構(gòu)筑回風(fēng)通道、采用局部通風(fēng)機(jī)向工作面加強(qiáng)供風(fēng)的問題，并用加權(quán)相對(duì)偏離值最小法對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行分析研究，確定了礦井全風(fēng)壓結(jié)合局部通風(fēng)機(jī)增強(qiáng)供風(fēng)作為優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)方案。

塊段式開采；通風(fēng)系統(tǒng)；加權(quán)相對(duì)偏離值最小法

連續(xù)采煤機(jī)塊段式開采工藝，在礦井邊角煤、不規(guī)則塊段回采中，具有采掘合一、出煤快、初期設(shè)備投資少、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、機(jī)械化程度高、全員效率高等優(yōu)點(diǎn)；近30多年來，在我國(guó)晉陜蒙礦區(qū)得到推廣應(yīng)用。但受回采條件所限，該開采工藝的工作面一般難以建立完整通風(fēng)系統(tǒng)，工作面風(fēng)流穩(wěn)定性差，容易造成安全隱患。因此，分析優(yōu)化該工藝的配套通風(fēng)系統(tǒng)，對(duì)保證工作面安全高效生產(chǎn)具有重要意義。

1 塊段式開采工作面的通風(fēng)方式

塊段式開采的通風(fēng)結(jié)構(gòu)，決定著漏風(fēng)量和工作面風(fēng)量的穩(wěn)定性；而開采巷道的布置，決定著通風(fēng)系統(tǒng)的復(fù)雜性。配風(fēng)量大、風(fēng)速低、負(fù)壓低是塊段式開采時(shí)通風(fēng)的基本特點(diǎn)。根據(jù)開采時(shí)巷道的布置、以及進(jìn)回風(fēng)方式、工作面通風(fēng)方法，塊段式開采的通風(fēng)系統(tǒng)方式，見圖1。

2 通風(fēng)的系統(tǒng)優(yōu)化方案

通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)條件差，進(jìn)、回風(fēng)巷并列，漏風(fēng)大；回采時(shí)工作面為擴(kuò)散通風(fēng)，特別是新鮮風(fēng)流沖洗工作面后經(jīng)回采所在巷道進(jìn)入?yún)^(qū)段回風(fēng)巷，工作面作業(yè)人員處于回風(fēng)流中，空氣質(zhì)量差、粉塵濃度高，對(duì)人員傷害較大，且安全隱患多。因此需對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行合理優(yōu)化，以保安全高效生產(chǎn)。

為避免工作面乏風(fēng)流經(jīng)工作巷道、提高作業(yè)環(huán)境質(zhì)量，應(yīng)在回采區(qū)段構(gòu)筑回風(fēng)通道，并按工作面實(shí)際條件合理布置聯(lián)絡(luò)巷，減少采空區(qū)頂板跨落對(duì)回風(fēng)通道的影響，保證回風(fēng)通道通暢，也為工作面梭車等設(shè)備運(yùn)行方便。再者，由于圖1的工作面通風(fēng)設(shè)施多、漏風(fēng)量大、系統(tǒng)可靠性較差、抗災(zāi)能力弱，故可采用局部通風(fēng)機(jī)向工作面加強(qiáng)供風(fēng)，通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案，見圖2。上述三種通風(fēng)系統(tǒng)方案應(yīng)用特征及優(yōu)缺點(diǎn)不盡相同，如表1所示。

3 通風(fēng)系統(tǒng)的分析方案

1）上述兩種優(yōu)化方案(較原方案有一定優(yōu)勢(shì))各有優(yōu)缺點(diǎn)，仍需進(jìn)一步分析，從中確定安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的通風(fēng)系統(tǒng)。若以各巷道長(zhǎng)度及百米風(fēng)阻R100=0.072 N2·s/m8計(jì)算各巷道的風(fēng)阻，總進(jìn)風(fēng)量18 m3/s時(shí)，解算各方案通風(fēng)阻力的結(jié)果分別為10.6 Pa，19.7 Pa，8.1 Pa?？芍谌N方案通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)阻力最小，較為經(jīng)濟(jì)合理。通風(fēng)系統(tǒng)的合理與否，首先取決于其能否向用風(fēng)地點(diǎn)提供穩(wěn)定可靠的風(fēng)量和是否易于管理，即取決于通風(fēng)網(wǎng)路和通風(fēng)構(gòu)筑物。上述通風(fēng)系統(tǒng)的分析，如表2所示。

2）為保證優(yōu)化方案的科學(xué)性，采用加權(quán)相對(duì)偏離值最小法進(jìn)一步分析。

a.通風(fēng)系統(tǒng)的評(píng)判指標(biāo)：塊段式開采的通風(fēng)特點(diǎn)是漏風(fēng)大、風(fēng)量不穩(wěn)定、通風(fēng)管理較困難、工作面通風(fēng)質(zhì)量差等，通風(fēng)系統(tǒng)的評(píng)判指標(biāo)應(yīng)充分體現(xiàn)這些特點(diǎn)，并且各指標(biāo)應(yīng)有獨(dú)立的物理意義，符合科學(xué)、可測(cè)、可比、簡(jiǎn)明的原則。因此通風(fēng)系統(tǒng)的主要評(píng)判指標(biāo)為：通風(fēng)物設(shè)施、局部通風(fēng)機(jī)、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)、工作面通風(fēng)質(zhì)量、工程量等5個(gè)指標(biāo)。依據(jù)各指標(biāo)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)影響的重要程度，利用“相對(duì)重要性序列矩陣法”求得各指標(biāo)的權(quán)值分別為6、4、8、10、3。

b.加權(quán)相對(duì)偏離值最小法的優(yōu)化步驟：通過將不同性質(zhì)、不同因次量的指標(biāo)轉(zhuǎn)化為無因次的量，采用計(jì)算相對(duì)偏差值δij（i為方案的指標(biāo)；j為各方案）的方法，并考慮各指標(biāo)的權(quán)值，進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，確定最優(yōu)方案。具體評(píng)價(jià)程序如下：①擬定通風(fēng)系統(tǒng)方案；②計(jì)算或確定各方案的指標(biāo)值③確定標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)值或imin；④計(jì)算各指標(biāo)的相對(duì)偏差值⑤相對(duì)偏差值矩陣：根據(jù)各方案的指標(biāo)計(jì)算的相對(duì)偏差值組成相對(duì)偏差值矩陣：

3）通風(fēng)系統(tǒng)的分析評(píng)價(jià)：上述三種通風(fēng)方案的評(píng)判指標(biāo)值及各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值，如表3所示。

各指標(biāo)的評(píng)定值如表4所示。各方案的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)分別為Wa=6.2，K1=1.52，K2=1.47，K3=1.02。加權(quán)相對(duì)偏離值最小的方案為最優(yōu)方案，故第Ⅲ方案為最優(yōu)方案，分析結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用結(jié)果吻合；該方案工作面為礦井全風(fēng)壓結(jié)合局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)，局部通風(fēng)機(jī)安設(shè)處風(fēng)量穩(wěn)定，局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)量大，可保證各用風(fēng)地點(diǎn)需風(fēng)量；該通風(fēng)系統(tǒng)抗災(zāi)能力強(qiáng)，一旦局部通風(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)，人員可很快撤到主輔運(yùn)巷道中。

4 結(jié)論

1）連續(xù)采煤機(jī)塊段式開采過程中，為保工作面風(fēng)流穩(wěn)定性，應(yīng)采用礦井全風(fēng)壓結(jié)合局部通風(fēng)機(jī)增強(qiáng)通風(fēng)的聯(lián)合式通風(fēng)系統(tǒng)。

2）為保局部通風(fēng)機(jī)安設(shè)處的風(fēng)量，進(jìn)、回風(fēng)準(zhǔn)備巷道聯(lián)絡(luò)橫巷的臨時(shí)密閉，應(yīng)滿足便于安裝、可重復(fù)利用、嚴(yán)密、不漏風(fēng)等要求。

3）連續(xù)采煤機(jī)塊段式開采通風(fēng)構(gòu)筑物及設(shè)施多，應(yīng)加強(qiáng)管理，確保安全生產(chǎn)。

[1]譚允禎.礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，1992.

[2]夏孝明.礦井通風(fēng)系統(tǒng)方案優(yōu)化的評(píng)判指標(biāo)[J].煤礦安全，2000(5)：5-7.

[3]王虹，李志強(qiáng).短壁機(jī)械化開采支護(hù)技術(shù)綜述[C].煤炭科學(xué)研究總院太原研究院，短壁機(jī)械化開采專業(yè)論文集.太原：2003：1-6．

[4]張國(guó)樞.通風(fēng)安全學(xué)[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2008．

[5]國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局.煤礦安全規(guī)程[M].北京：中國(guó)法制出版社，2011．

2.Taiyuan Research Institute,China Coal Technology&Engineering Group,Taiyuan 030006,China)

Optimization on Ventilation System of Blocking Mining Face with Continuous Miner

GAO Yunfeng1,2，DU Tao2,BI Jianguo2,GAO Ruiwen2
(1.College of Mining Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China;

The paper introduces the ventilation system of blocking mining with continuous miner.To solve the problems,including large air volume,low air speed,and low negative pressure,the study presents to construct return air passage in extraction sections and to use local fan to increase air supply for the working face.In addition,the ventilation system is studied with minimum weighted relative deviation value method to determine the optimized ventilation system plan which combines full wind pressure and local fan to improve the air supply in the mine.

blocking mining;ventilation system;minimum weighted relative deviation value

TD722

A

1672-5050（2015）01-0001-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2015.01.001

（編輯：劉新光）

2014-10-10

山西省青年科技研究基金項(xiàng)目（2012021022-2）；中國(guó)煤炭科工集團(tuán)有限公司科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目（2013QN002）。

高云峰（1981-），男，山東煙臺(tái)人，在讀工程碩士研究生，助理研究員，從事連續(xù)采煤機(jī)短壁機(jī)械化開采工藝技術(shù)研究及煤礦井巷工程管理工作。