八字山風(fēng)井主要風(fēng)機(jī)選型及風(fēng)量?jī)?yōu)化研究

薛亮文

（山西西山煤電股份有限公司，山西 太原 030203）

近年來(lái)，鎮(zhèn)城底礦煤炭產(chǎn)量大幅上升，超強(qiáng)度開采使得采區(qū)服務(wù)年限迅速縮短、工作面出現(xiàn)供風(fēng)能力不足等現(xiàn)象，對(duì)安全生產(chǎn)構(gòu)成嚴(yán)重威脅［1］。為解決新采區(qū)集中生產(chǎn)和瓦斯超限等問題，在八字山工業(yè)廣場(chǎng)新建回風(fēng)立井，存在通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化、風(fēng)機(jī)選型、礦井風(fēng)量分配等難題［2-3］。依據(jù)安全規(guī)程，采用理論分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)合方法，對(duì)八字山回風(fēng)井負(fù)擔(dān)區(qū)通風(fēng)方案進(jìn)行驗(yàn)算，對(duì)綜采工作面風(fēng)量、掘進(jìn)工作面風(fēng)量、其他硐室及獨(dú)立用風(fēng)巷道的實(shí)際需風(fēng)量和通風(fēng)阻力等參數(shù)核算，并將結(jié)果作為風(fēng)機(jī)型號(hào)選擇和生產(chǎn)定量的依據(jù)，對(duì)保障安全生產(chǎn)有重要意義。

1 礦井地質(zhì)生產(chǎn)條件

鎮(zhèn)城底礦位于西山煤田西北邊緣，井田面積22.8km2，2005年核定生產(chǎn)能力190萬(wàn)t/a。由于生產(chǎn)需要，礦井轉(zhuǎn)入新采區(qū)生產(chǎn)，新打八字山回風(fēng)井?；仫L(fēng)井場(chǎng)地位于南進(jìn)風(fēng)井西側(cè)的溝谷北側(cè)緩坡上，與進(jìn)風(fēng)井場(chǎng)地聯(lián)合布置，場(chǎng)地標(biāo)高＋1 098m～＋1 139m。回風(fēng)立井井口標(biāo)高＋1 120m，凈直徑6.0m，至8號(hào)煤垂深420m。

根據(jù)礦井生產(chǎn)銜接計(jì)劃，將由八字山回風(fēng)井擔(dān)負(fù)下組煤采區(qū)的回風(fēng)任務(wù)，由現(xiàn)有歇馬村回風(fēng)井擔(dān)負(fù)南二采區(qū)及南六上組采區(qū)通風(fēng)任務(wù)。八字山回風(fēng)井服務(wù)區(qū)域容易時(shí)期的生產(chǎn)布局如下：下組煤采區(qū)布置1個(gè)采煤工作面、2個(gè)煤巷掘進(jìn)工作面、1個(gè)巖巷掘進(jìn)工作面、1個(gè)采區(qū)變電所、1個(gè)瓦斯抽采泵站、1個(gè)注氮硐室；困難時(shí)期的生產(chǎn)布局如下：下組煤采區(qū)布置1個(gè)采煤工作面、1個(gè)備用工作面、2個(gè)煤巷掘進(jìn)面、2個(gè)巖巷掘進(jìn)面、1個(gè)采區(qū)變電所、1個(gè)瓦斯抽采泵站、1個(gè)注氮硐室。

2 礦井風(fēng)量分配

2.1 綜采工作面風(fēng)量計(jì)算

1）按井下適宜的氣候條件計(jì)算［見式（1）］

式中：Q采為采煤工作面需風(fēng)量，m3/min；v采為適宜風(fēng)速，m/s，取1.0m/s；S采為平均有效斷面面積，m2；k采面長(zhǎng)為長(zhǎng)度調(diào)整系數(shù)；k采高為采高調(diào)整系數(shù)；70%為有效通風(fēng)斷面系數(shù)；60為單位換算產(chǎn)生的系數(shù)。

2）按瓦斯涌出量計(jì)算

南六上組采煤工作面預(yù)計(jì)最大絕對(duì)瓦斯涌出量為23m3/min，在工作面回采前提前進(jìn)行本煤層預(yù)抽，并在回采期間進(jìn)行本煤層鉆孔抽采、裂隙帶抽采、上隅角抽采后，預(yù)計(jì)風(fēng)排瓦斯量為7.05m3/min；下組煤采區(qū)采煤工作面預(yù)計(jì)最大絕對(duì)瓦斯涌出量為35m3/min，工作面回采前提前進(jìn)行本煤層預(yù)抽，并在回采期間進(jìn)行本煤層鉆孔抽采、裂隙帶抽采、上隅角抽采及高抽巷抽采后，預(yù)計(jì)風(fēng)排瓦斯量為9.41m3/min。工作面風(fēng)量計(jì)算如式（2）。

式中：q采為采煤工作面回風(fēng)流中瓦斯絕對(duì)涌出量，m3/min；k采為瓦斯涌出量不均衡備用風(fēng)量系數(shù)；125為回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛炔怀^0.8%換算系數(shù)。

南六上組采煤工作面：Q采＝125×q采×k采＝125×7.05×1.7＝1 500m3/min。

下組煤采區(qū)采煤工作面：Q采＝125×q采×k采＝125×9.41×1.7＝2 000m3/min。

根據(jù)上述工作面配風(fēng)計(jì)算，取其中最大值作為采煤工作面最低配風(fēng)量。因此，南六上組采區(qū)采煤工作面最低配風(fēng)量為1 500m3/min，下組煤采區(qū)采煤工作面最低配風(fēng)量為2 000m3/min。

Q采?。糛采＜Q采大，符合《煤礦安全規(guī)程》要求。

2.2 掘進(jìn)工作面風(fēng)量計(jì)算

1）按瓦斯涌出量計(jì)算［見式（3）］

南六上組采區(qū)煤巷掘進(jìn)面預(yù)計(jì)絕對(duì)瓦斯涌出量為2.2m3/min；南六上組采區(qū)巖巷掘進(jìn)面預(yù)計(jì)絕對(duì)瓦斯涌出量為1.2m3/min。下組煤采區(qū)掘進(jìn)面預(yù)計(jì)絕對(duì)瓦斯涌出量為3.8m3/min，采取“邊掘邊抽”的掩護(hù)掘進(jìn)措施后，預(yù)計(jì)風(fēng)排瓦斯量為2.4m3/min；下組煤采區(qū)巖巷掘進(jìn)面預(yù)計(jì)絕對(duì)瓦斯涌出量為1.6m3/min。

式中：Q掘?yàn)榫蜻M(jìn)面實(shí)際需要風(fēng)量，m3/min；q掘?yàn)榫蜻M(jìn)面回風(fēng)流中瓦斯絕對(duì)涌出量，m3/min；k掘?yàn)榫蜻M(jìn)面瓦斯涌出量不均衡備用風(fēng)量系數(shù)；125為掘進(jìn)面回風(fēng)流中瓦斯?jié)舛炔怀^0.8%換算系數(shù)。

南六上組采區(qū)煤巷掘進(jìn)面：Q掘＝125×q掘×k掘＝125×2.2×1.7＝468m3/min。

南六上組采區(qū)巖巷掘進(jìn)面：Q掘＝125×q掘×k掘＝125×1.2×1.7＝255m3/min。

下組煤采區(qū)煤巷掘進(jìn)面：Q掘＝125×q掘×k掘＝125×2.4×1.7＝510m3/min。

下組煤采區(qū)巖巷掘進(jìn)面：Q掘＝125×q掘×k掘＝125×1.6×1.7＝340m3/min。

2）按炸藥量計(jì)算［見式（4）］

式中：A掘?yàn)榫蜻M(jìn)面一次爆破所用的最大炸藥量，kg。

3）按工作面同時(shí)工作人數(shù)計(jì)算［見式（5）］

式中：N掘?yàn)榫蜻M(jìn)面同時(shí)工作的最多人數(shù)，取交接班時(shí)人數(shù)；4為每人需風(fēng)量不小于4m3/min。

根據(jù)上述工作面配風(fēng)量計(jì)算，取其中最大值作為掘進(jìn)面最低配風(fēng)量。因此，南六上組采區(qū)煤巷掘進(jìn)面最低配風(fēng)量為468m3/min，南六上組采區(qū)巖巷掘進(jìn)面最低配風(fēng)量為255m3/min，下組煤采區(qū)煤巷掘進(jìn)面最低配風(fēng)量為510m3/min，下組煤采區(qū)巖巷掘進(jìn)面最低配風(fēng)量為340m3/min。

Q掘?。糛掘＜Q掘大，符合《煤礦安全規(guī)程》要求。

依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，南六上組及下組煤采區(qū)巖巷掘進(jìn)面安設(shè)局部通風(fēng)機(jī)巷道配風(fēng)量達(dá)到800m3/min，南六上組及下組煤采區(qū)煤巷掘進(jìn)面安設(shè)局部通風(fēng)機(jī)巷道配風(fēng)量達(dá)到1 000m3/min，可滿足要求。

2.3 其他硐室及獨(dú)立用風(fēng)巷道的實(shí)際需風(fēng)量計(jì)算

參考礦井生產(chǎn)區(qū)域硐室實(shí)際配風(fēng)情況，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)采區(qū)變電所、瓦斯抽采硐室、注氮硐室各配風(fēng)180m3/min。

井下其他巷道的需要風(fēng)量必須保證巷道的最低風(fēng)速不能低于0.25m/s。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)巷道的沖洗風(fēng)取為200m3/min。

3 礦井通風(fēng)阻力和風(fēng)機(jī)選型參數(shù)

3.1 礦井通風(fēng)阻力和通風(fēng)負(fù)壓

礦井通風(fēng)阻力采用式（6）計(jì)算［4］：

式中：α為摩擦阻力系數(shù)，N·s2/m4；l為巷道長(zhǎng)度，m；q為通過巷道的風(fēng)量，m3/s；s為巷道凈斷面，m2；p為巷道凈周長(zhǎng)，m。

經(jīng)計(jì)算，八字山回風(fēng)井通風(fēng)容易時(shí)期，回風(fēng)井回風(fēng)量166.8m3/s，通風(fēng)負(fù)壓1 576Pa；通風(fēng)困難時(shí)期，回風(fēng)井回風(fēng)量239.0m3/s，通風(fēng)負(fù)壓2 627Pa。

3.2 風(fēng)機(jī)選型參數(shù)

根據(jù)風(fēng)量計(jì)算，礦井通風(fēng)困難時(shí)期，八字山回風(fēng)井所負(fù)擔(dān)南六下組和上組煤采區(qū)的最低需風(fēng)量為14 340m3/min，負(fù)壓為2 627Pa；礦井通風(fēng)容易時(shí)期，八字山回風(fēng)井所負(fù)擔(dān)區(qū)域的最低需風(fēng)量為9 612m3/min，負(fù)壓為1 595Pa。

考慮漏風(fēng)及局部阻力損失，則風(fēng)機(jī)所需：

4 工程應(yīng)用

根據(jù)風(fēng)量及負(fù)壓要求，八字山回風(fēng)井主要通風(fēng)機(jī)選擇2臺(tái)DBK54-8No.30防爆對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)，一運(yùn)、一備，電機(jī)功率2×560kW，額定風(fēng)量135 m3/s～285m3/s，額定風(fēng)壓1 500Pa～4 500Pa。2014年9月，在八字山回風(fēng)井主要通風(fēng)機(jī)投入使用后，在礦井通風(fēng)處于容易時(shí)期，進(jìn)行了風(fēng)機(jī)特性曲線和礦井各用風(fēng)地點(diǎn)有效風(fēng)量實(shí)測(cè)［5］，結(jié)果見圖1和表1。

4.1 風(fēng)機(jī)運(yùn)行實(shí)測(cè)

圖1 實(shí)測(cè)風(fēng)機(jī)性能曲線

由圖1知，風(fēng)機(jī)工況點(diǎn)風(fēng)量Q＝210m3/s，風(fēng)壓h＝3 610Pa，效率84.7%，風(fēng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、安全，工況點(diǎn)均處于合理狀態(tài)。

4.2 用風(fēng)地點(diǎn)有效風(fēng)量實(shí)測(cè)

對(duì)各個(gè)用風(fēng)地點(diǎn)按照風(fēng)量、實(shí)際溫度和風(fēng)速等指標(biāo)測(cè)定，得到表1各參數(shù)。分析可知，各地實(shí)際供風(fēng)滿足需要，溫度和風(fēng)速均在安全規(guī)程要求范圍之內(nèi)。

表1 各用風(fēng)地點(diǎn)有效風(fēng)量驗(yàn)證

5 結(jié)論

1）經(jīng)計(jì)算，八字山礦井負(fù)擔(dān)區(qū)需要風(fēng)量為7 003m3/min。通風(fēng)容易時(shí)期，回風(fēng)井回風(fēng)量166.8m3/s，通風(fēng)負(fù)壓1 576Pa；通風(fēng)困難時(shí)期，回風(fēng)井回風(fēng)量239.0m3/s，通風(fēng)負(fù)壓2 627Pa。

2）根據(jù)風(fēng)量及負(fù)壓要求，八字山回風(fēng)井主要通風(fēng)機(jī)選擇DBK54-8No.30型防爆對(duì)旋軸流式通風(fēng)機(jī)2臺(tái)，一運(yùn)、一備。

3）現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)表明，風(fēng)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、安全，工況點(diǎn)均處于合理狀態(tài)，用風(fēng)地點(diǎn)有效風(fēng)量滿足需求。

［1］ 裴昌合.易燃煤層綜放工作面安全配風(fēng)量計(jì)算方法及實(shí)踐［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2008，36（7）：45-47，95.

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