礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造研究

[摘 要]結(jié)合井下實際情況，分析了制約通風(fēng)能力的主要問題，并針對性地提出通風(fēng)系統(tǒng)的改造優(yōu)化措施，經(jīng)優(yōu)化改造后取得較好的效果，滿足了礦井安全高效生產(chǎn)的需要，為其他礦井通風(fēng)改造工作提供了合理、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)的借鑒技術(shù)經(jīng)驗。

[關(guān)鍵詞]礦井；通風(fēng)系統(tǒng)；優(yōu)化；改造

中圖分類號：TD725 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）05-0162-01

1 礦井概況

某煤礦原設(shè)計生產(chǎn)能力為90萬t，經(jīng)改擴(kuò)建后年生產(chǎn)能力達(dá)到了120萬t。礦井井田共共含煤23層，目前主采煤層為1號和2號煤層。受井田開拓條件及巷道布置因素影響，礦井通風(fēng)方式采用中央并列式與中央邊界式混合通風(fēng)系統(tǒng)、抽出式通風(fēng)。礦井原總進(jìn)風(fēng)量3000m3/min，總回風(fēng)量3100m3/min，等級孔I.8m2。井田中央的工業(yè)廣場內(nèi)布置3個井筒，即主井、副井、中央風(fēng)井；在井田西部邊界布置一個井筒為西風(fēng)井。礦井的主、副井進(jìn)風(fēng)，中央風(fēng)井及西風(fēng)井回風(fēng)。

隨著礦井向深部延伸，煤層瓦斯含量和地溫也隨之變大，導(dǎo)致礦井瓦斯涌出量增加與工作環(huán)境溫度升高，加之生產(chǎn)能力提升使設(shè)備機(jī)械化程度加大，礦井需用風(fēng)量大幅增加，礦井原有通風(fēng)系統(tǒng)捉襟見肘，供風(fēng)能力嚴(yán)重不足，極大地制約了礦井的安全及正常生產(chǎn)，因此對礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造工作迫在眉睫。

2 通風(fēng)系統(tǒng)存在問題及優(yōu)化改造的必要性

隨著礦井向深部開拓延伸，煤層瓦斯含量及地溫隨之增高，使得礦井瓦斯涌出量進(jìn)一步變大，采掘工作面內(nèi)溫度逐漸增高，井下工作環(huán)境日趨惡化，需增加更多風(fēng)量來排放瓦斯和給各采掘工作面降溫；另外，礦井改擴(kuò)建后生產(chǎn)能力提升與采掘設(shè)備機(jī)械化程度越來越高，各采掘工作面需用風(fēng)量大幅增加，礦井對通風(fēng)能力需求增強(qiáng)，但本礦井通風(fēng)路線比較長，回風(fēng)系統(tǒng)原有主要巷道斷面小且巷道變形嚴(yán)重，通風(fēng)阻力太大，受原有主風(fēng)機(jī)機(jī)械能力所限制等因素，原有通風(fēng)系統(tǒng)能力有限，與礦井安全生產(chǎn)的通風(fēng)需求能力形成對立矛盾。為解決這一對立矛盾，對礦井原有通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)參數(shù)進(jìn)行了全面測定，根據(jù)測定結(jié)果結(jié)合礦井巷道情況進(jìn)行綜合分析，認(rèn)為礦井原有通風(fēng)系統(tǒng)主要存在以下幾個主要問題和制約因素。

（1）礦井主要風(fēng)巷距離較長，巷道斷面小、變形嚴(yán)重，導(dǎo)致通風(fēng)阻力變大。本礦井主要回風(fēng)巷道較長，四采區(qū)的主要回風(fēng)道通風(fēng)距離1600m，六采區(qū)的北總回風(fēng)巷通風(fēng)距離2000m。礦井原有主要回風(fēng)道巷道斷面較小，多在6-10m2之間，加之因礦井地壓比較大，采用工字鋼支護(hù)的巷道多數(shù)遭受破壞、嚴(yán)重變形，參差不齊的巷道斷面導(dǎo)致礦井通風(fēng)阻力變大。在以往進(jìn)行的礦井通風(fēng)系統(tǒng)參數(shù)的測定工作中，四采區(qū)回風(fēng)道通風(fēng)阻力測定結(jié)果為l980Pa，占中央風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)總阻力的70.7%；六采區(qū)的北總回風(fēng)巷阻力達(dá)2300Pa，占西風(fēng)井通風(fēng)系統(tǒng)總阻力的74.19%。兩條巷道的通風(fēng)阻力所占礦井通風(fēng)總阻力的比重都非常大，據(jù)此數(shù)據(jù)分析得出，由于受主要回風(fēng)道供風(fēng)距離長、摩擦阻力大、局部阻力高，加上巷道變形等因素所影響，造成回風(fēng)系統(tǒng)總通風(fēng)阻力比較大，嚴(yán)重制約了礦井的通風(fēng)效率。必須對巷道迸行斷面擴(kuò)大或維修來增加風(fēng)流通過面積，減小通風(fēng)阻力。

（2）隨著礦井生產(chǎn)能力變化及機(jī)械化程度提高，礦井生產(chǎn)用風(fēng)量大幅增加。礦井改擴(kuò)建前，掘進(jìn)巷道設(shè)計斷面為8m2，改擴(kuò)建后巷道斷面增加到12m2左右，礦井開拓深度增加使煤層瓦斯含量增大，掘進(jìn)時瓦斯涌出量大幅升高；另外改擴(kuò)建后采掘機(jī)械化程度加深，掘進(jìn)速度有所提高，也導(dǎo)致需風(fēng)量增大。為保證掘進(jìn)面的正常用風(fēng)，每個掘進(jìn)工作面掘進(jìn)時所需配用風(fēng)量由原來的200-280m3/min增加到500m3/min；同理回采工作面也因設(shè)計產(chǎn)量變大瓦斯涌出量有所升高，需要更多進(jìn)風(fēng)量來稀釋瓦斯，每個回采工作面需配用風(fēng)量由600-800m3/min增大到l500m3/min左右。此外，隨著礦井開拓深度增加地溫的升高，井下工作環(huán)境的溫度也逐漸變高，為降低采掘工作面溫度，改善工作環(huán)境，也需要更多的新鮮風(fēng)流來降溫。經(jīng)計算，目前整個礦井總需配風(fēng)量要達(dá)到8000m3/min以上才能保證礦井安全生產(chǎn)用風(fēng)。

（3）主要通風(fēng)設(shè)備陳舊、能力和效率比較低。隨著時間的推移，風(fēng)機(jī)機(jī)械性能不斷下降，在之前進(jìn)行的風(fēng)機(jī)性能測試中，中央風(fēng)井主要通風(fēng)機(jī)有效率為68%、西風(fēng)井主要通風(fēng)機(jī)有效率僅為45.6%。隨著礦井總需風(fēng)量的大幅增加，原有主風(fēng)機(jī)已經(jīng)不能滿足礦井安全生產(chǎn)用風(fēng)要求，必須進(jìn)行升級或更換。

（4）受小煤窯非法采動破壞影響，礦井漏風(fēng)嚴(yán)重。該礦周邊存在多個小煤窯，受小煤窯非法采動影響，現(xiàn)在西風(fēng)井井筒多處變形，井壁漿皮跨落、支護(hù)遭到嚴(yán)重破壞，且該影響甚至延伸至地表導(dǎo)致西風(fēng)井主要通風(fēng)機(jī)房地基變形，已經(jīng)影響到主要通風(fēng)機(jī)的正常安全運(yùn)行；另外，北大巷因受此影響不僅僅是巷道變形嚴(yán)重，且有裂隙與外部小窯導(dǎo)通，漏風(fēng)狀況使得礦井通風(fēng)系統(tǒng)安全受到嚴(yán)重威脅。

基于以上幾個方面因素影響，為保證礦井安全高效的生產(chǎn)，對原有通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造的工作顯得尤為重要且刻不容緩。只有通過對通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化、改造工作來提升通風(fēng)系統(tǒng)的能力，提升其可靠性和穩(wěn)定性，才能滿足礦井所需的風(fēng)量，確保礦井安全生產(chǎn)。

3 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造措施

（1）擴(kuò)修回風(fēng)巷道，改變支護(hù)方式。對原有巷道進(jìn)行擴(kuò)幫維修，包括四采區(qū)l500m左右總回風(fēng)巷與其他變形嚴(yán)重的回風(fēng)巷道，增大巷道斷面使其達(dá)13.4m2以上；改變巷道原來的工字鋼支護(hù)方式，全部采用錨網(wǎng)梁加錨噴支護(hù)方式，降低巷道的摩擦阻力；在巷道的所有拐彎處采用流線型設(shè)計，減小巷道拐彎處的局部阻力。

（2）增設(shè)l條中央風(fēng)井風(fēng)道，增大風(fēng)流通過面積。原通風(fēng)系統(tǒng)中的中央風(fēng)井地面約有l(wèi)條180m長的風(fēng)硐，原通風(fēng)斷面為3.4m×3.4m，回風(fēng)流通過面積偏小，增加l條相同規(guī)格的風(fēng)硐與已有風(fēng)硐并聯(lián)使用，增加回風(fēng)流通過面積，減小風(fēng)機(jī)排風(fēng)端的通風(fēng)阻力。

（3）縮短四、六采區(qū)共用段距離，對四采區(qū)增設(shè)進(jìn)風(fēng)巷道。對四采區(qū)和六采區(qū)回風(fēng)系統(tǒng)路線進(jìn)行調(diào)整，將四采區(qū)與六采區(qū)共用進(jìn)風(fēng)段減少800m距離；同時，為了滿足四采區(qū)的用風(fēng)需求，對其再單獨增設(shè)一條進(jìn)風(fēng)巷道，降低采區(qū)進(jìn)風(fēng)時的通風(fēng)阻力。

（4）報廢北總回風(fēng)巷和西風(fēng)井，新建1個替代回風(fēng)井。受小煤窯采動后影響，礦井原有的北總回風(fēng)巷漏風(fēng)現(xiàn)象嚴(yán)重，加上西風(fēng)井機(jī)房地基變形，已經(jīng)影響了風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行。擬報廢北總回風(fēng)巷與西風(fēng)井，在井田北翼的八采區(qū)中央新建1個北風(fēng)井與井下回風(fēng)系統(tǒng)連通，以縮短六采區(qū)和八采區(qū)之間的通風(fēng)距離。報廢北總回風(fēng)巷待新風(fēng)井建成并連通后，較以前六采和八采通風(fēng)距離減少2000m，進(jìn)一步減小了礦井的總通風(fēng)阻力。

（5）更換中央風(fēng)井風(fēng)機(jī)，提高風(fēng)機(jī)排風(fēng)量及通風(fēng)能力，選用具有高效率、低噪聲、無駝峰等特點的風(fēng)機(jī)，從根本上提高礦井的通風(fēng)能力，以滿足整個礦井的用風(fēng)需求。

4 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造后效果

根據(jù)礦井生產(chǎn)規(guī)劃，礦井經(jīng)過三年的時間，按優(yōu)化改造方案逐步實施，最終通風(fēng)系統(tǒng)各項優(yōu)化改造工作全部完成。經(jīng)優(yōu)化改造后，目前礦井總進(jìn)風(fēng)量11000m3/min，總回風(fēng)量11200m3/min，礦井等級孔為3.2m2，完全滿足了礦井安全高效生產(chǎn)的總需風(fēng)量。其中，中央風(fēng)井風(fēng)機(jī)回風(fēng)量7500m3/min，風(fēng)機(jī)負(fù)壓3000Pa，風(fēng)機(jī)效率91%；北風(fēng)井風(fēng)機(jī)回風(fēng)量3700m3/min，風(fēng)機(jī)負(fù)壓2600Pa，風(fēng)機(jī)效率87%。且礦井各作業(yè)場所溫度平均降低2-3℃，大大改善了井下作業(yè)環(huán)境，取得比較理想的預(yù)期結(jié)果。

5 結(jié)語

該礦經(jīng)過一系列通風(fēng)系統(tǒng)改造后，降低了礦井通風(fēng)阻力，提高了通風(fēng)能效，大大提高礦井通風(fēng)能力和排放瓦斯能力，增強(qiáng)了通風(fēng)系統(tǒng)的安全可靠性和抗災(zāi)能力，改善了井下作業(yè)場所的環(huán)境，滿足了礦井通風(fēng)安全需要，并為今后礦井?dāng)U大區(qū)的投產(chǎn)和實現(xiàn)高產(chǎn)高效提供了通風(fēng)條件。同時，也可為其他礦井的通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化改造工作提供合理、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)的借鑒。

作者簡介

劉振（1985），河南周口人，現(xiàn)供職于中煤新集能源股份有限公司新集一礦通風(fēng)區(qū)。