淺析煤礦基建期間通風系統(tǒng)優(yōu)化

趙秋峰

1 工程概況

河南某煤礦風井井筒凈直徑6.0 m，井深538 m，擔負目前礦井基建期間風井區(qū)施工的人員、物料、設備等全部提升及通風任務，井筒內安裝了玻璃鋼梯子間作為應急安全通道，同時安裝了兩趟Φ800 mm玻璃鋼風筒，擔負風井區(qū)抽出式負壓通風任務。風井區(qū)未與主井區(qū)域貫通，目前共施工4個掘進工作面（均為巖巷），分別為西二采區(qū)軌回聯(lián)巷、西四采區(qū)回風平巷、西二采區(qū)膠帶運輸平巷、西二采區(qū)軌道運輸平巷。

2 通風系統(tǒng)現(xiàn)狀

風井區(qū)以前采用地面局扇壓入式通風，為解決長距離供風問題，改造為目前的抽出式負壓通風系統(tǒng)，通過井筒內兩趟Φ800 mm玻璃鋼風筒、1號回風巷內兩趟Φ1200 mm玻璃鋼風筒、1號回風巷一組風門實現(xiàn)抽出式負壓通風。

圖1 風井區(qū)目前通風系統(tǒng)

通風系統(tǒng)改造為抽出式負壓通風前期，僅能滿足3個掘進工作面的通風需要，為實現(xiàn)多頭掘進，必須對通風系統(tǒng)進行優(yōu)化。

3 存在的主要問題

3.1 通風能力問題

風井區(qū)4個掘進工作面同時施工，通風能力可以滿足要求，如果需增加同時施工的掘進工作面數(shù)量，則通風系統(tǒng)存在以下主要問題：

（1）主扇效率低且通風能力較小。根據(jù)實測數(shù)據(jù)，現(xiàn)通風系統(tǒng)最大通風能力為4個巖巷掘進工作面的掘進通風。

（2）井筒內目前只能鋪設兩趟Φ800 mm玻璃鋼硬質風筒，風筒通風斷面僅1 m2（推算風筒內風速高達28 m/s左右），通風負壓8350 Pa左右，通風阻力較大，嚴重制約主通風機效率，是制約風井區(qū)通風能力的主要“瓶頸”。

3.2 掘進工作面長距離通風問題

隨著掘進工作面的推進，局部通風機供風長度均達1000 m左右，基本達到局部通風機的最大有效供風距離，工作面迎頭風量明顯不足。

3.3 高地溫問題

風井區(qū)地溫較高，井下全年平均氣溫28.95℃，工作面年均空氣溫度30℃左右，受水溫 （巷壁淋水）全年恒定在31.5℃左右的影響，井下空氣濕度較大，由于掘進工作面供風距離均已達極限，風量減少，風速大幅度下降，依靠風量作用的降溫效果明顯下降，造成工作面溫度較高，作業(yè)環(huán)境惡劣。嚴重影響施工人員身體健康和工程施工進度。

4 通風系統(tǒng)方案優(yōu)化

4.1 方案一：施工通風鉆孔通風

圖2 風井區(qū)方案一通風系統(tǒng)

在地面施工通風鉆孔，使孔底坐落于西二回風軌回聯(lián)巷附近適當位置，通風孔凈直徑大于1.5 m（經計算，面積不小于1.77 m2），在地面安裝抽出式主通風機，使該通風孔作為回風井，現(xiàn)風井井筒做為進風井，形成全負壓通風系統(tǒng)，井下局扇均安裝于通風孔孔底新風中。

該系統(tǒng)主扇采用今后風井的永久主通風機，同時在通風孔內安裝輸料管，為目前井下施工下放噴漿料等，縮短運料距離，并可安裝瓦斯抽排管，同時在礦井投產后該通風孔還可作為安全通道使用。

優(yōu)點：

（1）可以形成穩(wěn)定可靠的全負壓通風系統(tǒng)，系統(tǒng)完善合理；

（2）不占用風井井筒及井下巷道，節(jié)省大量硬質風筒等，通風系統(tǒng)維護量??；

（3）井下新風區(qū)域面積大，且主通風機等通風機械設備等集中于地面，安全性高，且便于統(tǒng)一管理。

缺點：

（1）投資大，保守估算需2100萬元。

（2）施工工期長，服務期限短，只有2個月的服務期。

4.2 方案二：井下抽出式輔助通風機輔助通風

在利用現(xiàn)有的抽出式通風系統(tǒng)的情況下，在目前井下1號回風巷風門外新風側增設一組抽出式輔助通風機（一用一備），其入風側采用硬質風筒接入風門內總回風巷，其排風側采用軟質風筒經1號回風巷、井筒，接至地面。

圖3 風井區(qū)方案二通風系統(tǒng)

該通風方案在風井井筒中采用軟質風筒，克服了井筒只能鋪設兩趟Φ800 mm玻璃鋼硬質風筒所形成的通風“瓶頸”的問題，同時抽出式輔助通風機對地面Y7-33№15.6型離心式抽出主通風機通風能力不足問題進行彌補。該方案施工工期短、投資小，簡要投資概算等如下：

（1）設備到位后，15天內即可安裝、投運。

（2）需投入抽出式輔助通風機兩臺、配套電控系統(tǒng)一套、Φ700 mm軟質風筒1700 mm。

優(yōu)點：

（1）投資小，僅需投入一套抽出式輔助通風機及配套電控系統(tǒng)、風筒等。

（2）施工工期短，設備到位后約15天可安裝、投用，見效快。

（3）服務期限長，投用后可服務至礦井形成全負壓通風系統(tǒng)。

（4）在原有系統(tǒng)上進行改造，基本不影響風井正常通風、生產。

缺點：

（1）抽出式輔助通風機及配套電控系統(tǒng)安裝于井下，且需嚴格控制所抽排氣體中的瓦斯等濃度，不便于管理且安全性差。

（2）需與目前的Y7-33№15.6型離心式抽出主通風機系統(tǒng)共同承擔礦井通風任務，兩套系統(tǒng)不獨立，相互制約影響，總風量增加量及風機效率均較小，通風負壓大，通風困難。

（3）需維護兩套通風系統(tǒng)、設備，維護量大，管理困難。

4.3 方案三：井下抽、壓輔助通風機增壓通風

在利用方案二通風系統(tǒng)的情況下，在目前井下西二回風平巷增加一組壓入式輔助通風機，對礦井進風進行增壓。

圖4 風井區(qū)方案三通風系統(tǒng)

該方案實際是對方案二通風阻力較大問題的一種補償解決方案。通過壓入式輔助通風機對新風的增壓，減小抽排風機的通風負壓。

優(yōu)點：

（1）投資中等，需投入一套抽出式輔助通風機及配套電控系統(tǒng)、1700 m的Φ700 mm軟質風筒和壓入式輔助通風機一套、配套電控系統(tǒng)一套、通風設施（風門）一組等，估算約需投資300萬元。

（2）可以減小礦井總通風阻力，對礦井總風量增加較小、通風負壓較高、主通風機效率較低的問題進行部分緩解。

（3）施工工期較短，設備到位后約一個月可安裝、投用，見效快。

（4）服務期限長，投用后可服務至礦井形成全負壓通風系統(tǒng)。

缺點：

（1）抽出式輔助通風機、壓入式輔助通風機及其配套電控系統(tǒng)均安裝于井下，且需嚴格控制其所抽排氣體中的瓦斯等濃度，不便于管理且安全性差。

（2）壓入式輔助通風機系統(tǒng)需與Y7-33№15.6型離心式抽出主通風機系統(tǒng)、井下抽出式輔助通風機共同承擔礦井通風任務，壓入式輔助通風機選型較困難，其能力應稍大于總抽排能力（當其能力小于總抽排能力時，將增大礦井通風阻力，造成礦井通風進一步困難），管理及技術難度大，不易掌握、使用。

（3）需維護三套通風系統(tǒng)設備，維護量大，維護費用及電費較大，管理困難。

（4）需將目前的風井區(qū)主膠帶運輸系統(tǒng)由西二回風平巷改造至其它巷道 （如西二膠帶巷），工程量大，且影響礦井正常生產。

4.4 方案比較

由方案一、方案二、方案三的優(yōu)缺點不難看出，方案二較方案一、方案三存在以下主要優(yōu)點：

優(yōu)點：

（1）方案二投資最小，占方案一估算的7%，方案三估算的50%。

（2）方案二施工工期短，設備到位后約15天即可安裝完成、投入使用，方案三設備到位后約一個月可安裝完成。投用后可一直服務至礦井形成全負壓通風系統(tǒng)，服務期限長。。

（3）方案二較方案一、方案三工藝簡單，在原有通風系統(tǒng)上進行改造，基本不影響礦井正常通風、生產，易施工。

（4）方案三需對礦井運輸系統(tǒng)進行調整，影響礦井生產進度。

4.5 方案選擇

本著“經濟、快速、安全”的原則，經以上方案比較，優(yōu)先選用方案二，即在井下安裝抽出式輔助通風機，對礦井通風能力進行提升，并解決風井井筒的通風“瓶頸”問題。

由于方案二兩套通風系統(tǒng)在并聯(lián)運行時存在相互影響和高負壓運行特性，在選擇抽出式主通風機時，需充分分析礦井通風系統(tǒng)，合理計算、選擇主通風機參數(shù)等，確保投用后效果，否則將事倍功半。

5 結語

通過上述方案對比分析，選擇方案二后，通風系統(tǒng)穩(wěn)定，保證了礦井施工安全，工作面溫度大幅降低，大大改善了作業(yè)環(huán)境，提高了勞動功效，為礦井盡早形成永久通風系統(tǒng)提供了有利條件，同時取得了很好的經濟效益，又為類似工程建設項目積累了工程經驗。