復雜通風網(wǎng)絡系統(tǒng)優(yōu)化研究

張小東

（山西鉅盛能源集團有限公司，山西 寧武 036700）

隨著礦井服務年限的逐漸延申，我國存在大量通風網(wǎng)絡復雜礦井，且由于之前系統(tǒng)設計能力有限，采煤工藝落后，已不能達到現(xiàn)代化生產(chǎn)礦井需求，針對此現(xiàn)狀，必須進行合理的系統(tǒng)優(yōu)化。通風系統(tǒng)的合理與否和礦井的安全生產(chǎn)，防災抗災能力以及經(jīng)濟效益有著密切的關系。礦井通風系統(tǒng)優(yōu)化的目的就是優(yōu)化風量，減小通風阻力，減少礦井漏風，提高有效風量率，提高礦井防災抗災能力，力求通風系統(tǒng)簡單可靠，確保礦井安全生產(chǎn)[1-3]。通風網(wǎng)絡優(yōu)化既要本著解決礦井實際問題，又要符合投資省、見效快、工程量小、技術指標合理的原則，也就是要滿足技術可行、經(jīng)濟合理、安全可靠的通風系統(tǒng)評判指標[4-6]。目前一些學者也對通風系統(tǒng)優(yōu)化做出了一些研究，如改變通風方式等方法，本文主要研究對復雜風網(wǎng)系統(tǒng)通過增加通風聯(lián)巷，并對一些多余老舊巷道進行封閉，來簡化通風系統(tǒng)，減小礦井通風總阻力。

1 礦井概況

某礦井生產(chǎn)規(guī)模為400 萬t/a，采用平硐—斜井聯(lián)合開拓方式,井田內(nèi)共布置有12 個井筒，為7 個進風井、5 個回風井。井田內(nèi)分南、中、北三條石門大巷延伸劃分為南部、中部、北部三個區(qū)域，逐步由淺向深、至上而下開采，采區(qū)內(nèi)條帶式布置工作面，采用傾斜長壁后退式回采。礦井采用分區(qū)抽出式通風，礦井總進風為40 654 m3/min，總回風量為41 340 m3/min，并經(jīng)瓦斯等級鑒定為高瓦斯礦井。

2 礦井通風參數(shù)測定與分析

2.1 通風系統(tǒng)阻力測定

本次通風阻力測定采用基點法測定，即將1 臺氣壓計放在井上，每隔一定時間讀取氣壓讀數(shù)并記錄測定時間以監(jiān)測地面大氣壓力的變化，進而對井下測定的氣壓數(shù)據(jù)進行校正；另1 臺氣壓計沿事先選好的路線逐點測定氣壓值并記錄測定時間。計算公式如下：

式中：K1、K2分別為2 臺測定氣壓計的校正系數(shù)；Pc1、Pc2分別為基點校正氣壓計在測定氣壓計讀數(shù)PR1、PR2測值時的讀數(shù)，Pa。

該礦分五個區(qū)域進行測定，每個區(qū)域選擇最長通風阻力線路，并根據(jù)測定結果繪制了通風網(wǎng)絡圖（如圖1 所示）。

圖1 通風網(wǎng)絡圖

通過通風阻力測定得出各區(qū)域阻力分布情況，如下頁表1 所示。

2.2 風網(wǎng)解算與結果分析

將阻力測定中的所測通風參數(shù)，進行風網(wǎng)解算可得出如下結果：

1）五個區(qū)域中的五個主要通風機，有2 個風機的工況不在穩(wěn)定運行區(qū)域，均為風壓偏高，但風量相比較小的狀況。

2）三區(qū)域回風段阻力所占比例偏大。

3）四區(qū)域進風段阻力所占比值偏大。

表1 各區(qū)域阻力分布情況匯總表

3 風網(wǎng)降阻優(yōu)化

3.1 合理分配風量降阻

對某礦通風系統(tǒng)進行風量調(diào)整，尤其針對三區(qū)域和四區(qū)域，安設相應的調(diào)風設施，經(jīng)對礦井局部風量重新調(diào)節(jié)后，三、四區(qū)域的通風阻力有所降低，但風機工況仍距合理工作區(qū)間偏離較大，調(diào)風已不能有效解決復雜風網(wǎng)的通風阻力，僅能在小范圍內(nèi)微調(diào)，對整個通風系統(tǒng)的阻力降低并不顯著。

3.2 局部回風段降阻

在回風區(qū)域，新增一條回風聯(lián)巷，同時將上端回風段封閉，使得回風流縮短回風距離，并將模擬聯(lián)巷參數(shù)輸入風網(wǎng)解算系統(tǒng)，可得出三區(qū)域的回風部分阻力占比減小，此區(qū)域風機工況回到正常工作范圍，降阻效果明顯。

圖2 局部區(qū)域新增回風聯(lián)巷位置示意圖

3.3 進風區(qū)域增加聯(lián)巷分支降阻

在節(jié)點160 處新增一條聯(lián)巷（新增分支，如圖3所示）在進風區(qū)域，此段風量較大，且與其他分支風量匯合后，下一段分支的風量會積聚，增大巷道的通風阻力，且風量較大的此段巷道，拐彎處多，風量較大的情況下巷道的局部阻力也會陡然增大，因此在此段巷道有必要將風流進行分流，從而降低此區(qū)域的通風阻力。

新增分支后，將新增巷道的參數(shù)輸入風網(wǎng)解算系統(tǒng)中，可知四區(qū)域進風段通風阻力明顯降低，并使得主要通風機工況在正常工作范圍內(nèi)。

圖3 進風區(qū)域增加聯(lián)巷分支位置示意圖

4 結論及建議

通過調(diào)研該礦的通風現(xiàn)狀，并根據(jù)此次通風阻力測定與風網(wǎng)解算分析，可以得出以下結論:

1）對礦井系統(tǒng)進行風網(wǎng)解算后，得出三區(qū)域和四區(qū)域的風機工況范圍不合理，風機的工況不能位于穩(wěn)定的工作區(qū)間；在進行風量重新分配下，三、四區(qū)域的通風阻力分布仍然不合理，此狀況并不能得到有效改變，三區(qū)域回風段與四區(qū)域進風段阻力占比仍然偏大。

2）根據(jù)風網(wǎng)解算可知，在三區(qū)域局部地方的阻力顯著增大，因此降低此段巷道的通風阻力，對降低三區(qū)域阻力意義重大。結合該礦實際做出對此區(qū)域增加一條回風聯(lián)巷，并將無用巷道進行封閉。改變風網(wǎng)結構后，通過風網(wǎng)解算軟件得出此區(qū)域通風阻力顯著降低，風機工況范圍已趨于正常工作范圍內(nèi)。

3）針對四區(qū)域情況分析，在進風段中，有局部區(qū)域風量過于集中（160-161 段），且此段巷道斷面較小，巷道拐彎多，導致巷道沿程阻力及局部阻力陡然增大。經(jīng)分析后在此段處進行了合理的風量分流，風流后經(jīng)風網(wǎng)解算軟件可知，四區(qū)域風網(wǎng)阻力下降明顯，且風機工況已處于合理工作區(qū)間。

根據(jù)以上研究結果分析，建議如下:

1）對三區(qū)域和四區(qū)域通風阻力分析后，可知雖通過增加并聯(lián)網(wǎng)路對此區(qū)域的通風阻力降低，但隨著采掘作業(yè)的繼續(xù)深入，在開采后期，通風阻力還會繼續(xù)增大，針對此種情況，建議在必要階段更換主要通風機。

2）由于該礦為高瓦斯礦井，井下布置抽采管道，且布置管道的回風巷道斷面較小，因此建議在有能力的情況下，適當?shù)脑黾酉锏罃嗝妫ＷC巷道有足夠大的有效通風斷面，尤其是總進風巷道和總回風巷道，避免巷道內(nèi)存放物品，主要巷道內(nèi)不要隨意停放車輛、堆積木料等，巷道內(nèi)堆積物要及時清除或排列整齊，盡量少堵塞巷道斷面。

3）在巷道進入下水平開采時，局部區(qū)域的通風網(wǎng)絡應進行重新布置，對老舊無用巷道及早封閉，通過新掘巷道使得通風系統(tǒng)更加簡單，巷道布置更加合理。