掘進工作面通風方案的設(shè)計及驗證

張旭峰

（陽煤寺家莊有限責任公司開拓三隊， 山西 昔陽 045300）

引言

礦井通風是礦井生產(chǎn)過程中的重要安全保障。隨著礦井開采規(guī)模的不斷擴大、掘進巷道不斷延長，原有的通風系統(tǒng)已不能滿足礦井生產(chǎn)的安全需求。尤其對一些已經(jīng)處于生產(chǎn)后期的老礦井，必須改造升級通風系統(tǒng)。增加通風量、更換通風設(shè)備是目前較普遍的礦井通風改造方案，這種方法成本高、耗能大、施工困難，迫切需要探索一種新的通風技術(shù)來取代傳統(tǒng)的通風做法，可控循環(huán)通風應(yīng)運而生[1]。然而可控循環(huán)通風較為復雜，目前我國只在低瓦斯煤礦中的掘進工作面有一定的應(yīng)用。多年來，礦井中可控循環(huán)通風技術(shù)應(yīng)用實例結(jié)合數(shù)值模擬試驗研究表明掘進工作面采用可控循環(huán)通風技術(shù)可以稀釋和排出瓦斯及粉塵，有效改善礦井通風條件，保證礦井生產(chǎn)安全。

1 工程實例

1.1 礦井概況

該礦井生產(chǎn)能力可達1.5 Mt/a，服務(wù)年限為25.3 a。該礦井包括兩個水平開拓，開采方式采用上下山開采。上組煤采區(qū)為092 采區(qū)，開采9-1、9-2 及10 煤層。下組煤采區(qū)為161 采區(qū)，開采16 煤層。礦井含有四個井筒：主斜井、副斜井、主立井、回風立井。礦井總風量150，掘進工作面配風量均為8。礦井絕對瓦斯涌出量為9.08 m3/min，相對瓦斯涌出量2.63 m3/t。該礦井有1 個炮掘、3 個綜掘工作面。9-1 號、16 號綜掘工作面瓦斯涌出量分別為0.073 m3/min、1.16 m3/min。9-1 號炮掘工作面瓦斯涌出量為：0.045 m3/min。煤塵爆炸指數(shù)在26%～37%之間。

1.2 礦井通風現(xiàn)狀

該煤礦共有四條井筒，分別包括有主斜井、副斜井、主副立井以及回風立井。其中，主斜井、副斜井和主副立井為該煤礦通風系統(tǒng)提供進風；回風立井為該煤礦提供回風。煤礦所采用的通風方式為中央并列式、抽出式通風方式，所選設(shè)備為局部風機壓入式通風。

目前，煤礦的總通風量為150 m3/s，由于該煤礦進風井和回風經(jīng)的高度差小于150 m。因此，該煤礦不適合采用自然風壓方式進行通風。

2 掘進工作面可控循環(huán)通風的設(shè)計

該礦掘進工作面原采用壓入式通風方式?，F(xiàn)采用可控循環(huán)通風技術(shù)進行改造，即增加2 臺局部排風機，并安裝瓦斯、粉塵濃度監(jiān)測，風量監(jiān)測，及報警裝置[2]。主要設(shè)計要求如下：可控循環(huán)通風可調(diào)節(jié)壓、抽局部風機風量比，保證掘進工作面保持負壓；局排風筒入口距作業(yè)點的距離應(yīng)在有效吸程內(nèi)；風筒內(nèi)風速大于0.25 m/s。

根據(jù)礦井通風資料，繪制掘進工作面可控循環(huán)通風網(wǎng)絡(luò)圖，如圖1 所示。

圖1 掘進工作面通風網(wǎng)絡(luò)示意圖

圖中所注風量單位為m3/s。通風網(wǎng)絡(luò)圖中數(shù)字為風量值，標為“Q=XX”或“XX”。

3 通風效果的驗證

3.1 通風量的驗證

為驗證可控循環(huán)技術(shù)對煤礦掘進工作面通風的改善情況，對工作面的風阻、風量以及風速等參數(shù)進行對比[3]。假設(shè)選用直徑1 000 mm 的風筒，假定風筒重疊段平均風速為0.25 m/s，循環(huán)率為35%。利用Avwin 軟件計算風網(wǎng)，解算結(jié)果見表1 所示。

表1 掘進工作面通風網(wǎng)絡(luò)計算結(jié)果

分析表1 可知，煤礦采用可控循環(huán)通風技術(shù)后，掘進工作面的通風量得到明顯改善；巷道負壓明顯增加，進而有利于自然風進入巷道內(nèi)，減小通風機的負荷；此外，改造后巷道內(nèi)的風阻系數(shù)明顯降低，降低了通風機工作時的負荷?？傊诳煽匮h(huán)通風技術(shù)所設(shè)計的通風方案能夠?qū)ο锏纼?nèi)的通風情況得到明顯改善。

3.2 工作面瓦斯?jié)舛鹊尿炞C

瓦斯作為威脅綜掘工作面安全生產(chǎn)的主要因素。因此，瓦斯?jié)舛葹楹饬客L系統(tǒng)有效性、可行性的關(guān)鍵指標[4]。改造前后決絕工作面瓦斯?jié)舛鹊膶Ρ热绫? 所示。

表2 改造前后掘進工作面瓦斯?jié)舛葘Ρ?/p>

分析表可知，基于可控循環(huán)通風技術(shù)對掘進工作面通風方案的設(shè)計能夠明顯降低掘進工作面的瓦斯?jié)舛?，且改造后工作面瓦斯?jié)舛确謩e為0.025 3%和0.028 3%，，完全滿足《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定的掘進工作面瓦斯?jié)舛染∮?.03 的要求。

3.3 其他參數(shù)的驗證

改造前后其他參數(shù)的對比如表3 所示。

分析表3 可知，改造后掘進工作面的粉塵濃度明顯降低，濕度及溫度均得到明顯改善，為工作面作業(yè)人員提供了較為舒適的工作環(huán)境。

表3 改造前后其他參數(shù)對比

3.4 節(jié)能效果分析

礦井采用掘進工作面可控循環(huán)通風技術(shù)后，礦井總風量為139 m3/s。該方案選用了2 臺防爆軸流風機局部排風，一用一備。經(jīng)過改造后，通風電機功率降低約120 kW，每天可節(jié)約1 226 kWh 的電量。顯然，可控循環(huán)通風技術(shù)應(yīng)用在低瓦斯礦井中不僅可以改善掘井工作面操作環(huán)境，還可以減少用電能耗，降低成本提高煤礦的經(jīng)濟效益[5]。

4 結(jié)論

煤礦通風性能作為保證綜掘工作面安全生產(chǎn)的關(guān)鍵，在實際生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)煤礦所處地理位置、規(guī)模及開采方式設(shè)計與其相匹配的通風方案。本文基于可控循環(huán)通風技術(shù)對XX 煤礦的通風方案進行設(shè)計，通過風網(wǎng)計算可得結(jié)論：該煤礦采用可控循環(huán)通風技術(shù)后掘進工作面的通風量得到明顯提升，巷道負壓及風阻明顯降低；工作面的瓦斯?jié)舛戎狄草^之前有改善，滿足《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)要求；工作面粉塵、溫濕度等作業(yè)人員的工作環(huán)境得到明顯改善；此外，采用可控循環(huán)通風技術(shù)后每天可節(jié)約電能約為1 226 kWh。