礦井通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化及關(guān)鍵設(shè)備的選型

張劍波

（陽煤寺家莊有限責(zé)任公司防突隊， 山西 昔陽 045300）

引言

煤炭安全生產(chǎn)一直都是備受關(guān)注的問題，煤礦安全生產(chǎn)是保證其產(chǎn)量的基礎(chǔ)。影響煤礦安全生產(chǎn)的主要因素包括有煤層中蘊藏的瓦斯、地下水以及綜采設(shè)備是否可靠等，為確保煤礦安全生產(chǎn)需針對性地采取防范措施。其中，針對綜采工作面煤層中蘊藏的瓦斯，主要通過礦井通風(fēng)系統(tǒng)降低工作面的瓦斯?jié)舛萚1]。礦井通風(fēng)系統(tǒng)作為礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的重要組成部分，其性能的優(yōu)劣性直接決定其瓦斯、粉塵濃度是否符合《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。因此，需建立合理、完善的礦井通風(fēng)系統(tǒng)為煤礦的安全生產(chǎn)提供保障。鑒于某煤礦年代久遠(yuǎn)，需對其礦井通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化并完成其關(guān)鍵設(shè)備的選型。

1 通風(fēng)現(xiàn)狀

目前，該礦井所采用的通風(fēng)方式為中央并列式，其通風(fēng)路徑為：主井、副井進(jìn)風(fēng)，西風(fēng)井回風(fēng)的路徑。當(dāng)前某礦通風(fēng)系統(tǒng)所存在的問題總結(jié)如下：

1）隨著工作面的深入，通風(fēng)路線不斷加長，導(dǎo)致其風(fēng)阻增大；

2）該礦的年代相對久遠(yuǎn)，其設(shè)計初期的設(shè)備相對老化，效率低，其通風(fēng)量無法滿足實際生產(chǎn)的需求；

3）鑒于該礦井煤層特點，其同時參與工作的掘進(jìn)工作面的數(shù)量較多，導(dǎo)致各個掘進(jìn)工作面的通風(fēng)量較小[2]；

通過驗算可得，以該礦井現(xiàn)有的通風(fēng)系統(tǒng)僅可維持年產(chǎn)值120 萬t 的生產(chǎn)需求。但是，該礦的年規(guī)劃產(chǎn)值為210 萬t。因此，急需對綜采工作面現(xiàn)有的通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)的優(yōu)化

2.1 礦井通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案的設(shè)計

基于對當(dāng)前礦井通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀研究的基礎(chǔ)，設(shè)計如下四種通風(fēng)系統(tǒng)的改造方案。具體闡述如下：

改造方案一：維持當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計不變的基礎(chǔ)上，僅更換通風(fēng)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備通風(fēng)機。具體操作為：將當(dāng)前通風(fēng)系統(tǒng)的G4-7328D/400 的兩臺通風(fēng)機更換為通風(fēng)量更大的FCBD29/630 對旋式軸流通風(fēng)機。為實現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能生產(chǎn)，改造后的通風(fēng)機采用變頻調(diào)速系統(tǒng)，使其能夠根據(jù)通風(fēng)需求控制通風(fēng)機電機的轉(zhuǎn)速得到所需的通風(fēng)量[3]。

改造方案二：在當(dāng)前通風(fēng)方式的基礎(chǔ)上，新增一個回風(fēng)井。其中，新增回風(fēng)井主要服務(wù)于4 號、6 號煤層的開采；原西回風(fēng)井服務(wù)于3 號、5 號煤層的開采。將原先的中央并列式通風(fēng)方式該為混合式通風(fēng)方式。

改造方案三：在礦井東西兩側(cè)各新增一個回風(fēng)井，實現(xiàn)兩側(cè)對角式通風(fēng)。具體實施為：在礦井西側(cè)6號煤層附近新增一個回風(fēng)井，主要服務(wù)于4 號、6 號煤層的開采；在礦井東側(cè)5 號煤層附近新增一個回風(fēng)立井，服務(wù)于3 號、5 號煤層的開采。將原有的中央并列式通風(fēng)方式優(yōu)化為對角式通風(fēng)方式。

改造方案四：新增輔助通風(fēng)系統(tǒng)。根據(jù)《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定，當(dāng)工作面的通風(fēng)量不足時可適當(dāng)增加輔助通風(fēng)機。針對該礦情況，在礦井西側(cè)6 號煤層、東側(cè)5 號煤層新增輔助通風(fēng)系統(tǒng)，并為其配置4 臺輔助通風(fēng)機，從而解決通風(fēng)線路長、風(fēng)阻大的問題。但是，礦井的通風(fēng)方式保持不變[4]。

2.2 通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案的確定

根據(jù)礦井實際情況，提出四種通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案?，F(xiàn)將四種優(yōu)化方案的優(yōu)劣勢對比如下：

1）方案一與其他改造方案對比具有工程量小、工期短的特點。但是，基于改造方案一隨著工作面的深入，其通風(fēng)阻力不斷增大，雖然更換了功率較大的通風(fēng)機。但是，經(jīng)換算可知通風(fēng)困難時期其效率僅為94%，且耗電量很大。

2）方案二新增回風(fēng)井可有效增加回風(fēng)巷道的距離，從而減小風(fēng)阻。經(jīng)計算，方案二的礦井在困難時期的風(fēng)阻比方案一小320 MPa。缺點在于：改造方案二的工程量大、工期長，且通風(fēng)方式由并列式通風(fēng)更改為混合式通風(fēng)，在后期的管理相對復(fù)雜。

3）方案三在礦井東西側(cè)各新增一個回風(fēng)立井，其在縮短回風(fēng)巷道距離的同時，大大降低了礦井在困難時期的風(fēng)阻，具體值約為980 MPa。此外，基于方案三改造完成后新增了礦井的安全出口，確保礦井風(fēng)壓相對穩(wěn)定[5]。但是，方案三的工程量更大、工期更長。

4）基于方案四中的輔助通風(fēng)機可實現(xiàn)對巷道中風(fēng)壓的平衡，在不增加礦井巷道風(fēng)壓的基礎(chǔ)上實現(xiàn)工作面風(fēng)量的增加。但是，方案四需要較為嚴(yán)格的管理模式，容易導(dǎo)致與輔助風(fēng)機并聯(lián)風(fēng)路中風(fēng)量不足。

綜上所述，方案一具有相同工程量下工期短的明顯優(yōu)勢；方案四盡管能夠增加巷道的風(fēng)量，但是其仍無法滿足將來210 萬t/d 的工作需求。為進(jìn)一步甄選出較為合適的優(yōu)化方案，本文對前三種方案的改造成本進(jìn)行對比分析。對比結(jié)果如表1 所示。

表1 三種方案改造成本分析 萬元

綜上所述，從技術(shù)、經(jīng)濟、安全以及管理等方面對比分析，方案一為最優(yōu)方案。

3 礦井通風(fēng)系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備的選型

方案一的關(guān)鍵是為礦井通風(fēng)系統(tǒng)匹配最佳的通風(fēng)機。因此，根據(jù)相關(guān)計算得出通風(fēng)機的型號和規(guī)格。

3.1 選型依據(jù)

方案一僅對通風(fēng)機進(jìn)行選型，其基礎(chǔ)通風(fēng)方式未改變。因此，通風(fēng)機的選型依據(jù)為：通風(fēng)方式為中央并列式通風(fēng)方式，其中主、副斜井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)斜井回風(fēng)。

經(jīng)前期測算，該礦井在實際生產(chǎn)中所需的風(fēng)量為135m3/s；在通風(fēng)困難時期礦井巷道的負(fù)壓為4163.2Pa、通風(fēng)容易時期礦井巷道的負(fù)壓為3 597.2 Pa。

3.2 通風(fēng)設(shè)備的選型確定

考慮通風(fēng)系統(tǒng)在實際通風(fēng)過程中的漏風(fēng)損失和阻力損失后，要求通風(fēng)機風(fēng)量滿足如下要求：

通風(fēng)機風(fēng)量為135 m3/s×1.05=141.75 m3/s；

基于對通風(fēng)機風(fēng)量的計算，并對通風(fēng)機相關(guān)產(chǎn)品的選型對比，擬采用方案一中通風(fēng)機的型號為FCBD29/630 對旋式軸流通風(fēng)機。安裝兩臺，其中一臺工作，另一臺為備用。

4 結(jié)語

通風(fēng)系統(tǒng)作為保證綜采工作面巷道瓦斯、粉塵濃度滿足《煤炭安全規(guī)程》相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的措施之一，其性能優(yōu)劣直接決定工作面生產(chǎn)的安全性。對于年代久遠(yuǎn)的礦井而言，隨著巷道的推進(jìn)，出現(xiàn)通風(fēng)量不足、設(shè)備老化等問題。因此，需根據(jù)礦井實際情況對其通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，以確保其滿足實際生產(chǎn)需求。