李雅莊礦通風(fēng)系統(tǒng)可靠性定量分析研究

郭雪鵬，劉恒泰

(霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司 通風(fēng)部，山西 臨汾 031400)

礦井通風(fēng)系統(tǒng)是一個包括礦井通風(fēng)方式、通風(fēng)機(jī)運(yùn)行方法以及通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)狀況的動態(tài)系統(tǒng)，是煤礦安全生產(chǎn)的基石[1-2]. 礦井采掘深度和開采規(guī)模的增加，給礦井通風(fēng)系統(tǒng)帶來的通風(fēng)壓力也逐漸增大，導(dǎo)致通風(fēng)可靠性降低，嚴(yán)重的會引起井下風(fēng)流紊亂，影響煤礦的正常生產(chǎn)，因此進(jìn)行礦井通風(fēng)系統(tǒng)可靠性的研究是十分必要的[3].

礦井通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性主要指保證礦井在正常投產(chǎn)時間內(nèi)，滿足井下各用風(fēng)地點(diǎn)的風(fēng)量滿足生產(chǎn)需要，同時保證通風(fēng)系統(tǒng)與礦井生產(chǎn)系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行，防止井下突發(fā)事件發(fā)生的能力[4-5]. 通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中通風(fēng)構(gòu)筑物的損壞程度、通風(fēng)動力裝置的運(yùn)行狀況等因素，對礦井通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性造成了直接影響[6].

1 礦井概況

李雅莊礦通風(fēng)方式為混合式，通風(fēng)方法為抽出式，共5個井筒。其中，4個進(jìn)風(fēng)井，1個回風(fēng)井。進(jìn)風(fēng)井分別為：主斜井、副斜井、1號進(jìn)風(fēng)立井、2號進(jìn)風(fēng)立井?；仫L(fēng)井為2號回風(fēng)立井；2號回風(fēng)井裝有2臺同等能力的通風(fēng)機(jī)，一臺保證礦井正常生產(chǎn)運(yùn)行，另一臺作為備用風(fēng)機(jī)。六采區(qū)通風(fēng)系統(tǒng)采用兩進(jìn)風(fēng)兩回風(fēng)的方式，即六采區(qū)的皮帶巷、軌道巷作為進(jìn)風(fēng)巷，右回風(fēng)巷、左回風(fēng)巷作為采區(qū)回風(fēng)巷?；夭晒ぷ髅娌捎肬型通風(fēng)，配風(fēng)量為2 235 m3/min，掘進(jìn)工作面采用壓入式供風(fēng)。

2 礦井通風(fēng)系統(tǒng)可靠性分析

影響礦井通風(fēng)系統(tǒng)可靠性的主要因素包括通風(fēng)方式和方法、通風(fēng)動力、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)以及通風(fēng)設(shè)施，通過對李雅莊礦礦井通風(fēng)系統(tǒng)的分析，及時發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段運(yùn)行的通風(fēng)系統(tǒng)中可能存在的安全隱患，并針對這些潛在的隱患提出治理和改正措施。

2.1 通風(fēng)動力裝置可靠性

通風(fēng)動力裝置可靠性因素包括風(fēng)機(jī)通風(fēng)方法合理性、機(jī)房安全設(shè)施健全度、風(fēng)機(jī)性能合格度、風(fēng)機(jī)反風(fēng)性能合格度、局部通風(fēng)系統(tǒng)可靠度。李雅莊礦礦井通風(fēng)方式實現(xiàn)了各盤區(qū)分區(qū)獨(dú)立通風(fēng)，符合《煤礦安全規(guī)程》要求。2號回風(fēng)立井井口安裝2臺FBCDZ-10-No.34型軸流對旋式通風(fēng)機(jī)，配用電機(jī)功率2×710 kW，其回風(fēng)量為12 000 m3/min，運(yùn)行負(fù)壓2 200 Pa. 回風(fēng)井配置的通風(fēng)動力能滿足當(dāng)前生產(chǎn)要求。

2.2 礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及阻力分布合理性

礦井通風(fēng)管理信息系統(tǒng)軟件能夠?qū)崿F(xiàn)日常通風(fēng)管理，進(jìn)行各種通風(fēng)系統(tǒng)方案仿真，軟件在算法上解決了無初值迭代求解，實現(xiàn)了固定半割集下的通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)按需分風(fēng)，對于通路的求解采用基于節(jié)點(diǎn)驅(qū)動的算法，加速了程序的執(zhí)行[7].

李雅莊礦礦井通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)分支總數(shù)為383條，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)總數(shù)為294，地面運(yùn)轉(zhuǎn)主扇風(fēng)機(jī)1臺，調(diào)節(jié)設(shè)施總數(shù)為44. 通過礦井通風(fēng)管理信息系統(tǒng)進(jìn)行巷道風(fēng)速分析，得到各巷道風(fēng)速均滿足《煤礦安全規(guī)程》要求。對于2號回風(fēng)立井而言，總阻力為2 243 Pa，進(jìn)風(fēng)區(qū)阻力為496 Pa，用風(fēng)區(qū)阻力為1 464 Pa，回風(fēng)區(qū)阻力為283 Pa，進(jìn)風(fēng)區(qū)段所占阻力為22.2%，而用風(fēng)區(qū)段所占阻力為65.4%，回風(fēng)區(qū)段所占阻力為12.4%. 2號回風(fēng)立井及主通風(fēng)機(jī)參數(shù)見表1. 由表1可知，礦井屬于通風(fēng)容易風(fēng)井。

表1 2號回風(fēng)井及地面主通風(fēng)機(jī)參數(shù)表

根據(jù)礦井通風(fēng)系統(tǒng)三區(qū)阻力分布比例可知該礦通風(fēng)阻力分布較為合理，沒有出現(xiàn)明顯的高阻力段。進(jìn)風(fēng)區(qū)阻力占比較大的原因是路線較長，長度大約為6 900 m. 在用風(fēng)段，對2-605工作面回風(fēng)側(cè)進(jìn)行了調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)阻力310 Pa，考慮和八采區(qū)總回的南總回風(fēng)巷同時降阻調(diào)，可實現(xiàn)礦井總阻力下降，總風(fēng)量增加。此外，對2號進(jìn)風(fēng)井進(jìn)行了風(fēng)量限制，通過優(yōu)化可進(jìn)一步降低阻力，增加礦井風(fēng)量。六采區(qū)右回風(fēng)下山部分巷道風(fēng)量大，有效斷面相對小，風(fēng)速接近上限6 m/s. 從目前來看，通風(fēng)系統(tǒng)能夠滿足生產(chǎn)要求，但總阻力偏大，需要進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)改造，提高礦井通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定程度：1) 加強(qiáng)巷道支護(hù)，減小巷道形變程度以降低總阻力。2) 加強(qiáng)巷道管理，清理巷道內(nèi)的雜物。3) 對局部巷道斷面太小的巷道進(jìn)行擴(kuò)巷。4) 八采區(qū)回采時，拆除南總回風(fēng)巷道調(diào)節(jié)，維護(hù)南總回風(fēng)巷道使回風(fēng)順暢。5) 在五采區(qū)回采之前，對八聯(lián)巷附近南總回風(fēng)巷進(jìn)行擴(kuò)巷。

2.3 通風(fēng)設(shè)施可靠性

通風(fēng)構(gòu)筑物巷道共有44處，風(fēng)門壓差超過1 000 Pa的有14處，風(fēng)門壓差在500～1 000 Pa有11處，100～500 Pa的有6處，小于100 Pa的有13處。構(gòu)筑物巷道參數(shù)統(tǒng)計可通過李雅莊礦礦井通風(fēng)管理信息系統(tǒng)進(jìn)行查詢。

隨著李雅莊礦生產(chǎn)的不斷接續(xù)，采深不斷增加，其通風(fēng)系統(tǒng)日益復(fù)雜，為了確保井下各用風(fēng)地點(diǎn)風(fēng)量供需關(guān)系的合理性，加設(shè)的通風(fēng)構(gòu)筑物尤其是風(fēng)門的數(shù)量較多，所以需要加強(qiáng)管理，特別是壓差大的風(fēng)門更要注意日常維護(hù)與檢修，保障通風(fēng)系統(tǒng)可靠運(yùn)行。礦井有效風(fēng)量為156.47 m3/s，總排風(fēng)量為193.99 m3/s，用風(fēng)量占總風(fēng)量比例即有效風(fēng)量率為80.66%，礦井總風(fēng)量能夠滿足生產(chǎn)需求，考慮到井下部分風(fēng)門存在漏風(fēng)等現(xiàn)象，可以通過加強(qiáng)控風(fēng)設(shè)施密閉性的方式，減少無效風(fēng)量，提高風(fēng)量的利用率。

3 通風(fēng)系統(tǒng)可靠性定量評價

為了對李雅莊礦通風(fēng)系統(tǒng)整體可靠性進(jìn)行分析，采用模糊綜合評價法進(jìn)行定量計算研究。

1) 首先設(shè)模糊綜合評價的評語集為：

2) 根據(jù)模糊評價理論體系計算如下：

(1)

式中：

N—一級得分；

M—隸屬度得分。

3) 對李雅莊礦通風(fēng)系統(tǒng)評價指標(biāo)的賦值結(jié)果見表2.

4) 依據(jù)以上的計算賦值結(jié)果，按照式(2)對李雅莊煤礦通風(fēng)系統(tǒng)安全綜合評價值F進(jìn)行計算。

(2)

根據(jù)上述的評語集區(qū)間，由于0.8

4 結(jié) 論

1) 采用系統(tǒng)工程理論對李雅莊礦通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了可靠性影響因素分析，包括通風(fēng)方式和方法、通風(fēng)動力、通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)和通風(fēng)設(shè)施，構(gòu)建了李雅莊礦通風(fēng)系統(tǒng)可靠性評價指標(biāo)體系。

2) 采用模糊綜合評價法對李雅莊礦通風(fēng)系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行定量評價分析，研究表明李雅莊礦通風(fēng)系統(tǒng)為基本安全級別。對通風(fēng)網(wǎng)絡(luò)中的風(fēng)量調(diào)配合理性、風(fēng)路串并聯(lián)穩(wěn)定性以及通風(fēng)構(gòu)筑物的規(guī)范性、漏風(fēng)情況、兩端壓差的穩(wěn)定性等需要加強(qiáng)管理。

表2 李雅莊礦通風(fēng)系統(tǒng)可靠性評價指標(biāo)體系賦值表